Титановые сплавы прочны, но их трудно обрабатывать, особенно тонкие-листовые детали. Их легкая резка приводит к деформации напряжения и неточностям размеров, вызывая у многих головную боль! Не паникуйте, эту проблему можно решить с помощью комбинации методов: отрегулируйте траектории электроэрозионной обработки и фрезерования с ЧПУ, оптимизируйте планы обработки и используйте приспособления для позиционирования + резку с замкнутым-циклом, чтобы повысить жесткость детали, уменьшить деформацию в ее источнике и обеспечить стабильное качество продукции!
1. Введение
Титановые сплавы широко используются в авиакосмической промышленности благодаря своей высокой прочности, коррозионной стойкости, жаростойкости и твердости. К их недостаткам относятся плохая теплопроводность и высокая сложность обработки.
Ребра из титанового сплава имеют длину 43 мм, ширину 25 мм и толщину 3,5 мм. Толщина и две внутренние полости фрезерованы на станке с ЧПУ, а восемь ребер обработаны проволочной электроэрозионной обработкой, что обеспечивает ширину ребра (0,3±0,05) мм и симметрию 0,05 мм с внутренними полостями. Это классифицируется как тонкая-реберная часть. Первоначально было обработано десять деталей согласно технологической документации. Инспекционный персонал обнаружил, что четыре детали имели проблемы с шириной и симметрией ребер и не соответствовали проектным требованиям.
2. Анализ первопричин
В исходной технологической документации требовалось, чтобы толщина сырья составляла 5 мм. Однако из-за ограниченности запасов в наличии было только сырье толщиной 18 мм. Поэтому размер заготовки должен был составлять 250 мм × 80 мм и толщину 18 мм, как показано на рисунке 1. Был добавлен процесс электроэрозионной обработки, чтобы разделить толщину материала на две части (см. рисунок 2), в результате чего каждая деталь имела толщину 9 мм. Затем он был обработан до толщины 3,5 мм с помощью фрезерования на станке с ЧПУ. Во время фрезерования на станке с ЧПУ оператор использовал метод зажима вакуумного патрона (см. Рисунок 3). Одну поверхность сначала фрезеровали с высокой точностью, удалив припуск в 3 мм. Затем деталь переворачивали для присасывания, а вторую поверхность фрезеровали до толщины 3,5 мм. Наконец, была обработана внутренняя полость в середине детали.
Рисунок 1. Пустой
Рисунок 2. Пустое разделение на две части
Рисунок 3. Зажим вакуумной присоски
На каждом куске материала располагаются десять мелких деталей (см. рисунок 4). На одном конце каждого ряда деталей просверливается резьбовое отверстие диаметром 3 мм-, а затем детали обрабатываются электроэрозионным электроэрозионным станком.
Рисунок 4. Расположение деталей
Перед обработкой оператор электроэрозионной обработки проверяет плоскостность материала и обнаруживает деформацию напряжения (см. рисунок 5) с максимальной деформацией 3,05 мм. Использование прижимной пластины для резки, поскольку имеется только одно отверстие для резьбы-проволоки, каждая небольшая деталь после резки соединяется между собой. Материал разрезается, поэтому под напряжением в процессе обработки происходит деформация материала (см. рисунок 6), в результате чего ширина ребра детали выходит за пределы допусков, что влияет на симметрию с внутренней полостью.
Рисунок 5. Деформация материала перед резкой
Рисунок 6. Деформация материала после резки
3. Принятие эффективных мер
Анализ показал, что основной проблемой является деформация материала под напряжением. Материалы из титановых сплавов выделяют тепло во время обработки. Материал медленно рассеивает тепло, и чем больше припуска удаляется, тем больше деформация. Решить эту проблему можно только изменением метода резки [1]. Первоначальная схема обработки была оптимизирована путем принятия следующих эффективных мер.
1) Замена высокого напряжения низким. При фрезеровании с ЧПУ, чем больше припуск на резание, тем больше напряжение и тем больше деформация материала. Процесс резки исходного материала проволокой был изменен с разделения его на две части на разделение на три части (см. Рисунок 7), так что толщина каждого куска материала составляла около 6 мм, что значительно уменьшило припуск на обработку при фрезеровании с ЧПУ и, таким образом, уменьшило деформацию материала.
Рисунок 7. Заготовка разделена на три части.
2) Изменение метода зажима фрезерного станка с ЧПУ. При обработке по толщине фрезерным станком с ЧПУ метод зажима вакуумного патрона был изменен на метод бокового -верхнего зажима [2] (см. Рисунок 8). Путем многократного переворачивания детали и фрезерования обеих сторон объем резания каждый раз составлял менее или равный 0,2 мм, что обеспечивало соответствие толщины требованиям чертежа и уменьшало деформацию материала при обработке. Согласно расчетам, после фрезерования на станке с ЧПУ, если деформация всего куска материала контролируется в пределах 0,5 мм, требования плоскостности одной небольшой детали могут быть выполнены. Оператор обрабатывал детали согласно оптимизированному методу, проверяя их по ходу обработки на предмет плоскостности менее или равной 0,2 мм.
Рисунок 8. Боковой-верхний зажим.
3) Изготовьте специальные приспособления для увеличения количества отверстий для резьбы-проволоки. В процессе резки проволоки, чтобы предотвратить деформацию материала во время обработки, количество отверстий для -резьбы для проволоки было увеличено до 10, гарантируя, что каждая часть ребра имеет независимое отверстие для-резьбы для проволоки, которое затем обрабатывается за один этап фрезеровкой с ЧПУ для обеспечения единообразия. Был изготовлен инструмент для резки проволоки, и заготовка была расположена на инструментальной пластине с помощью позиционирующих штифтов (см. Рисунок 9). Каждое ребро обрабатывалось независимо, без прорезания друг друга, что повышало жесткость материала и уменьшало деформацию детали [3].
Рисунок 9. Размещение заготовки на инструментальной пластине с помощью штифтов.
4 Проверка эффекта
По усовершенствованной схеме обработано 20 деталей. После испытаний на профессиональном испытательном оборудовании ширина и симметрия ребер соответствовали требованиям чертежа. В итоге всего было обработано 120 деталей, все из которых соответствовали требованиям, с процентом прохождения 100 %, что указывает на эффективность улучшенной схемы.. 5 Заключение
В этой статье представлены маршрут обработки и метод контроля деформации тонколистовых деталей из титанового сплава. За счет оптимизации схемы обработки и метода зажима, изменения траектории электроэрозионной обработки и стратегии фрезерования с ЧПУ, а также применения приспособлений для позиционирования и закрытой резки для уменьшения деформации напряжения резания эффективно гарантируются требования к ширине ребра и симметрии деталей, накапливая опыт обработки таких деталей.
