Badania nad technologią precyzyjnej obróbki 2-milimetrowej cienkościennej pokrywy wnęki ze stopu tytanu Gr5

TheCienkościenna pokrywa wnęki ze stopu tytanu Gr5służy do uszczelniania nośnego, co stawia wysokie wymagania dotyczące dokładności profilu, płaskości i jednorodności grubości ścianki. Przedmiot obrabiany o grubości ścianki 2 mm charakteryzuje się niską sztywnością konstrukcyjną.

Obecne badania krajowe i międzynarodowe nad cienkościennymi elementami ze stopów tytanu skupiają się głównie na symulacji cięcia, drganiach i przewidywaniu naprężeń szczątkowych. Kompletny zestaw zintegrowanych procesów precyzyjnej obróbki ukierunkowany na tę pokrywę wnęki o grubości 2 mm ma wysoką wartość naukowo-techniczną.

 

 

1. Charakterystyka strukturalna części

Obiektem badań jest pokrywa wnęki z wyżarzonego stopu tytanu Gr5, element typu płytowego ze złożoną zamkniętą wnęką. Grubość ścianki bocznej wnęki wynosi 2 mm. Półfabrykat jest odkuwką ze stopu tytanu Gr5. Postawiono rygorystyczne wymagania dotyczące tolerancji profili, płaskości, jednorodności grubości ścianek i chropowatości powierzchni. Powierzchnia współpracująca pokrywy służy do uszczelnienia; Ślady drgań, zadrapania i lokalne zapadnięcia są surowo zabronione.

 

2. Główne trudności w obróbce

• Sprężynowanie i ugięcie narzędzia w przypadku cienkiej ściany: Ścianka boczna o grubości 2 mm ma słabą sztywność. Pod wpływem siły skrawania podczas frezowania elastycznie poddaje się, co skutkuje niewystarczającą głębokością skrawania. Sprężynowanie po obróbce powoduje, że grubość ścianki i wymiary profilu wnęki przekraczają tolerancję.
• Cięcie gadania: Niska sztywność strukturalna i niska częstotliwość drgań własnych elementu łatwo powodują drgania regeneracyjne, tworząc ślady drgań na ściankach bocznych, pogarszając jakość powierzchni i przyspieszając zużycie narzędzia.
• Odkształcenie wywołane naprężeniami szczątkowymi: Podczas obróbki zgrubnej usuwana jest duża ilość materiału, co powoduje powstawanie naprężeń szczątkowych wywołanych skrawaniem. Uwolnienie naprężeń po usunięciu mocowania prowadzi do ogólnego wypaczenia płyty pokrywy i niedopuszczalnej płaskości.
• Narost i zużycie krawędzi narzędzia: Stop tytanu wykazuje wysoką aktywność chemiczną w podwyższonych temperaturach. Ciepło koncentruje się na końcówce narzędzia, łatwo powodując narost i zużycie krawędzi skrawającej, a tym samym słabą stabilność wymiarową.
• Odkształcenie wywołane uchwytem: Konwencjonalne sztywne mocowanie płyty dociskowej generuje lokalne naprężenia ściskające. Cienkościenna część pod wpływem zaciśnięcia ulega odkształceniu plastycznemu, a po zwolnieniu sprężynowania następuje odchylenie wymiarowe.

 

 

1. Trasa procesu

Półfabrykat do kucia Gr5 poddawany jest najpierw wyżarzaniu odprężającemu, a następnie wstępnemu frezowaniu powierzchni odniesienia. Wgłębienie jest obrabiane zgrubnie poprzez frezowanie warstwowe o stałej wysokości z jednostronnym naddatkiem 0,25-0,3 mm. Odmocowanie i starzenie przeprowadza się w celu uwolnienia naprężeń obróbczych. Ponowne mocowanie przeprowadza się w celu półwykończenia, pozostawiając równomierny jednostronny naddatek 0,08-0,1 mm. Frezowanie obwodowe z przesunięciem konturu jest przystosowane do obróbki wykańczającej; Na bocznych ścianach wnęki zastosowano symetryczną obróbkę warstwową, aby zagwarantować cienką ściankę o grubości 2 mm. Następnie wykonywane jest gratowanie, czyszczenie ultradźwiękowe, a następnie kontrola przy użyciu współrzędnościowej maszyny pomiarowej i testera chropowatości.

 

2. Narzędzia i osprzęt

Do pierwotnego pozycjonowania wykorzystywany jest uchwyt podciśnieniowy, a otaczające go bloki zatrzymujące przenoszą boczną siłę skrawania. Zdejmowane podpory z żywicy/niskiej temperatury topnienia są mocowane wewnątrz gniazda i usuwane przed obróbką wykańczającą. Dane narzędziowe są precyzyjnie szlifowane; osiowanie czujnika zegarowego przeprowadza się w celu kontrolowania błędów pozycjonowania, poprawy sztywności przedmiotu obrabianego oraz ograniczenia drgań i ugięcia narzędzia.

 

3. Narzędzia tnące

Stosowane są pełnowęglikowe frezy trzpieniowe pokryte TiAlN o zmiennym skoku i nierównej linii śrubowej, charakteryzujące się kątem natarcia od 10 do 15 stopni i dużym kątem linii śrubowej, co zapewnia redukcję wibracji i zapobiega tworzeniu się narostu na krawędziach. Do obróbki zgrubnej stosuje się narzędzie φ6, a do obróbki półwykańczającej i wykańczającej stosuje się frez palcowy φ4.

 

4. Parametry cięcia i chłodzenia

• Zgrubne frezowanie: Prędkość skrawania 45-60 m/min, posuw na ząb 0,06-0,10 mm/z, głębokość skrawania 0,4-0,6 mm, promieniowa szerokość skrawania stanowiąca 20%-30% średnicy narzędzia.
• Frezowanie półwykończeniowe: Prędkość skrawania 40-50 m/min, posuw na ząb 0,04-0,07 mm/z, głębokość skrawania 0,2-0,3 mm.
• Zakończ frezowanie: Prędkość skrawania 30-40 m/min, posuw na ząb 0,03-0,05 mm/z, głębokość skrawania 0,05-0,1 mm, promieniowa szerokość skrawania stanowiąca 5%-10% średnicy narzędzia, tak aby ograniczyć odkształcenia sprężyste cienkich ścianek.
• Chłodzenie: Wewnętrzne chłodzenie pod wysokim ciśnieniem w połączeniu z rozpuszczalnym płynem obróbkowym służy do odprowadzania ciepła i smarowania w celu ograniczenia odkształceń termicznych.

 

 

• Warstwowe frezowanie symetryczne: Naprzemienna obróbka warstwa po warstwie w kierunku Z dla bocznych ścian wnęki. Podparcie materiałowe cienkich ścianek zostaje zachowane, aby zrównoważyć siły skrawania i zmniejszyć deformację wywołaną ugięciem.
• Stopniowe uwalnianie stresu: Zwolnij zacisk w celu zwolnienia naprężeń po obróbce zgrubnej; oddzielne operacje obróbki zgrubnej i wykańczającej. Pozostawić do odstania po półwykończeniu przed obróbką wykańczającą, aby zapobiec wypaczeniu przedmiotu obrabianego.
• Jednolita kontrola naddatków: Zapewnij stały naddatek na wykończenie w trakcie półwykończenia, aby uniknąć odchyleń w grubości ścianki.
• Tłumienie rozmów: Zastosuj frezy o zmiennej podziałce; zmniejszyć prędkość skrawania i promieniową szerokość skrawania podczas frezowania wykańczającego, aby uniknąć rezonansu; rozmieścić podpory pomocnicze w celu zwiększenia sztywności.
• Kompensacja błędów: Z wyprzedzeniem sprawdź wielkość sprężyny cienkościennej i zastosuj niewielką kompensację profilu w programach CAM, aby poprawić dokładność grubości ścianki.

 

 

Powyższy proces jest stosowany do obróbki cienkościennej pokrywy wnęki o grubości 2 mm ze stopu tytanu Gr5. Wyniki pokazują, że grubość ścianki utrzymuje się stabilnie na poziomie 2 ± 0,02 mm, tolerancja profilu zgodna ze specyfikacjami, płaskość mniejsza lub równa 0,03 mm, chropowatość powierzchni wewnętrznej ściany Ra mniejsza lub równa 0,8 μm, bez śladów drgań, zadrapań i narostów na krawędziach. Po zwolnieniu zacisku i 72 godzinach odstania odchylenie wymiarów zmierzone podczas ponownej kontroli jest mniejsze niż 0,02 mm, co wskazuje na korzystną skuteczność kontroli naprężeń szczątkowych.

• Wnioski z testu: Nieznaczne zużycie narzędzia podczas obróbki wykańczającej spowoduje przesunięcie grubości ścianki. Należy opracować specyfikacje regularnych, najnowocześniejszych kontroli i wymiany narzędzi na potrzeby produkcji masowej. Zadziory na krawędziach zwykle pojawiają się po usunięciu podpory; należy dodać elastyczną procedurę gratowania w celu ochrony powierzchni uszczelniających.

 

Referencje

[1] Wang Tonggang, Cheng Lei, Yang Song. Obróbka CNC cienkościennych pokryw wnękowych ze stopu tytanu [J]. Rynek obrabiarek CNC, 2020.

[2] Chen Guang, Wang Jian. Postęp badań nad obróbką i kontrolą odkształceń cienkościennych części ze stopów tytanu [J]. Technologia produkcji i obrabiarki.

[3] Li Yuan. Badania drgań frezarskich i odkształceń obróbczych cienkościennych części ze stopu tytanu TC4 [D]. Uniwersytet Shenyang Ligong.

[4] Zhang Hao. Badania nad regulacją naprężeń szczątkowych podczas frezowania w niskich temperaturach cienkościennych części ze stopów tytanu [J]. Technologia produkcji i obrabiarki.

 

Ruihang, jako bezpośredni producent wyrobów tytanowych, dostarcza surowce o optymalnej jakości do produkcji precyzyjnych komponentów. Jeśli masz jakiekolwiek potrzeby zakupowe, skontaktuj się z nami za pośrednictwem poczty elektronicznej:Sam.Rui@bjrh-titanium.com