Завдяки аналізу ущільнювальної оболонки зі сплаву 4J29 Kovar і матеріалів з нержавіючої сталі 022Cr17Ni12Mo2 запропоновано метод використання технології високошвидкісного фрезерування та розгортання для обробки важкооброблюваних матеріалів, що не тільки підвищує точність обробки та ефективність обробки форми та внутрішнього отвору деталей, а також економить енергію. витрати ріжучого інструменту.
1 преамбула
Щоб покращити продуктивність і термін служби космічних кораблів у різних середовищах далекого космосу, аерокосмічні деталі здебільшого вибирають матеріали з хорошою термостійкістю, такі як титанові сплави та високотемпературні сплави. Такі сплави мають погані характеристики обробки і їх важко обробляти. Вибір ріжучого інструменту Високі вимоги та висока вартість обробки. Відповідно до характеристик таких важкооброблюваних матеріалів, проведення досліджень технології обробки важкооброблюваних матеріалів і продовження терміну служби інструменту допоможе підвищити точність опорних частин космічного корабля та підвищити ефективність обробки. Водночас це може розширити ринковий потенціал компанії та створити більші економічні вигоди. .
2 Огляд проблеми
Ущільнювальна оболонка прямокутної серії є частиною продукту, нещодавно розробленою компанією в останні роки, як показано на малюнку 1, матеріалом є переважно сплав 4J29 Kovar та нержавіюча сталь. Оскільки конструкція продукту вимагає використання технології ущільнення скла, висуваються більш високі вимоги до шорсткості поверхні та внутрішнього отвору цього типу герметичних деталей оболонки, що призводить до збільшення складності обробки, скорочення терміну служби інструменту, збільшення вартості інструменту, і зниження ефективності обробки. Прохідний бал низький.
3 Аналіз проблеми
Взявши сплав 4J29 Kovar і нержавіючу сталь 022Cr17Ni12Mo2 як приклад для аналізу певного типу ущільнювальної оболонки, структура деталей ущільнювальної оболонки схожа, і необхідно обробити ряд отворів у внутрішній порожнині. Ряд отворів використовується для скляних ущільнювальних штифтів, а ущільнення скла. Технологія з’єднання вимагає, щоб значення шорсткості внутрішньої поверхні отвору в рядку було Ra=0.8μm. У процесі герметизації скла багато разів виробляються некваліфіковані продукти, а вихід низький. Відповідно до аналізу дизайну та майстрів, шорсткість поверхні внутрішньої поверхні отвору ущільнювальної оболонки має важливий вплив на продуктивність ущільнення скла. Задирки в ряду отворів, форму та обробку канавок внутрішньої порожнини непросто видалити, що також впливає на ефект ущільнення деталей.
3.1 Аналіз причин, що впливають на якість внутрішньої стінки отвору деталі
Оригінальна технологія обробки рядів отворів, що використовується у виробничій лінії, — свердління → розгортання. Оскільки матеріал сплаву 4J29 Kovar має хорошу пластичність, його легко приклеїти до ножа під час обробки; завдяки високій температурній твердості нержавіючої сталі (022Cr17Ni12Mo2) і поганому розсіюванню тепла він відрізняється від інших металевих матеріалів. Сильна спорідненість [1], тому свердло швидко зношується, головним чином у наступних аспектах.
Основна ріжуча кромка свердла надто швидко зношується, навіть з’являються відколи. Під час свердління матеріалів, які важко обробляти, температура висока, деформація різання та охолодження є серйозними, інструмент легко приклеїти, утворюючи нарощену кромку, що призводить до нерівномірної шорсткості поверхні різних внутрішніх отворів однієї деталі та стан зносу свердла неможливо виявити та контролювати під час обробки. Спробуйте покращити якість поверхні та ефективність обробки внутрішнього отвору, використовуючи свердла з твердого сплаву вольфраму та кобальту (YG, YT та YW), які більше підходять для обробки важкооброблюваних матеріалів. Згідно з принципом зносу інструменту [2], виявлено, що в інструменті YG все ще переважає адгезійне зношування під час низькошвидкісного різання, але інструмент YT супроводжується певною кількістю окисного зносу та дифузійного зносу одночасно у міру зносу скріплення; інструмент YW має три типи зносу. Механізм зносу займає таке ж положення, тому для низькошвидкісного різання можна віддати перевагу твердосплавним сверлам YG, а для високошвидкісного — твердосплавним сверлам YW або YG. Відповідно до цього принципу зносу якість поверхні внутрішнього отвору покращується після вибору відповідного свердла для обробки ряду отворів. Однак через високу ціну свердла малого діаметра з карбіду вольфраму і кобальту вартість інструменту зростає, а ефективність масового виробництва та обробки не висока.
3.2 Аналіз причин, що впливають на форму деталі та якість поверхні внутрішньої порожнини
При обробці матеріалу сплаву 4J29 Kovar і матеріалу з нержавіючої сталі (022Cr17Ni12Mo2) для обробки використовується твердосплавний інструмент із звичайним розміром зерна. Нижня та бічна кромка фрези швидко зношуються, а термін служби інструменту короткий, тому швидкість різання може бути меншою за 50 м. Якщо вибрано діапазон min, ефективність обробки низька. У порівнянні з обробкою сплавів на основі алюмінію термін служби фрез становить лише 1/5 від терміну служби оброблення сплавів на основі алюмінію; порівняно з обробкою нержавіючої сталі 314, термін служби фрез становить лише 1/3 терміну служби обробки нержавіючої сталі 314.
У процесі різання таких важкооброблюваних матеріалів у зоні різання легко виділяється велика кількість тепла різання, що серйозно погіршує точність розмірів і продуктивність оброблюваних деталей. Розсіювання тепла різання може здійснюватися лише за допомогою ріжучої рідини та внутрішніх охолоджуючих інструментів. Для герметичної оболонки такого типу конструкції, через малий розмір внутрішнього отвору і внутрішньої порожнини, в основному використовують інструменти малого діаметра або фасонні інструменти. Велику кількість тепла від різання важко швидко розсіяти, а інструмент занадто швидко зношується, що призводить до збільшення шорсткості поверхні деталі. Якщо він занадто високий і не відповідає технічним вимогам, він буде визнаний некваліфікованим. Якщо відстань між отворами невелика, скошування отвору зруйнує розмір сусіднього отвору; якщо фаска надто мала, заусенець все одно матиме фланці, що вплине на якість ущільнення.
4 розв’язування задач
4.1 Поліпшення якості внутрішньої стінки отвору
Зважаючи на неоднакову шорсткість поверхні внутрішнього отвору герметичної оболонки, необхідно удосконалити метод обробки та вибрати відповідний інструмент. Завдяки процесу пробного різання технологія обробки ряду отворів спочатку змінюється на свердління → розсвердлювання → тонке фрезерування внутрішнього отвору, якість поверхні внутрішнього отвору, очевидно, покращується, але кількість отворів велика, а інструмент все ще не працює. зношується, коли фреза малого діаметра використовується для тонкого фрезерування внутрішнього отвору Швидко, і виникає явище заплутування стружки та зазор інструменту, ефективність обробки все ще невисока, а вартість інструменту зростає. По-друге, він змінюється на свердління → розгортання → точне розточування. Шорсткість поверхні внутрішнього отвору відповідає вимогам, а ефективність обробки одного отвору покращена, але загальний свердлильний інструмент малого діаметра потрібно налаштувати, вартість інструмента висока, термін служби свердлильного інструменту короткий, і він не може відповідати кілька рядів отворів. нудно.
Посилаючись на технологію розгортання отвору з фіксованим діаметром, апертура процесу розгортання зазвичай становить від 3 до 100 мм. Завдяки довгій ріжучій кромці розгортки кожна ріжуча кромка бере участь у різанні одночасно під час розгортання, тому ефективність виробництва є високою, і вона широко використовується для обробки отворів. Остаточна технологія обробки визначається як свердління → розгортання → розгортання. Оскільки технологія обробки отворів малого діаметра розгортанням (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Шляхом розрахунку та пробного різання виберіть прийнятні параметри різання. Принцип полягає в наступному.
Перевірте інформацію про інструмент розширювача та зібрані параметри розгортання та обробіть складні для обробки матеріали, наприклад нержавіючу сталь. Швидкість розгортки не повинна бути занадто високою [3], і виберіть контрольне значення: швидкість різання vc=(6 ~ 12) м/хв, швидкість подачі f=(0. 05 ~ 0,1) мм/об. Діаметр внутрішньої порожнини прямокутної герметичної оболонки становить (1,7~1,8) мм, тому для розрахунку швидкості шпинделя n і швидкості подачі vf під час обробки вибрано розгортку φ1,8 мм, де vc=7м/хв. , f=0.06mm /r.
Оскільки швидкість різання vc=πDn/1000 (D — діаметр інструмента, n — швидкість шпинделя), то швидкість шпинделя n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (об/хв).
Звідси можна розрахувати швидкість подачі vf=fn=0.06×1238≈74 (мм/хв).
За результатами розрахунку фактичні параметри обробки та різання вибираються як n{{0}}(1200-1300) об/хв, vf=(70-80) мм /хв, і приймається процес свердління → розгортання → розгортання. Завдяки герметизації оболонки відстань між отворами є компактною, а діаметр отвору малим, тому запас перед розсвердлюванням контролюється до 0.05 мм. Остаточний фактичний ефект обробки показаний на малюнку 3. Коли розгортка φ1,83 мм має понад 1000 розсвердлених отворів, шорсткість поверхні Ra внутрішнього отвору все ще може досягати 0,8 мкм, що відповідає вимогам процесу та покращує ефективність обробки.
4.2 Покращення якості обробки поверхні та довговічності інструменту
Щоб підвищити ефективність обробки та термін служби інструменту для матеріалів із високотемпературною твердістю та поганим розсіюванням тепла, таких як жароміцні сплави, титанові сплави та нержавіючі сталі, імпортні твердосплавні інструменти часто використовуються для чорнової та чистової обробки, а також вартість використання інструменту дуже висока. Порівняльний аналіз різниці зносу різних інструментальних матеріалів під час різання титанових сплавів на високій швидкості, включаючи цементований карбід без покриття, цементований карбід з покриттям TiAlN PVD та PCBN тощо, виявив, що інструментальні матеріали PCBN мають високу швидкість різання та низьку швидкість подачі. і низька При різанні титанових сплавів зворотним різанням можна отримати відносно стабільну силу різання та меншу величину шорсткості поверхні [4]. Застосовуючи принцип високошвидкісного фрезерування та використовуючи вітчизняні інструменти PCBN, більш високий різальний метод обробки з великою швидкістю та малою подачею збільшує термін служби інструменту.
За допомогою багаторазового пробного різання та перевірки аналіз показує, що під час різання важкооброблюваних матеріалів на високій швидкості взаємодія між подачею на зуб fz і заднім зачепленням ap має значний вплив на шорсткість поверхні з відносно високою довірчою ймовірністю. Вплив. Це явище показує, що вплив подачі на зуб або глибини фрезерування на шорсткість поверхні тісно пов’язаний із вибором глибини фрезерування та подачі на зуб. Навпаки, за умов середньої та низької швидкості різання взаємодія між різними параметрами різання неочевидна, або взаємодії немає. Це означає, що за певних умов різання просте дослідження однофакторного впливу подачі на зуб або кількості зворотного різання на шорсткість поверхні не може точно передбачити значення шорсткості обробленої поверхні. Тому, щоб отримати ідеальну шорсткість поверхні, при визначенні швидкості подачі на зуб її потрібно вибирати в поєднанні з величиною зворотного зачеплення, і навпаки.
4-Твердосплавна фреза вітчизняного виробництва вибирається для високошвидкісної грубої обробки форми та внутрішньої порожнини. Завдяки невеликому задньому зчепленню ap і невеликій товщині різу ae він може ефективно захистити нижній і бічний край інструменту. Тепло, що виділяється при різанні, швидко розповсюджується, зменшує ймовірність накопичення кромки на кінчику інструмента та, відповідно, збільшує швидкість фрезерування vc і швидкість подачі на зуб fz, що не тільки забезпечує якість обробки, але й покращує ефективність обробки. Щоб розрахувати час зносу фрези для чорнової обробки, необхідно лише відрізати ефективно використану зношену частину, а частина фрези, що залишилася, може знову задовольнити потреби чорнової обробки після заточування, що значно покращує коефіцієнт використання різак і знижує вартість різця.
Для задирок, утворених матеріалами, які важко обробляти, ручне видалення важко відповідати існуючим технічним вимогам, тому використовується обробка з ЧПУ, а для обробки фрезою для зняття фаски вибираються матеріали з високорізальної сталі з покриттям TiC. Після грубого фрезерування покращується якість, корпусні деталі стають чудовими. Задирки, що утворюються під час фрезерування, відносно невеликі, і фреза для зняття фаски потребує лише обробки відповідно до контуру деталі, щоб забезпечити плавний перехід гострих країв. Для відбортування та задирок отворів ущільнювальної оболонки використовується метод обробки фрезерування фасок отворів фрезою для зняття фасок → тонке розсвердлювання за допомогою розгортки, щоб переконатися, що отвори не мають задирок і склеєні. Параметри різання інструменту до і після вдосконалення наведені в таблиці 1, а ефект обробки оболонки показаний на рисунках 4 і 5.
Таблиця 1 Параметри різання інструменту до і після вдосконалення
картина
картина
Рисунок 4 Ефект обробки корпусу зі сплаву 4J29 Kovar
картина
Рисунок 5 Ефект обробки оболонки з нержавіючої сталі (022Cr17Ni12Mo2)
5 Популяризація та застосування технології розгортання важкооброблюваних матеріалів
Певний тип деталей штовхача (див. малюнок 6) виготовляється з нержавіючої сталі 00Cr17Ni14Mo2, яка є матеріалом, який важко обробляти. Наскрізний отвір φ5 мм на зовнішньому колі обробляється, глибина становить 15 мм, а необхідне значення шорсткості поверхні Ra=1.6μm. Оригінальний процес такий: слюсарне свердління→полірування стінки отвору. Оскільки матеріалом є нержавіюча сталь, монтажник використовує свердло для свердління отворів, свердло швидко зношується, положення отвору виходить за допустимі межі, а ефективність полірування внутрішнього отвору низька. Таким чином, вдосконалений процес: свердління на токарному верстаті → розточування. Оскільки для процесу точіння потрібно використовувати спеціальні інструменти для затискання деталей штовхача, а розмір спеціального інструменту занадто великий, його нелегко встановити. Тому, хоча фактична обробка гарантувала значення шорсткості поверхні Ra=1.6 мкм, ефективність обробки не була покращена. 00Нержавіюча сталь Cr17Ni14Mo2 спричинила. Свердлильний інструмент швидко зношується, а вартість інструменту висока.
Рисунок Рисунок 6 Двовимірна схема штовхача
Використовуючи досвід, отриманий під час розгортання отворів малого діаметра, технологія обробки свердління → розгортання → розгортання в обробному центрі використовується для вирішення проблем низької ефективності обробки отворів φ 5 мм і труднощів із гарантуванням значення шорсткості поверхні Ra{{ 2}}.6 мкм. Процес реалізації наступний.
Виберіть контрольне значення: швидкість різання vc{{0}}(6~12) м/хв, подача f=(0.15~0,2) мм/об. Виберіть розгортку φ5 мм, щоб обчислити швидкість інструменту та швидкість подачі під час обробки, візьміть vc=7м/хв, f=0.18 мм/р.
Оскільки швидкість різання vc=πDn/1000 (D — діаметр інструмента, n — швидкість шпинделя), то швидкість шпинделя n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (об/хв), кількість подачі vf=fn=0.18×445≈80 (мм/хв).
За результатами розрахунку вибираються фактичні параметри обробки та різання: частота обертання шпинделя n {{0}} (450-500) об/хв, vf=({{3} }) мм/хв, припуск перед розгортуванням контролюється до 0,1 мм, а кінцева фактична обробка Кінцевий об’єкт показаний на малюнку 7. Коли розгортка φ5,02 мм (див. малюнок 8) має більше 500 розсвердлених отворів, поверхня шорсткість Ra внутрішнього отвору все ще може досягати 1,6 мкм, що відповідає вимогам процесу та покращує ефективність обробки. Виготовлений позиціонуючий інструмент (див. рис. 9) має просту конструкцію і легко затискається.
картина
Малюнок 7 Реальний об'єкт штовхача після обробки
картина
Малюнок 8 Розгортка φ5,02 мм
картина
Малюнок 9 Вплив позиціонування інструментів для обробки штовхача
6 Досягнутий ефект
Завдяки цьому дослідженню ми накопичили технічний досвід обробки матеріалів, які важко обробляти. Подальші дослідження та розробки деталей, виготовлених із важкооброблюваних матеріалів, таких як високотемпературні сплави та титанові сплави, також можуть бути оброблені з використанням технології розгортання, і були досягнуті хороші результати. Наприклад, використовуючи розгортку φ2,12 мм, повне розгортання суперлегованих матеріалів, зображень діаметра та глибоких отворів глибиною понад 40 мм. Технологія обробки розгортанням не тільки економить вартість інструменту, але й підвищує ефективність обробки. Перегляньте таблицю 2-таблицю 4 для порівняння ефекту обробки деталей до та після вдосконалення.
Таблиця 2 Обробка зображень прямокутних отворів ущільнювальної оболонки до та після покращення
Таблиця 3 Обробка отворів штовхачів до і після поліпшення
картина
Таблиця 4 Витрати інструменту до і після вдосконалення
картина
З таблиці 2 до таблиці 4 можна зробити висновок, що використання вдосконаленого методу обробки покращило якість обробки, швидкість проходження деталей зросла до 99 відсотків, ефективність виробництва зросла на 33 відсотки, а вартість інструменту зросла було значно зменшено.
7 Висновок
Нові матеріали та матеріали, які важко обробляти, в аерокосмічній галузі висувають підвищені вимоги до технології обробки різанням. Тільки шляхом поглибленого дослідження характеристик різання важкооброблюваних матеріалів і оволодіння більшою кількістю властивостей нових матеріалів ми можемо вибрати відповідні інструменти для різання. Запроваджено систему моніторингу стану різання інструменту для моніторингу стану використання інструменту в режимі реального часу. Відповідно до різного терміну служби різних матеріалів інструмент можна оцінити та вибрати вчасно, що може знизити вартість та підвищити ефективність, одночасно покращуючи точність обробки опорних частин космічного корабля. Ефект.
