Ao usinar peças com-cavidades profundas e paredes-finas, você costuma se preocupar com estes problemas: vibração intensa da ferramenta, qualidade de superfície abaixo do padrão e inconsistências dimensionais devido à deformação? Estes problemas aparentemente intratáveis não são insolúveis. Este artigo irá guiá-lo na superação dessas dificuldades, uma por uma, otimizando programas CNC, soluções inovadoras de ferramentas e supressão inteligente de vibrações.
PARTE.01
Introdução
Atualmente, as pessoas buscam cada vez mais a melhor experiência com produtos ultra{0}}finos e esteticamente agradáveis. A maioria dos produtos no mercado busca ser ultra-fino e com qualidade de superfície superior, como telefones celulares ultra-finos e laptops ultra{4}}finos. Ao mesmo tempo que garantem a segurança, os componentes aeroespaciais também são projetados para serem tão leves quanto possível. Por um lado, isto reduz o peso total do produto, permitindo aumentar o tempo de voo com o mesmo consumo de combustível; por outro lado, com um peso total fixo, os componentes mais leves permitem transportar mais combustível ou transportar mais passageiros, melhorando assim a eficiência.
PARTE.02
Desafios de usinagem
Uma peça típica de-cavidade profunda e parede-fina é mostrada na Figura 1. Os desafios de usinagem são os seguintes.
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Figura 1 Peças típicas com paredes-de cavidades finas-com paredes profundas
(1) Fraca rigidez da ferramenta: Quanto mais profunda a cavidade da peça usinada, pior será a rigidez da peça; quanto mais a ferramenta se estender da máquina-ferramenta, pior será a rigidez da ferramenta. O comprimento de fixação da ferramenta é mostrado na Figura 2. Geralmente, o comprimento de extensão da ferramenta L não deve exceder três vezes o diâmetro da ferramenta D. Por exemplo, se o diâmetro da ferramenta for 10 mm, o comprimento da extensão deve idealmente ser controlado dentro de 30 mm. Este princípio baseia-se principalmente na rigidez da ferramenta [1, 2] e na estabilidade de corte. O comprimento excessivo da extensão reduz a rigidez da ferramenta, aumenta a possibilidade de vibração e deslocamento, afetando assim a precisão da usinagem e a qualidade da superfície.
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Figura 2 Comprimento de fixação da ferramenta
(2) Vibração de corte: Quanto mais fina a peça, menor sua rigidez e mais sujeita a vibração, quebra de ferramenta, etc., durante a usinagem. A aresta da ferramenta é facilmente lascada, reduzindo significativamente sua vida útil e aumentando os custos de usinagem.
PARTE.03
Requisitos Técnicos
Para peças giratórias de cavidades profundas com paredes-finas, tomando os impulsores como exemplo, o equilíbrio dinâmico deve ser garantido após a usinagem. Geralmente, a precisão do equilíbrio dinâmico do impulsor é selecionada como grau G6.3 ou G2.5. A tolerância do perfil da lâmina geralmente deve ser de ± 0,07 mm, a tolerância de espessura da lâmina deve ser de ± 0,15 mm e o valor de rugosidade da superfície da lâmina é Ra=0.8 μm.
PARTE.04
Análise de Processo
(1) Preparação em branco: Diâmetro de forjamento de 1000 mm, o material é liga de titânio, que é leve e forte. O processo de forjamento[3] da peça bruta pode efetivamente melhorar a densidade relativa da peça e aumentar a resistência estrutural da peça.
(2) Usinagem Desbaste: Torneamento desbaste dos círculos externos e internos em um torno CNC, deixando uma margem de 1,5 mm em cada lado. (3) Semi-acabamento: O diâmetro externo e o furo interno são semi-acabados em um torno CNC, deixando uma margem de 1mm em cada lado. O furo do pino de posicionamento de referência do processo é então finalizado para uso na usinagem subsequente na máquina CNC de cinco eixos. Um método de posicionamento de dois-pinos é usado em um lado, restringindo os seis graus de liberdade da peça.
(4) Desbaste: A cavidade é usinada-de desbaste em uma máquina CNC de cinco-eixos (DMU MONOBLOCK 80P), deixando uma margem de usinagem de 1,5-2mm em cada lado.
(5) Tratamento Térmico: O recozimento é realizado para remover a tensão interna residual. O objetivo é liberar completamente as tensões internas geradas durante o desbaste e reduzir a dureza de usinagem da peça.
(6) Semi-acabamento: Em uma máquina CNC de cinco-eixos, uma fresa de topo esférico é usada para semi-acabar a cavidade. Uma margem de usinagem de 0,3-0,5 mm é deixada em cada lado das lâminas da cavidade para fresamento de acabamento e polimento subsequente.
(7) Tratamento Térmico: A normalização das peças aumenta sua dureza, garantindo resistência suficiente durante a operação posterior; também libera ainda mais o estresse interno residual.
(8) Acabamento: O diâmetro interno é girado com precisão para o tamanho final em um torno CNC. Furos roscados e furos de pino são usinados em uma fresadora CNC. Os furos roscados M6 são fresados para garantir a perpendicularidade e a conformidade com os requisitos do medidor passa/não{4}}; os furos dos pinos estão perfurados. As lâminas de cavidade são acabadas em uma máquina CNC de cinco eixos, com uma margem de usinagem de 0,08 mm em cada lado. Deixa-se uma pequena margem para polimento manual; a profundidade da marca da ferramenta é geralmente de 0,05 mm.
(9) Polimento: As lâminas da cavidade são primeiro polidas manualmente até que as marcas da ferramenta sejam removidas e, em seguida, polidas manualmente até que os requisitos de qualidade da superfície sejam atendidos.
PARTE.05
Solução de processamento de produtos
Durante a usinagem em desbaste, o impulsor apresenta boa rigidez geral e, com uma margem de 1 mm em cada lado, a usinagem em desbaste não é difícil. Durante o semi-acabamento e acabamento, as lâminas ficam expostas, resultando em baixa rigidez da lâmina. Além disso, as lâminas são profundas, exigindo um comprimento de fixação da ferramenta suficientemente longo [4] para garantir a usinagem até a raiz da lâmina, levando a uma grave falta de rigidez da ferramenta. Para enfrentar esses desafios de usinagem, os seguintes aspectos são considerados:
1) Use um porta-ferramenta HSK estendido, fino{1}}cônico (veja a Figura 3) para minimizar a extensão da ferramenta e aumentar a rigidez da ferramenta.
Imagem Figura 3 Porta-ferramenta HSK estendido, fino{1}}cônico
2) Ao finalizar as lâminas, aplique massa de modelar (ver Figura 4). A argila tem um efeito de{3}absorção de vibrações, permitindo que a fresa esférica absorva as vibrações geradas durante o corte da lâmina.
Imagem Figura 4 Aplicando massa de modelar
3) Seleção de fresas de topo esférico. Use uma fresa de topo esférico de quatro{3} canais de 10mm com uma aresta de corte transversal, feita de metal duro, com um comprimento de aresta de corte de 15mm e um ângulo de inclinação de aproximadamente 16 graus [5]. A ferramenta é relativamente afiada, com baixa resistência ao corte e vibração relativamente baixa.
