При обработке деталей с глубокими-полостями и тонкими-стенками часто ли вас беспокоят такие проблемы: сильная вибрация инструмента, некачественное качество поверхности и несоответствие размеров из-за деформации? Эти, казалось бы, неразрешимые проблемы не являются неразрешимыми. Эта статья поможет вам преодолеть эти трудности одну за другой, оптимизируя программы ЧПУ, внедряя инновационные инструментальные решения и умело подавляя вибрацию.
ЧАСТЬ.01
Введение
В настоящее время люди все чаще стремятся получить ультра-тонкие и эстетичные продукты. Большинство продуктов на рынке стремятся к сверх-тонкости и превосходному качеству поверхности, например, ультра-тонкие мобильные телефоны и ультра-тонкие ноутбуки. Обеспечивая безопасность, компоненты аэрокосмической отрасли также проектируются так, чтобы быть максимально легкими. С одной стороны, это снижает общий вес изделия, позволяя увеличить время полета при том же расходе топлива; с другой стороны, при фиксированном общем весе более легкие компоненты позволяют перевозить больше топлива или перевозить больше пассажиров, тем самым повышая эффективность.
ЧАСТЬ.02
Проблемы обработки
Типичная деталь с глубокими-полостями и тонкими-стенками показана на рис. 1. Проблемы механической обработки заключаются в следующем.
Изображение
Рис. 1. Типичные детали с глубокими-полостями и тонкими-стенками
(1) Плохая жесткость инструмента: чем глубже полость обрабатываемой детали, тем хуже жесткость детали; чем дольше инструмент выступает из станка, тем хуже жесткость инструмента. Длина зажима инструмента показана на рисунке 2. Как правило, длина выдвижения инструмента L не должна превышать трехкратный диаметр инструмента D. Например, если диаметр инструмента составляет 10 мм, в идеале длину выдвижения следует контролировать в пределах 30 мм. Этот принцип в основном основан на жесткости инструмента [1, 2] и стабильности резания. Чрезмерная длина удлинения снижает жесткость инструмента, увеличивает вероятность вибрации и смещения, что влияет на точность обработки и качество поверхности.
Изображение
Рисунок 2. Длина зажима инструмента
(2) Вибрация при резании: чем тоньше деталь, тем ниже ее жесткость и тем больше она подвержена вибрации, поломке инструмента и т. д. во время обработки. Лезвие инструмента легко скалывается, что значительно сокращает срок его службы и увеличивает затраты на обработку.
ЧАСТЬ.03
Технические требования
Для вращающихся тонкостенных-деталей с глубокой полостью, например рабочих колес, после механической обработки необходимо обеспечить динамический баланс. Обычно точность динамической балансировки рабочего колеса выбирается на уровне G6,3 или G2,5. Допуск профиля лезвия обычно должен составлять ±0,07 мм, допуск по толщине лезвия должен составлять ±0,15 мм, а значение шероховатости поверхности лезвия должно составлять Ra=0.8мкм.
ЧАСТЬ.04
Анализ процесса
(1) Подготовка заготовки: диаметр поковки 1000 мм, материал - титановый сплав, легкий и прочный. Процесс ковки[3] заготовки может эффективно улучшить относительную плотность детали и повысить структурную прочность детали.
(2) Черновая обработка: черновая обработка внешнего и внутреннего кругов на токарном станке с ЧПУ, оставляя припуск 1,5 мм с каждой стороны. (3) Полу-чистовая обработка: наружный диаметр и внутреннее отверстие полу-обрабатываются на токарном станке с ЧПУ, оставляя припуск 1 мм с каждой стороны. Затем отверстие для штифта технологического эталонного позиционирования обрабатывается для использования при последующей обработке на пятиосном станке с ЧПУ. С одной стороны используется метод позиционирования двух-штифтов, ограничивающий шесть степеней свободы детали.
(4) Черновая обработка: Полость черновая-обрабатывается на пятиосном-станке с ЧПУ (DMU MONOBLOCK 80P), оставляя припуск на обработку 1,5–2 мм с каждой стороны.
(5) Термическая обработка: Отжиг проводится для снятия остаточного внутреннего напряжения. Цель состоит в том, чтобы полностью снять внутреннее напряжение, возникающее во время черновой обработки, и снизить твердость детали.
(6) Полу-чистовая обработка: на пяти-осном станке с ЧПУ для полу-чистовой обработки полости используется шаровая концевая фреза. С каждой стороны полостей лезвий оставляют припуск 0,3-0,5 мм для чистового фрезерования и последующей полировки.
(7) Термическая обработка: нормализация деталей повышает их твердость, обеспечивая достаточную прочность при последующей эксплуатации; это также дополнительно снимает остаточное внутреннее напряжение.
(8) Чистовая обработка: внутренний диаметр подвергается точной обработке до конечного размера на токарном станке с ЧПУ. Резьбовые отверстия и отверстия под штифты обрабатываются на фрезерном станке с ЧПУ. Отверстия с резьбой M6 фрезерованы для обеспечения перпендикулярности и соответствия требованиям годности/непроходности-калибровки; отверстия для штифтов расточены. Лезвия полости обрабатываются на пятиосном станке с ЧПУ с припуском 0,08 мм с каждой стороны. Небольшой припуск оставляют на ручную полировку; глубина отметки инструмента обычно составляет 0,05 мм.
(9) Полировка: лезвия полости сначала подвергаются грубой полировке вручную до тех пор, пока не будут удалены следы от инструмента, затем вручную полируются до тех пор, пока не будут выполнены требования к качеству поверхности.
ЧАСТЬ.05
Решение для обработки продукта
При черновой обработке рабочее колесо имеет хорошую общую жесткость, а с припуском в 1 мм с каждой стороны черновая обработка не представляет трудностей. Во время полу-чистовой и чистовой обработки лезвия оголяются, что приводит к снижению их жесткости. Кроме того, лезвия глубокие, что требует достаточно большой длины зажима инструмента [4] для обеспечения обработки до основания лезвия, что приводит к серьезной недостаточной жесткости инструмента. Для решения этих проблем механической обработки учитываются следующие аспекты:
1) Используйте удлиненный, тонкий-конический держатель инструмента HSK (см. рис. 3), чтобы минимизировать вылет инструмента и повысить его жесткость.
Изображение Рис. 3. Удлиненный, тонкий-конический держатель инструмента HSK.
2) При отделке лезвий нанесите пластилин (см. рисунок 4). Глина обладает -эффектом поглощения вибрации, позволяя шаровой фрезе поглощать вибрации, возникающие во время резки лезвием.
Изображение Рисунок 4. Нанесение глины для лепки
3) Выбор шаровых концевых фрез. Используйте четырехзубую шаровую концевую фрезу диаметром 10 мм с поперечной режущей кромкой из твердого сплава, длиной режущей кромки 15 мм и передним углом примерно 16 градусов [5]. Инструмент относительно острый, с низким сопротивлением резанию и относительно низкой вибрацией.
