На основе анализа уплотнительной оболочки из сплава 4Ж29 Ковар и материалов из нержавеющей стали 022Х17Н12Мо2 предложен метод использования технологии высокоскоростного фрезерования и развертывания для обработки труднообрабатываемых материалов, который не только повышает точность обработки и эффективность обработки форму и внутреннее отверстие деталей, но и экономит энергию. стоимость режущего инструмента.
1 преамбула
Чтобы улучшить характеристики и срок службы космического корабля в различных условиях дальнего космоса, аэрокосмические детали в основном выбирают материалы с хорошей термостойкостью, такие как титановые сплавы и жаропрочные сплавы. Материалы из таких сплавов плохо поддаются обработке и плохо поддаются обработке. Выбор режущего инструмента Высокие требования и высокие затраты на обработку. Согласно характеристикам таких труднообрабатываемых материалов, проведение исследований технологии обработки труднообрабатываемых материалов и продление срока службы инструмента поможет повысить точность опорных деталей космических аппаратов и повысить эффективность обработки. В то же время это может расширить рыночный потенциал компании и создать большие экономические выгоды. .
2 Обзор проблемы
Уплотнительная оболочка прямоугольной серии является частью продукта, недавно разработанной компанией в последние годы, как показано на рисунке 1, материал в основном состоит из сплава 4J29 Kovar и нержавеющей стали. Поскольку конструкция конструкции изделия требует использования технологии герметизации стекла, к шероховатости поверхности и внутреннего отверстия этого типа герметичных корпусных деталей предъявляются более высокие требования, что приводит к увеличению сложности обработки, сокращению срока службы инструмента, увеличению стоимости инструмента, и снижение эффективности обработки. Проходимость низкая.
3 Анализ проблемы
На примере сплава 4J29 Kovar и нержавеющей стали 022Cr17Ni12Mo2 для анализа определенного типа уплотнительной оболочки конструкция частей уплотнительной оболочки аналогична, и необходимо обработать ряд отверстий во внутренней полости. Ряд отверстий используется для штифтов для уплотнения стекла и уплотнения стекла. Технология соединения требует, чтобы значение шероховатости внутренней поверхности отверстия для ряда составляло Ra=0,8 мкм. В процессе герметизации стекла много раз производятся некачественные продукты, а выход низкий. Согласно анализу конструкции и мастеров, шероховатость внутренней поверхности отверстия ряда уплотнительной оболочки оказывает важное влияние на эффективность герметизации стекла. Заусенцы в ряду отверстий, а также форма и обработка канавок внутренней полости нелегко удалить, что также влияет на герметизирующий эффект деталей.
3.1 Анализ причин, влияющих на качество внутренней стенки отверстия детали
Оригинальная технология обработки рядов отверстий, используемая в производственной линии, представляет собой сверление → развертывание. Поскольку материал из сплава 4J29 Kovar обладает хорошей пластичностью, его легко прилипать к ножу в процессе обработки; из-за высокотемпературной твердости нержавеющей стали (022Cr17Ni12Mo2) и плохого рассеивания тепла она отличается от других металлических материалов. Сильное сродство [1], поэтому сверло быстро изнашивается, в основном в следующих аспектах.
Основная режущая кромка сверла изнашивается слишком быстро, и даже происходит выкрашивание. При сверлении труднообрабатываемых материалов температура высока, деформация при резании и охлаждение являются серьезными, а инструмент легко прилипает, образуя наросты, что приводит к непостоянной шероховатости поверхности различных внутренних отверстий одной и той же детали, и состояние износа сверла не может быть обнаружено и проконтролировано во время обработки. Попробуйте улучшить качество поверхности и эффективность обработки внутреннего отверстия, используя твердосплавные сверла из вольфрама-кобальта (YG, YT и YW), которые больше подходят для обработки труднообрабатываемых материалов. По принципу износа инструмента [2] установлено, что у YG-инструмента по-прежнему преобладает адгезионный износ при низкоскоростном резании, а у YT-инструмента одновременно наблюдается определенное количество окислительного износа и диффузионного износа. по мере износа связи; инструмент YW имеет три типа износа. Такую же позицию занимает механизм износа, поэтому для низкоскоростного резания можно предпочесть твердосплавные сверла YG, а для высокоскоростного резания – твердосплавные сверла YW или YG. В соответствии с этим принципом износа качество поверхности внутреннего отверстия улучшается после выбора соответствующего сверла для обработки ряда отверстий. Однако из-за высокой цены сверла из карбида вольфрама-кобальта малого диаметра стоимость инструмента увеличивается, а эффективность массового производства и обработки невысока.
3.2 Анализ причин, влияющих на форму детали и качество поверхности внутренней полости
При обработке материала из сплава 4J29 Kovar и материала из нержавеющей стали (022Cr17Ni12Mo2) для обработки используется инструмент из цементированного карбида с обычным размером зерна. Нижняя и боковая кромки фрезы быстро изнашиваются, а срок службы инструмента короткий, поэтому скорость резания может быть ниже 50 м/мин. Если выбран диапазон мин, эффективность обработки низкая. По сравнению с обработкой алюминиевых сплавов срок службы фрез составляет всего 1/5 от срока службы алюминиевых сплавов; по сравнению с обработкой нержавеющей стали 314 срок службы фрез составляет всего 1/3 от срока службы обработки нержавеющей стали 314.
В процессе резки таких труднообрабатываемых материалов легко выделяется большое количество тепла резания в зоне резания, что серьезно ухудшает точность размеров и производительность обрабатываемых деталей. Отвод тепла при резании может осуществляться только с помощью смазочно-охлаждающей жидкости и инструментов внутреннего охлаждения. Для герметичной оболочки данного типа конструкции из-за малых размеров внутреннего отверстия и внутренней полости в основном применяют инструменты малого диаметра или фасонные инструменты. Большое количество тепла при резании трудно быстро рассеивать, а инструмент изнашивается слишком быстро, что приводит к увеличению шероховатости поверхности детали. Если он слишком высок и не соответствует техническим требованиям, он будет признан неквалифицированным. Если расстояние между отверстиями маленькое, снятие фаски с отверстия приведет к уменьшению размера соседнего отверстия; если фаска слишком мала, заусенец все равно будет иметь отбортовку, что повлияет на качество уплотнения.
4 решение проблемы
4.1 Улучшение качества внутренней стенки отверстия
Ввиду непостоянной шероховатости поверхности внутреннего отверстия герметизируемой оболочки необходимо усовершенствовать способ обработки и подобрать подходящий инструмент. В процессе пробной резки технология обработки ряда отверстий сначала изменяется на сверление → развертывание → тонкое фрезерование внутреннего отверстия, качество поверхности внутреннего отверстия, очевидно, улучшается, но количество отверстий велико, а инструмент все еще изнашивается, когда фреза малого диаметра используется для тонкого фрезерования внутреннего отверстия. Быстро, и возникает явление запутывания стружки и зазора инструмента, эффективность обработки все еще невысока, а стоимость инструмента увеличивается. Во-вторых, он меняется на сверление → развертывание → чистовое растачивание. Шероховатость поверхности внутреннего отверстия соответствует требованиям, а эффективность обработки одного отверстия повышается, но общий расточный инструмент малого диаметра необходимо настраивать, стоимость инструмента высока, срок службы расточной инструмента короткий, и он не может соответствовать требованиям. несколько рядов отверстий. скучный.
Что касается технологии развертывания отверстия с фиксированным диаметром, то апертура процесса развертывания обычно составляет от 3 до 100 мм. Из-за длинной режущей кромки развертки каждая режущая кромка участвует в резке одновременно во время развертывания, поэтому эффективность производства высока, и она широко используется при чистовой обработке отверстий. Окончательная технология обработки определяется как сверление → развертывание → развертывание. Потому что технология обработки рассверливанием отверстий малого диаметра (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
С помощью расчета и пробной резки выберите разумные параметры резки. Принцип следующий.
Проверяйте информацию об инструменте развертки и собранные параметры развертки, а также обрабатывайте труднообрабатываемые материалы, такие как нержавеющая сталь. Скорость развертки не должна быть слишком высокой [3], и выберите опорное значение: скорость резания vc=(6 ~ 12) м/мин, скорость подачи f=(0. 05 ~ 0,1) мм/об. Диаметр внутренней полости прямоугольной герметичной оболочки составляет (1,7~1,8) мм, поэтому для расчета частоты вращения шпинделя n и скорости подачи vf во время обработки выбрана развертка φ1,8 мм, где vc=7 м/мин , f=0.06мм/об.
Поскольку скорость резания vc=πDn/1000 (D – диаметр инструмента, n – скорость вращения шпинделя), то скорость шпинделя n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (об/мин).
Отсюда можно рассчитать скорость подачи vf=fn=0.06×1238≈74 (мм/мин).
По результатам расчета фактические параметры обработки и резания выбраны как n{{0}}(1200-1300) об/мин, vf=(70-80) мм /мин, и принимается процесс сверления → развертывания → развертывания. Из-за герметизации оболочки расстояние между отверстиями компактное, а диаметр отверстия небольшой, поэтому запас перед развертыванием контролируется до 0,05 мм. Окончательный фактический эффект обработки показан на рис. 3. Когда развертка φ1,83 мм имеет более 1000 рассверленных отверстий, шероховатость поверхности Ra внутреннего отверстия все еще может достигать 0,8 мкм, что соответствует требованиям процесса и повышает эффективность обработки.
4.2 Повышение качества обработки поверхности и стойкости инструмента
Чтобы повысить эффективность обработки и срок службы инструмента для материалов с высокой температурной твердостью и плохим рассеиванием тепла, таких как жаропрочные сплавы, титановые сплавы и нержавеющие стали, импортные инструменты из цементированного карбида часто используются для черновой и чистовой обработки. стоимость использования инструмента очень высока. Сравнительный анализ разницы в износе различных инструментальных материалов при резании титановых сплавов на высокой скорости, включая твердый сплав без покрытия, твердый сплав с покрытием TiAlN PVD и PCBN и т. д., обнаружил, что инструментальные материалы PCBN работают при высокой скорости резания, низкой скорости подачи. и низкая. При резке титановых сплавов обратным резанием можно получить относительно стабильную силу резания и более низкое значение шероховатости поверхности [4]. Применяя принцип высокоскоростного фрезерования и используя отечественные инструменты из ПКНБ, более высокую скорость резания. Метод обработки с высокой скоростью и малой подачей увеличивает срок службы инструмента.
Путем многократного пробного резания и проверки анализ показывает, что при резке труднообрабатываемых материалов на высокой скорости взаимодействие между подачей на зуб fz и обратным зацеплением ap оказывает значительное влияние на шероховатость поверхности в пределах относительно высокой доверительной вероятности. Влияние. Это явление показывает, что влияние подачи на зуб или глубины фрезерования на шероховатость поверхности тесно связано с выбором глубины фрезерования и подачи на зуб. Напротив, в условиях резания со средней и низкой скоростью взаимодействие между различными параметрами резания неочевидно или отсутствует. Это означает, что при определенных условиях резания простое изучение однофакторного влияния подачи на зуб или величины обратного резания на шероховатость поверхности не может точно предсказать значение шероховатости обрабатываемой поверхности. Следовательно, чтобы получить идеальную шероховатость поверхности, при определении скорости подачи на зуб ее необходимо выбирать в сочетании с величиной обратного зацепления, и наоборот.
Отечественная твердосплавная фреза с лезвием 4-выбрана для высокоскоростной черновой обработки формы и внутренней полости. Благодаря небольшому заднему зацеплению ap и малой толщине реза ae он может эффективно защитить нижнюю и боковую кромки инструмента. Генерируемое тепло резания быстро передается, снижает вероятность образования нароста на вершине инструмента и, соответственно, увеличивает скорость фрезерования vc и подачу на зуб fz, что не только обеспечивает качество обработки, но и повышает эффективность обработки. Чтобы рассчитать время износа при обработке черновой фрезы, необходимо только отрезать эффективно используемую изношенную часть, а оставшаяся часть фрезы может снова удовлетворить потребности черновой обработки после заточки, что значительно повышает коэффициент использования резака и снижает стоимость резака.
Для заусенцев, образующихся из труднообрабатываемых материалов, ручное удаление трудно удовлетворить существующим техническим требованиям, поэтому используется обработка с ЧПУ, а материалы из быстрорежущей стали с покрытием TiC выбираются для обработки фрезой для снятия фаски. После грубого фрезерования улучшается качество, детали корпуса получаются тонкими. Заусенцы, образующиеся во время фрезерования, относительно малы, и фрезе для снятия фаски необходимо обрабатывать только контурную дорожку детали, чтобы обеспечить плавный переход острых краев. Для отбортовки и заусенцев отверстий уплотнительной обечайки применяют метод обработки фрезерование фаски отверстий фасочной фрезой → мелкое развёртывание разверткой, чтобы отверстия были без заусенцев и склеены. Параметры резания инструмента до и после улучшения показаны в таблице 1, а эффект обработки оболочки показан на рисунках 4 и 5.
Таблица 1 Параметры резания инструмента до и после улучшения
картина
картина
Рисунок 4 Эффект обработки корпуса из сплава 4J29 Kovar
картина
Рисунок 5 Эффект обработки корпуса из нержавеющей стали (022Cr17Ni12Mo2)
5 Популяризация и применение технологии развертывания труднообрабатываемых материалов
Некоторые детали толкателей (см. рис. 6) изготавливаются из нержавеющей стали 00Cr17Ni14Mo2, которая является труднообрабатываемым материалом. Обрабатывается сквозное отверстие φ5 мм на внешнем круге, глубина 15 мм, требуется значение шероховатости поверхности Ra=1,6 мкм. Первоначальный процесс: слесарное сверление → полировка стенки отверстия. Поскольку материал представляет собой нержавеющую сталь, в процессе монтажа используется дрель для сверления отверстий, сверло быстро изнашивается, положение отверстия выходит за допустимые пределы, а эффективность полировки внутреннего отверстия низкая. Поэтому усовершенствованный процесс: токарное сверление → Растачивание. Поскольку в процессе токарной обработки необходимо использовать специальные инструменты для зажима деталей толкателя, а размер специального инструмента слишком велик, его установка непроста. Поэтому, хотя фактическая обработка гарантировала значение шероховатости поверхности Ra=1,6 мкм, эффективность обработки не повысилась. 00Нержавеющая сталь Cr17Ni14Mo2. Инструмент быстро изнашивается, а стоимость инструмента высока.
Рисунок Рисунок 6 Двухмерная схема толкателя
Используя опыт, полученный при развертывании отверстий малого диаметра, технология обработки сверление → развертывание → развертывание в обрабатывающем центре применяется для решения проблем низкой производительности обработки сквозных отверстий φ 5 мм и трудности обеспечения значения шероховатости поверхности Ra{{ 2}}.6 мкм. Процесс реализации следующий.
Выберите исходное значение: скорость резания vc{{0}}(6~12) м/мин, подача f=(0.15~0,2) мм/об. Выберите развертку φ5 мм, чтобы рассчитать скорость инструмента и скорость подачи во время обработки, возьмите vc=7 м/мин, f=0,18 мм/об.
Поскольку скорость резания vc=πDn/1000 (D — диаметр инструмента, n — скорость шпинделя), то скорость шпинделя n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (об/мин), подача Количество vf=fn=0.18×445≈80 (мм/мин).
По результатам расчета фактические параметры обработки и резания выбираются в виде: скорости шпинделя n {{0}} (450-500) об/мин, vf=({{3} }) мм/мин, припуск перед развертыванием контролируется на 0,1 мм, а окончательная фактическая обработка Конечный объект показан на рисунке 7. Когда развертка φ5,02 мм (см. рисунок 8) имеет более 500 расширенных отверстий, шероховатость Ra внутреннего отверстия по-прежнему может достигать 1,6 мкм, что соответствует требованиям процесса и повышает эффективность обработки. Изготовленный инструмент позиционирования (см. рис. 9) имеет простую конструкцию и легко зажимается.
картина
Рисунок 7 Реальный объект толкателя после обработки
картина
Рис. 8. Развертка φ5,02 мм.
картина
Рис. 9 Влияние инструментов позиционирования на обработку толкателя
6 Достигаемый эффект
Благодаря этому исследованию мы накопили технический опыт в обработке труднообрабатываемых материалов. Последующие исследования и разработки деталей из труднообрабатываемых материалов, таких как жаропрочные сплавы и сплавы титана, также могут быть обработаны с использованием технологии развертывания, и были достигнуты хорошие результаты. Например, используя развертку φ2,12 мм, полное развертывание материалов из суперсплавов, изображений диаметра и глубоких отверстий глубиной более 40 мм. Технология обработки с развертыванием не только экономит стоимость инструмента, но и повышает эффективность обработки. См. Таблицу 2-Таблица 4 для сравнения эффекта обработки деталей до и после усовершенствования.
Таблица 2. Обработка изображений прямоугольных отверстий в уплотняющей оболочке до и после улучшения
Таблица 3 Обработка отверстий толкателя до и после улучшения
картина
Таблица 4 Стоимость инструмента до и после улучшения
картина
Из Таблицы 2 в Таблицу 4 можно сделать вывод, что использование усовершенствованного метода обработки улучшило качество обработки, скорость прохода деталей увеличилась до 99 процентов, эффективность производства увеличилась на 33 процента, а стоимость инструмента снизилась. сильно сократился.
7 Заключение
Появление новых и труднообрабатываемых материалов в аэрокосмической области выдвинуло более высокие требования к технологии обработки резанием. Только путем углубленного исследования режущих характеристик труднообрабатываемых материалов и изучения дополнительных свойств новых материалов мы можем выбрать подходящие инструменты для резки. Внедрена система мониторинга состояния резания инструмента для отслеживания состояния использования инструмента в режиме реального времени. В соответствии с разным сроком службы различных материалов инструмент можно оценить и выбрать вовремя, что может снизить стоимость и повысить эффективность при одновременном повышении точности обработки опорных частей космического корабля. Эффект.
