Genom analysen av tätningsskalet av 4J29 Kovar-legering och 022Cr17Ni12Mo2 rostfria stålmaterial, föreslås en metod för att använda höghastighetsfräsnings- och brotschteknik för att bearbeta svårbearbetade material, vilket inte bara förbättrar bearbetningsnoggrannheten och bearbetningseffektiviteten hos delarnas form och inre hål, men sparar också energi. skärande verktygskostnader.
1 ingress
För att förbättra prestanda och livslängd för rymdfarkoster i olika djupa rymdmiljöer väljer flyg- och rymddelar mestadels material med god värmebeständighet som titanlegeringar och högtemperaturlegeringar. Sådana legeringsmaterial har dålig bearbetningsprestanda och är svåra att bearbeta. Valet av skärverktyg Höga krav och höga bearbetningskostnader. Enligt egenskaperna hos sådana svårbearbetade material kommer forskning om bearbetningstekniken för svårbearbetade material och förlänga verktygets livslängd att bidra till att förbättra precisionen hos rymdfarkoster som stödjer delar och förbättra bearbetningseffektiviteten. Samtidigt kan det utöka företagets marknadspotential och skapa större ekonomiska fördelar. .
2 Problemöversikt
Det rektangulära seriens tätningsskal är en produktdel som nyligen utvecklats av företaget under de senaste åren, som visas i figur 1, materialet är huvudsakligen 4J29 Kovar-legering och rostfritt stål. Eftersom produktdesignstrukturen kräver användning av glastätningsteknik, ställs högre krav på ytjämnheten på ytan och det inre hålet i denna typ av förseglade skaldelar, vilket resulterar i ökad bearbetningssvårighet, minskad livslängd, ökad verktygskostnad, och minskad bearbetningseffektivitet. Genomslagsfrekvensen är låg.
3 Problemanalys
Med 4J29 Kovar-legering och 022Cr17Ni12Mo2 rostfritt stål som ett exempel för att analysera en viss typ av tätningsskal, är strukturen på tätningsskalsdelarna liknande, och det är nödvändigt att bearbeta raden av hål i den inre kaviteten. Hålraden används för glastätningsstift och glastätningen. Anslutningstekniken kräver att radhålets inre ytjämnhet är Ra=0.8μm. I glasförseglingsprocessen produceras okvalificerade produkter många gånger, och utbytet är lågt. Enligt analysen av design och hantverkare har ytjämnheten på den inre ytan av tätningsskalets radhål en viktig inverkan på utbytet av glastätning. Graderna vid hålraden och form- och spårbearbetningen av den inre kaviteten är inte lätta att ta bort, vilket också påverkar delarnas tätningseffekt.
3.1 Analys av orsakerna som påverkar kvaliteten på delhålets innervägg
Den ursprungliga bearbetningstekniken för hålrader som används i produktionslinjen är borrning → brotschning. Eftersom 4J29 Kovar-legeringsmaterialet har god plasticitet är det lätt att hålla sig till kniven under bearbetningen; på grund av den höga temperaturhårdheten hos rostfritt stål (022Cr17Ni12Mo2) och dålig värmeavledning skiljer det sig från andra metallmaterial. Stark affinitet [1], så borrkronan slits snabbt, främst i följande aspekter.
Den huvudsakliga skäreggen på borrkronan slits för snabbt och till och med flisning uppstår. Vid borrning av svårbearbetade material är temperaturen hög, skärdeformation och kylning är allvarliga, och verktyget är lätt att hålla fast för att producera uppbyggd egg, vilket resulterar i inkonsekvent ytjämnhet hos olika inre hål i samma del, och slitaget på borrkronan kan inte detekteras och kontrolleras under bearbetningen. Försök att förbättra ytkvaliteten och bearbetningseffektiviteten hos det inre hålet genom att använda volfram-kobolt hårdmetallborrar (YG, YT och YW), som är mer lämpade för bearbetning av svårbearbetade material. Enligt principen om verktygsslitage [2] visar det sig att YG-verktyget fortfarande domineras av limförslitning vid låghastighetsskärning, men YT-verktyget åtföljs av en viss mängd oxidativt slitage och diffusionsslitage samtidigt som obligationen slitage; YW-verktyget har tre typer av slitage. Slitmekanismen upptar samma position, så YG hårdmetallborrar kan föredras för låghastighetsskärning, och YW eller YG hårdmetallborrar kan användas för höghastighetsskärning. Enligt denna slitageprincip förbättras ytkvaliteten på det inre hålet efter att ha valt lämplig borrkrona för att bearbeta hålraden. Men på grund av det höga priset på volfram-koboltkarbidborrkronan med liten diameter ökar kostnaden för verktyget och effektiviteten i massproduktion och bearbetning är inte hög.
3.2 Analys av orsakerna som påverkar delens form och ytkvaliteten på den inre kaviteten
Vid bearbetning av 4J29 Kovar-legeringsmaterial och rostfritt stålmaterial (022Cr17Ni12Mo2) används hårdmetallverktyget med vanlig kornstorlek för bearbetning. Fräsens underkant och sidokant slits snabbt och verktygslivslängden är kort, så skärhastigheten kan bara vara lägre än 50m/ Om området min väljs är bearbetningseffektiviteten låg. Jämfört med bearbetning av aluminiumbaserade legeringar är livslängden för fräsar endast 1/5 av den för bearbetning av aluminiumbaserade legeringar; jämfört med bearbetning av 314 rostfritt stål är livslängden för fräsar endast 1/3 av livslängden för bearbetning av 314 rostfritt stål.
I processen att skära sådana svårbearbetade material är det lätt att generera en stor mängd skärvärme i skärområdet, vilket allvarligt skadar dimensionsnoggrannheten och prestandan hos de bearbetade delarna. Avledning av skärvärme kan endast utföras av skärvätska och interna kylverktyg. För det förseglade skalet av denna typ av struktur, på grund av den lilla storleken på det inre hålet och det inre hålrummet, används oftast verktyg med liten diameter eller formade verktyg. En stor mängd skärvärme är svår att avleda snabbt, och verktyget slits för snabbt, vilket resulterar i en ökning av delens ytjämnhet. Om den är för hög och inte klarar de tekniska kraven kommer den att bedömas som okvalificerad. Om hålavståndet är litet kommer avfasningen av öppningen att förstöra storleken på den intilliggande öppningen; om avfasningen är för liten kommer graden fortfarande att ha flänsar, vilket påverkar tätningskvaliteten.
4 problemlösning
4.1 Förbättring av hålets innerväggskvalitet
Med tanke på den inkonsekventa ytråheten hos det förseglade skalets inre hål är det nödvändigt att förbättra bearbetningsmetoden och välja ett lämpligt verktyg. Genom provskärningsprocessen ändras först hålradsbearbetningstekniken till borrning → brotschning → finfräsning av det inre hålet, ytkvaliteten på det inre hålet förbättras uppenbarligen, men antalet hål är stort, och verktyget är fortfarande slits när fräsen med liten diameter används för att finfräsa det inre hålet Snabbt, och fenomenet med spåntrassling och verktygsspel uppstår, är bearbetningseffektiviteten fortfarande inte hög och kostnaden för verktyget ökar. För det andra ändras det till borrning → brotschning → finborrning. Ytgrovheten hos det inre hålet uppfyller kraven, och bearbetningseffektiviteten för enstaka hål förbättras, men det totala borrverktyget med liten diameter måste anpassas, verktygskostnaden är hög, borrverktygets livslängd är kort och det kan inte uppfylla flera rader med hål. tråkig.
Genom att hänvisa till hålbrottningstekniken med fast diameter är öppningen för brotschningsprocessen i allmänhet 3 till 100 mm. På grund av brotschens långa skäregg deltar varje skäregg i skärningen samtidigt under brotschningen, så produktionseffektiviteten är hög och den används i stor utsträckning vid efterbehandling av hål. Den slutliga bearbetningstekniken bestäms som borrning → brotschning → brotschning. Eftersom brotschningstekniken för hål med liten diameter (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Välj rimliga skärparametrar genom beräkning och provskärning. Principen är följande.
Kontrollera informationen om brotschverktyget och insamlade brotschningsparametrar och bearbeta svårbearbetade material som rostfritt stål. Brytningshastigheten bör inte vara för hög [3], och välj referensvärdet: skärhastighet vc=(6 ~ 12) m/min, matningshastighet f=(0. 05 ~ 0,1) mm/r. Diametern på den inre kaviteten i det rektangulära förseglade skalet är (1,7~1,8) mm, så φ1,8 mm brotschen väljs för att beräkna spindelhastigheten n och matningshastigheten vf under bearbetning, där vc=7m/min , f=0,06 mm /r.
Eftersom skärhastighet vc=πDn/1000 (D är verktygsdiameter, n är spindelhastighet), så spindelhastighet n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8) )=1238 (r/min).
Utifrån detta kan matningshastigheten vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min) beräknas.
Enligt beräkningsresultaten väljs de faktiska bearbetnings- och skärparametrarna som n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm /min, och processen för borrning → brotschning → brotschning används. På grund av tätningen av skalet är hålavståndet kompakt och håldiametern liten, så marginalen innan brotschning kontrolleras till 0.05 mm. Den slutliga faktiska bearbetningseffekten visas i figur 3. När φ1,83 mm brotscharen har mer än 1000 brotschade hål, kan ytråheten Ra på det inre hålet fortfarande nå 0,8 μm, vilket uppfyller processkraven och förbättrar bearbetningseffektiviteten.
4.2 Förbättring av ytbearbetningskvalitet och verktygslivslängd
För att förbättra bearbetningseffektiviteten och livslängden för material med hög temperaturhårdhet och dålig värmeavledning, såsom högtemperaturlegeringar, titanlegeringar och rostfria stål, används ofta importerade hårdmetallverktyg för grovbearbetning och finbearbetning, och kostnaden för verktygsanvändning är mycket hög. Jämförande analys av slitageskillnaden mellan olika verktygsmaterial vid skärning av titanlegeringar med hög hastighet, inklusive obelagd hårdmetall, TiAlN PVD-belagd hårdmetall och PCBN, etc., visar det sig att PCBN-verktygsmaterial har hög skärhastighet, låg matningshastighet och låg Vid skärning av titanlegeringar med bakskärning kan en relativt stabil skärkraft och ett lägre ytråhetsvärde erhållas [4]. Genom att tillämpa principen om höghastighetsfräsning och använda inhemska PCBN-verktyg, högre skärning. Bearbetningsmetoden med hög hastighet och liten matning ökar verktygets livslängd.
Genom multipel försöksskärning och verifiering visar analysen att vid skärning av svårbearbetade material med hög hastighet har interaktionen mellan matningen per tand fz och ryggingreppet ap en signifikant effekt på ytjämnheten med en relativt hög tillförlitlighetssannolikhet Inflytande. Detta fenomen visar att effekten av matning per tand eller fräsdjup på ytjämnhet är nära relaterad till valet av fräsdjup och matning per tand. Däremot, under skärförhållandena med medelhög och låg hastighet, är interaktionen mellan de olika skärparametrarna inte uppenbar, eller så finns det ingen interaktion. Detta betyder att under ett specifikt skärtillstånd, att helt enkelt undersöka enkelfaktoreffekten av matningen per tand eller bakskärningsmängden på ytjämnheten inte kan exakt förutsäga värdet av den bearbetade ytjämnheten. Därför, för att erhålla den ideala ytjämnheten, när matningshastigheten per tand bestäms, måste den väljas i samband med mängden ryggingrepp och vice versa.
Den 4-bladiga inhemska hårdmetallfräsen är vald för höghastighets grovbearbetning av formen och inre kaviteten. Tack vare det lilla ryggingreppet ap och liten skärtjocklek ae kan den effektivt skydda verktygets nedre kant och sidokant. Den genererade skärvärmen leder snabbt, minskar sannolikheten för uppbyggd egg på verktygsspetsen och ökar på motsvarande sätt fräshastigheten vc och matningshastigheten per tand fz, vilket inte bara säkerställer bearbetningskvaliteten, utan också förbättrar bearbetningseffektiviteten. För att beräkna bearbetningsslitagetiden för grovfräsen är det bara nödvändigt att skära av den effektivt använda slitna delen, och den återstående delen av fräsen kan fortfarande möta behoven av grovbearbetning igen efter skärpning, vilket avsevärt förbättrar utnyttjandegraden av skäraren och minskar kostnaden för fräsen.
För grader som genereras av svårbearbetade material är manuell borttagning svår att uppfylla de befintliga tekniska kraven, så CNC-bearbetning används och TiC-belagda höghastighetsstålmaterial väljs för fasning av fräsarbearbetning. Efter att grovfräsningen förbättrar kvaliteten, är skaldelarna fina. Graderna som genereras under fräsningen är relativt små och fasfräsen behöver bara bearbetas enligt detaljens konturspår för att säkerställa en mjuk övergång av vassa kanter. För flänsning och grader av hålen i tätningsskalet används bearbetningsmetoden för att fräsa avfasningen av hålen med en fasfräs → finbrottsning med en brotsch för att säkerställa att hålen är fria från grader och bundna. Skärparametrarna för verktyget före och efter förbättring visas i tabell 1, och bearbetningseffekten av skalet visas i figur 4 och figur 5.
Tabell 1 Verktygsskärningsparametrar före och efter förbättring
bild
bild
Figur 4 Bearbetningseffekt av 4J29 Kovar-legeringsskal
bild
Figur 5 Bearbetningseffekt av skal av rostfritt stål (022Cr17Ni12Mo2)
5 Popularisering och tillämpning av brotschteknik för svårbearbetade material
En viss typ av tryckstångsdelar (se figur 6) är gjord av 00Cr17Ni14Mo2 rostfritt stål, som är ett svårbearbetat material. Det φ5 mm genomgående hålet på den yttre cirkeln bearbetas, djupet är 15 mm och ytråhetsvärdet Ra=1.6μm krävs. Den ursprungliga processen är: montörsborrning→polering av hålväggen. Eftersom materialet är rostfritt stål använder monterprocessen en borr för att borra hål, borrkronan slits snabbt, hålets position är utanför tolerans och effektiviteten av att polera det inre hålet är låg. Därför är den förbättrade processen: svarvborrning → Borrning. Eftersom svarvprocessen behöver använda specialverktyg för att klämma fast tryckstångsdelarna, och storleken på specialverktygen är för stor, är det inte lätt att installera. Därför, även om den faktiska bearbetningen har garanterat ytråhetsvärdet Ra=1.6μm, har bearbetningseffektiviteten inte förbättrats. 00Cr17Ni14Mo2 rostfritt stål orsakat. Borrverktyget slits snabbt och kostnaden för verktyget är hög.
Bild Figur 6 Tvådimensionellt diagram av tryckstången
Med hjälp av erfarenheterna från brotschning av hål med liten diameter, används bearbetningstekniken för borrning → brotschning → brotschning i bearbetningscentret för att lösa problemen med låg bearbetningseffektivitet på φ 5 mm genomgående hål och svårigheter att garantera ytjämnheten Ra{{ 2}}.6μm. Implementeringsprocessen är som följer.
Välj referensvärde: skärhastighet vc{{0}}(6~12) m/min, matning f=(0.15~0.2) mm/r. Välj φ5mm brotsch för att beräkna verktygshastigheten och matningshastigheten under bearbetning, ta vc=7m/min, f=0.18mm/r.
Eftersom skärhastighet vc=πDn/1000 (D är verktygsdiameter, n är spindelhastighet), så spindelhastighet n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (r/min), matning Kvantitet vf=fn=0.18×445≈80 (mm/min).
Enligt beräkningsresultaten väljs de faktiska bearbetnings- och skärparametrarna som: spindelhastighet n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) mm/min, tillägget före brotschning kontrolleras till 0,1 mm, och den slutliga faktiska bearbetningen. Det slutliga objektet visas i figur 7. När φ5,02 mm brotsch (se figur 8) har mer än 500 brotschade hål, är ytan grovheten Ra i det inre hålet kan fortfarande nå 1,6 μm, vilket uppfyller processkraven och förbättrar bearbetningseffektiviteten. Det tillverkade positioneringsverktyget (se figur 9) har en enkel struktur och är lätt att klämma fast.
bild
Figur 7 Det verkliga föremålet för tryckstången efter bearbetning
bild
Figur 8 φ5,02 mm brotsch
bild
Figur 9 Effekt av positioneringsverktyg för bearbetning av tryckstång
6 Den uppnådda effekten
Genom denna forskning har vi samlat på oss teknisk erfarenhet av bearbetning av svårbearbetade material. Efterföljande forskning och utveckling av delar tillverkade av svårbearbetade material som högtemperaturlegeringar och titanlegeringar kan också bearbetas med hänvisning till brotschteknik och goda resultat har uppnåtts. Till exempel, med en φ2,12 mm brotsch, komplett brotschning av superlegeringsmaterial, diameterbilder och djupa hål med ett djup på mer än 40 mm. Brytningstekniken sparar inte bara verktygskostnaden utan förbättrar också bearbetningseffektiviteten. Se Tabell 2-Tabell 4 för jämförelse av bearbetningseffekter för delar före och efter förbättring.
Tabell 2 Bearbetningsbilder av rektangulära tätningshål före och efter förbättring
Tabell 3 Bearbetning av tryckstångshål före och efter förbättring
bild
Tabell 4 Verktygskostnader före och efter förbättring
bild
Från tabell 2 till tabell 4 kan man dra slutsatsen att användningen av den förbättrade bearbetningsmetoden har förbättrat bearbetningskvaliteten, genomgångshastigheten för delar har ökat till 99 procent, produktionseffektiviteten har ökat med 33 procent och verktygskostnaden har ökat minskat kraftigt.
7 Slutsats
De nya materialen och svårbearbetade material inom flyg- och rymdområdet har ställt högre krav på skärningsteknik. Endast genom djupgående forskning om skäregenskaper hos svårbearbetade material och behärska fler egenskaper hos nya material kan vi välja matchande verktyg för skärning. Systemet för övervakning av verktygsskärningsstatus introduceras för att övervaka verktygets användningsstatus i realtid. Enligt de olika livslängderna för olika material kan verktyget bedömas och väljas i tid, vilket kan minska kostnaderna och öka effektiviteten samtidigt som bearbetningsnoggrannheten för rymdfarkostens stödjande delar förbättras. Effekt.
