Door de analyse van de afdichtingsschaal van 4J29 Kovar-legering en 022Cr17Ni12Mo2 roestvrijstalen materialen, wordt een methode voorgesteld voor het gebruik van snelle frees- en ruimtechnologie om moeilijk te bewerken materialen te verwerken, wat niet alleen de bewerkingsnauwkeurigheid en bewerkingsefficiëntie van de vorm en het binnenste gat van de onderdelen, maar bespaart ook energie. snijgereedschap kosten.
1 voorwoord
Om de prestaties en levensduur van ruimtevaartuigen in verschillende deep space-omgevingen te verbeteren, kiezen ruimtevaartonderdelen meestal voor materialen met een goede hittebestendigheid, zoals titaniumlegeringen en legeringen voor hoge temperaturen. Dergelijke legeringsmaterialen hebben slechte verwerkingsprestaties en zijn moeilijk te verwerken. De selectie van snijgereedschappen Hoge eisen en hoge verwerkingskosten. Volgens de kenmerken van dergelijke moeilijk te bewerken materialen, zal het uitvoeren van onderzoek naar de verwerkingstechnologie van moeilijk te bewerken materialen en het verlengen van de standtijd helpen om de precisie van ondersteunende onderdelen van ruimtevaartuigen te verbeteren en de verwerkingsefficiëntie te verbeteren. Tegelijkertijd kan het het marktpotentieel van het bedrijf vergroten en grotere economische voordelen creëren. .
2 Probleemoverzicht
De afdichtingsschaal van de rechthoekige serie is een productonderdeel dat de afgelopen jaren nieuw is ontwikkeld door het bedrijf, zoals weergegeven in figuur 1, het materiaal is voornamelijk 4J29 Kovar-legering en roestvrij staal. Aangezien de structuur van het productontwerp het gebruik van glasafdichtingstechnologie vereist, worden er hogere eisen gesteld aan de oppervlakteruwheid van het oppervlak en het binnenste gat van dit type afgedichte schaaldelen, wat resulteert in een grotere verwerkingsmoeilijkheid, een kortere standtijd, hogere gereedschapskosten, en verminderde verwerkingsefficiëntie. Het slagingspercentage is laag.
3 Probleemanalyse
Door 4J29 Kovar-legering en 022Cr17Ni12Mo2 roestvrij staal als voorbeeld te nemen om een bepaald type afdichtingsschaal te analyseren, is de structuur van de onderdelen van de afdichtingsschaal vergelijkbaar en is het noodzakelijk om de rij gaten in de binnenholte te verwerken. De rij gaten wordt gebruikt voor glasafdichtingspinnen en de glasafdichting. De verbindingstechnologie vereist dat de ruwheidswaarde van het binnenoppervlak van het rijgat Ra=0.8μm is. Bij het glasafdichtingsproces worden vaak ongeschikte producten geproduceerd en is de opbrengst laag. Volgens de analyse van het ontwerp en de vakmensen heeft de oppervlakteruwheid van het binnenoppervlak van het rijgat van de afdichtingsschaal een belangrijke invloed op de opbrengst van glasafdichting. De bramen bij de gatenrij en de vorm- en groefverwerking van de binnenholte zijn niet eenvoudig te verwijderen, wat ook het afdichtende effect van de onderdelen beïnvloedt.
3.1 Analyse van de oorzaken die de kwaliteit van de binnenwand van het onderdeelgat beïnvloeden
De oorspronkelijke verwerkingstechnologie voor gatenrijen die in de productielijn wordt gebruikt, is boren → ruimen. Omdat het 4J29 Kovar-legeringsmateriaal een goede plasticiteit heeft, is het gemakkelijk aan het mes te plakken tijdens de verwerking; vanwege de hoge temperatuurhardheid van roestvrij staal (022Cr17Ni12Mo2) en slechte warmteafvoer, verschilt het van andere metalen materialen. Sterke affiniteit [1], dus de boor slijt snel, voornamelijk in de volgende aspecten.
De hoofdsnijkant van de boor slijt te snel en er treedt zelfs afbrokkeling op. Bij het boren van moeilijk te bewerken materialen is de temperatuur hoog, zijn snijvervorming en afkoeling ernstig en is het gereedschap gemakkelijk vast te plakken om snijkantopbouw te produceren, wat resulteert in een inconsistente oppervlakteruwheid van verschillende binnenste gaten van hetzelfde onderdeel, en de slijtage van de boor kan tijdens de verwerking niet worden gedetecteerd en gecontroleerd. Probeer de oppervlaktekwaliteit en verwerkingsefficiëntie van het binnenste gat te verbeteren door hardmetalen boren van wolfraam-kobalt te gebruiken (YG, YT en YW), die geschikter zijn voor het bewerken van moeilijk te bewerken materialen. Volgens het principe van gereedschapsslijtage [2], blijkt dat het YG-gereedschap nog steeds wordt gedomineerd door adhesieve slijtage tijdens snijden met lage snelheid, maar dat het YT-gereedschap gepaard gaat met een zekere mate van oxidatieve slijtage en diffusieslijtage tegelijkertijd als de bindingsslijtage; het YW-gereedschap heeft drie soorten slijtage. Het slijtagemechanisme neemt dezelfde positie in, dus YG-hardmetalen boren kunnen de voorkeur hebben voor snijden met lage snelheid, en YW- of YG-hardmetalen boren kunnen worden gebruikt voor zagen met hoge snelheid. Volgens dit slijtageprincipe wordt de oppervlaktekwaliteit van het binnenste gat verbeterd na het selecteren van de juiste boor om de rij gaten te bewerken. Vanwege de hoge prijs van de wolfraam-kobaltcarbide boor met kleine diameter, stijgen de kosten van het gereedschap en is de efficiëntie van massaproductie en -verwerking niet hoog.
3.2 Analyse van de redenen die de vorm van het onderdeel en de oppervlaktekwaliteit van de binnenholte beïnvloeden
Bij het verwerken van 4J29 Kovar-legeringsmateriaal en roestvrij staalmateriaal (022Cr17Ni12Mo2), wordt het gecementeerde hardmetalen gereedschap met gewone korrelgrootte gebruikt voor verwerking. De onderrand en zijrand van de frees slijten snel en de standtijd is kort, dus de snijsnelheid kan slechts lager zijn dan 50 m. Als het bereik van min is geselecteerd, is de verwerkingsefficiëntie laag. Vergeleken met het bewerken van legeringen op aluminiumbasis is de levensduur van frezen slechts 1/5 van die van het bewerken van legeringen op aluminiumbasis; vergeleken met het bewerken van RVS 314 is de levensduur van frezen slechts 1/3 van die van het bewerken van RVS 314.
Tijdens het snijden van dergelijke moeilijk te bewerken materialen is het gemakkelijk om een grote hoeveelheid snijwarmte te genereren in het snijgebied, wat de maatnauwkeurigheid en prestaties van de bewerkte onderdelen ernstig schaadt. De afvoer van snijwarmte kan alleen worden uitgevoerd door snijvloeistof en interne koelgereedschappen. Voor de afgedichte schaal van dit type constructie worden, vanwege de kleine afmeting van het binnengat en de binnenholte, meestal gereedschappen met een kleine diameter of gevormd gereedschap gebruikt. Een grote hoeveelheid snijwarmte is moeilijk snel af te voeren en het gereedschap slijt te snel, wat resulteert in een toename van de oppervlakteruwheid van het onderdeel. Als het te hoog is en niet aan de technische vereisten voldoet, wordt het als niet-gekwalificeerd beoordeeld. Als de afstand tussen de gaten klein is, zal het afschuinen van de opening de grootte van de aangrenzende opening vernietigen; als de afschuining te klein is, zal de braam nog steeds een flens hebben, wat de afdichtingskwaliteit zal beïnvloeden.
4 problemen oplossen
4.1 Verbetering van de kwaliteit van de binnenwand van het gat
Gezien de inconsistente oppervlakteruwheid van het binnenste gat van de verzegelde schaal, is het noodzakelijk om de verwerkingsmethode te verbeteren en een geschikt gereedschap te selecteren. Door het proefsnijproces wordt de technologie voor het verwerken van gatenrijen eerst gewijzigd in boren → ruimen → fijn frezen van het binnenste gat, de oppervlaktekwaliteit van het binnenste gat is duidelijk verbeterd, maar het aantal gaten is groot en het gereedschap is nog steeds versleten wanneer de frees met kleine diameter wordt gebruikt voor het fijn frezen van het binnenste gat Snel, en het fenomeen van spaanverstrengeling en gereedschapsspeling wordt gegenereerd, de verwerkingsefficiëntie is nog steeds niet hoog en de kosten van het gereedschap nemen toe. Ten tweede wordt het gewijzigd in boren → ruimen → fijnkotteren. De oppervlakteruwheid van het binnenste gat voldoet aan de vereisten en de verwerkingsefficiëntie van een enkel gat is verbeterd, maar het algehele kottergereedschap met kleine diameter moet worden aangepast, de gereedschapskosten zijn hoog, de levensduur van het kottergereedschap is kort en het kan niet voldoen meerdere rijen gaten. saai.
Door te verwijzen naar de boortechnologie met vaste diameter, is de opening van het ruimproces over het algemeen 3 tot 100 mm. Vanwege de lange snijkant van de ruimer, neemt elke snijkant tegelijkertijd deel aan het snijden tijdens het ruimen, dus de productie-efficiëntie is hoog en wordt veel gebruikt bij het afwerken van gaten. De uiteindelijke verwerkingstechnologie wordt bepaald als boren → ruimen → ruimen. Omdat de ruimverwerkingstechnologie van gaten met een kleine diameter (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Selecteer redelijke snijparameters door middel van berekening en proefsnijden. Het principe is als volgt.
Controleer de informatie over het ruimergereedschap en de verzamelde ruimingsparameters en verwerk moeilijk te bewerken materialen zoals roestvrij staal. De snelheid van de ruimer mag niet te hoog zijn [3] en selecteer de referentiewaarde: snijsnelheid vc=(6 ~ 12) m/min, voedingssnelheid f=(0. 05 ~ 0,1) mm/r. De diameter van de binnenholte van de rechthoekige afgedichte schaal is (1,7~1,8) mm, dus de ruimer van φ1,8 mm wordt geselecteerd om de spilsnelheid n en voedingssnelheid vf te berekenen tijdens de verwerking, waarbij vc=7m/min , f=0.06mm /r.
Omdat snijsnelheid vc=πDn/1000 (D is gereedschapsdiameter, n is spilsnelheid), dus spilsnelheid n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (r/min).
Hieruit kan de doorvoersnelheid vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min) worden berekend.
Volgens de berekeningsresultaten worden de daadwerkelijke bewerkings- en snijparameters geselecteerd als n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm /min, en het proces van boren → ruimen → ruimen wordt overgenomen. Door de afdichting van de schaal is de afstand tussen de gaten compact en de diameter van de gaten klein, zodat de marge voor het ruimen beperkt blijft tot 0.05 mm. Het uiteindelijke feitelijke verwerkingseffect wordt getoond in figuur 3. Wanneer de φ1,83 mm ruimer meer dan 1000 geruimde gaten heeft, kan de oppervlakteruwheid Ra van het binnenste gat nog steeds 0,8 μm bereiken, wat voldoet aan de procesvereisten en de verwerkingsefficiëntie verbetert.
4.2 Verbetering van oppervlaktebewerkingskwaliteit en standtijd
Om de verwerkingsefficiëntie en de standtijd van materialen met een hoge temperatuurhardheid en een slechte warmteafvoer te verbeteren, zoals hogetemperatuurlegeringen, titaniumlegeringen en roestvrij staal, worden geïmporteerde gecementeerde hardmetalen gereedschappen vaak gebruikt voor ruwe en nabewerking, en de de kosten van gereedschapsgebruik zijn erg hoog. Vergelijkende analyse van het slijtageverschil van verschillende gereedschapsmaterialen bij het snijden van titaniumlegeringen met hoge snelheid, inclusief ongecoat hardmetaal, TiAlN PVD-gecoat hardmetaal en PCBN, enz. Het is gebleken dat PCBN-gereedschapsmaterialen een hoge snijsnelheid hebben, een lage voedingssnelheid en laag Bij het snijden van titaniumlegeringen met terugsnijden kan een relatief stabiele snijkracht en een lagere oppervlakteruwheidswaarde worden verkregen [4]. Door het principe van frezen met hoge snelheid toe te passen en binnenlandse PCBN-gereedschappen te gebruiken, wordt de snijsnelheid hoger. De verwerkingsmethode van hoge snelheid en kleine voeding verhoogt de levensduur van het gereedschap.
Door middel van meervoudig proefsnijden en verificatie, toont de analyse aan dat bij het snijden van moeilijk te bewerken materialen met hoge snelheid, de interactie tussen de voeding per tand fz en de rugaangrijping ap een significant effect heeft op de oppervlakteruwheid binnen een relatief hoge betrouwbaarheidskans Invloed. Dit fenomeen laat zien dat het effect van voeding per tand of freesdiepte op oppervlakteruwheid nauw verband houdt met de keuze van freesdiepte en voeding per tand. Daarentegen is de interactie tussen de verschillende snijparameters niet duidelijk, of is er geen interactie bij snijden met gemiddelde en lage snelheid. Dit betekent dat onder een specifieke snijconditie het simpelweg onderzoeken van het eenfactoreffect van de voeding per tand of de terugsnijhoeveelheid op de oppervlakteruwheid de waarde van de bewerkte oppervlakteruwheid niet nauwkeurig kan voorspellen. Daarom moet, om de ideale oppervlakteruwheid te verkrijgen, bij het bepalen van de voedingssnelheid per tand, deze worden geselecteerd in combinatie met de mate van rugaangrijping, en vice versa.
De 4-huishoudelijke volhardmetalen frees met lemmet is geselecteerd voor het met hoge snelheid voorbewerken van de vorm en de binnenholte. Vanwege de kleine achteraangrijping ap en de kleine snijdikte ae, kan het de onderrand en zijrand van het gereedschap effectief beschermen. De gegenereerde snijwarmte geleidt snel, vermindert de kans op snijkantopbouw op de gereedschapspunt en verhoogt dienovereenkomstig de freessnelheid vc en de voeding per tand fz, wat niet alleen de verwerkingskwaliteit garandeert, maar ook de verwerkingsefficiëntie verbetert. Om de bewerkingsslijtagetijd van de ruwe frees te berekenen, is het alleen nodig om het effectief gebruikte versleten onderdeel af te snijden, en het resterende deel van de frees kan na het slijpen nog steeds voldoen aan de behoeften van voorbewerken, wat de bezettingsgraad aanzienlijk verbetert de snijplotter en vermindert de kosten van de snijplotter.
Voor de bramen die worden gegenereerd door moeilijk te bewerken materialen, is handmatige verwijdering moeilijk om aan de bestaande technische vereisten te voldoen, dus wordt CNC-bewerking gebruikt en worden TiC-gecoate snelstaalmaterialen geselecteerd voor de verwerking van afschuinfrezen. Nadat ruw frezen de kwaliteit verbetert, zijn de schaaldelen in orde. De bramen die tijdens het frezen worden gegenereerd, zijn relatief klein en de afschuinfrees hoeft alleen te werken volgens het contourspoor van het onderdeel om een soepele overgang van scherpe randen te garanderen. Voor het flensen en bramen van de gaten van de afdichtingsschaal wordt de bewerkingsmethode van het frezen van de afschuiningen van de gaten met een afschuinfrees → fijn ruimen met een ruimer gebruikt om ervoor te zorgen dat de gaten braamvrij en verlijmd zijn. De snijparameters van het gereedschap voor en na verbetering worden weergegeven in tabel 1 en het verwerkingseffect van de schaal wordt weergegeven in afbeelding 4 en afbeelding 5.
Tabel 1 Gereedschapssnijparameters voor en na verbetering
afbeelding
afbeelding
Figuur 4 Verwerkingseffect van 4J29 Kovar-legeringsschaal
afbeelding
Figuur 5 Verwerkingseffect van roestvrijstalen materiaal (022Cr17Ni12Mo2) schaal
5 Popularisering en toepassing van ruimtechnologie voor moeilijk te bewerken materialen
Een bepaald type stoterstangonderdelen (zie afbeelding 6) is gemaakt van 00Cr17Ni14Mo2 roestvrij staal, een moeilijk te bewerken materiaal. Het doorlopende gat van φ5 mm op de buitenste cirkel is verwerkt, de diepte is 15 mm en de oppervlakteruwheidswaarde Ra=1.6μm is vereist. Het oorspronkelijke proces is: fitter boren → polijsten van de gatenwand. Omdat het materiaal van roestvrij staal is, gebruikt het fitterproces een boor om gaten te boren, de boor slijt snel, de positie van het gat valt buiten de tolerantie en de efficiëntie van het polijsten van het binnenste gat is laag. Daarom is het verbeterde proces: boren op een draaibank → Kotteren. Aangezien het draaiproces speciaal gereedschap nodig heeft om de stoterstangdelen vast te klemmen en de maat van het speciale gereedschap te groot is, is het niet eenvoudig te installeren. Hoewel de daadwerkelijke verwerking de oppervlakteruwheidswaarde Ra=1.6μm heeft gegarandeerd, is de verwerkingsefficiëntie dus niet verbeterd. 00Cr17Ni14Mo2 roestvast staal veroorzaakt Het kottergereedschap slijt snel en de kosten van het gereedschap zijn hoog.
Afbeelding Figuur 6 Tweedimensionaal diagram van de stoterstang
Gebruikmakend van de ervaring die is opgedaan met het ruimen van gaten met een kleine diameter, wordt de verwerkingstechnologie van boren → ruimen → ruimen in het bewerkingscentrum gebruikt om de problemen op te lossen van een lage verwerkingsefficiëntie van φ 5 mm doorlopende gaten en moeilijkheden bij het garanderen van de oppervlakteruwheidswaarde Ra{{ 2}}.6μm. Het implementatieproces is als volgt.
Selecteer de referentiewaarde: snijsnelheid vc{{0}}(6~12) m/min, voeding f=(0.15~0,2) mm/r. Kies de φ5 mm ruimer om de gereedschapssnelheid en voedingssnelheid tijdens de verwerking te berekenen, neem vc=7m/min, f=0.18mm/r.
Omdat snijsnelheid vc=πDn/1000 (D is gereedschapsdiameter, n is spilsnelheid), dus spilsnelheid n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (r/min), invoerhoeveelheid vf=fn=0.18×445≈80 (mm/min).
Volgens de berekeningsresultaten worden de daadwerkelijke bewerkings- en snijparameters geselecteerd als: spilsnelheid n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) mm/min, de speling vóór het ruimen wordt gecontroleerd op 0,1 mm, en de uiteindelijke daadwerkelijke bewerking. Het uiteindelijke object wordt weergegeven in afbeelding 7. ruwheid Ra van het binnenste gat kan nog steeds 1,6 μm bereiken, wat voldoet aan de procesvereisten en de verwerkingsefficiëntie verbetert. Het gefabriceerde positioneergereedschap (zie figuur 9) heeft een eenvoudige structuur en is gemakkelijk vast te klemmen.
afbeelding
Figuur 7 Het werkelijke doel van de duwstang na verwerking
afbeelding
Afbeelding 8 φ5,02 mm ruimer
afbeelding
Figuur 9 Effect van positioneringsgereedschap voor duwstangverwerking
6 Het bereikte effect
Door dit onderzoek hebben we technische ervaring opgebouwd in het verwerken van moeilijk te bewerken materialen. Later onderzoek en ontwikkeling van onderdelen gemaakt van moeilijk te bewerken materialen, zoals legeringen voor hoge temperaturen en titaniumlegeringen, kunnen ook worden verwerkt met verwijzing naar de ruimtechnologie, en er zijn goede resultaten behaald. Bijvoorbeeld met behulp van een ruimer van φ2,12 mm, volledig ruimen van superlegeringen, afbeeldingen met een diameter en diepe gaten met een diepte van meer dan 40 mm. De ruimverwerkingstechnologie bespaart niet alleen de gereedschapskosten, maar verbetert ook de verwerkingsefficiëntie. Zie Tabel 2-Tabel 4 voor de vergelijking van het effect van de bewerking van onderdelen voor en na verbetering.
Tabel 2 Verwerken van foto's van rechthoekige afdichtingsschaalgaten voor en na verbetering
Tabel 3 Bewerking van stoterstanggaten voor en na verbetering
afbeelding
Tabel 4 Gereedschapskosten voor en na verbetering
afbeelding
Uit tabel 2 tot tabel 4 kan worden geconcludeerd dat het gebruik van de verbeterde verwerkingsmethode de verwerkingskwaliteit heeft verbeterd, het slagingspercentage van onderdelen is gestegen tot 99 procent, de productie-efficiëntie is toegenomen met 33 procent en de gereedschapskosten zijn gestegen sterk verminderd.
7. Conclusie
De opkomende nieuwe materialen en moeilijk te bewerken materialen in de lucht- en ruimtevaart hebben hogere eisen gesteld aan de snijverwerkingstechnologie. Alleen door diepgaand onderzoek naar de snijeigenschappen van moeilijk te bewerken materialen en door meer eigenschappen van nieuwe materialen te beheersen, kunnen we bijpassende snijgereedschappen kiezen. Het controlesysteem voor de status van het snijden van gereedschappen wordt geïntroduceerd om de gebruiksstatus van het gereedschap in realtime te bewaken. Afhankelijk van de verschillende levensduur van verschillende materialen, kan het gereedschap tijdig worden beoordeeld en geselecteerd, wat de kosten kan verlagen en de efficiëntie kan verhogen en tegelijkertijd de bewerkingsnauwkeurigheid van de ondersteunende delen van het ruimtevaartuig kan verbeteren. Effect.
