Por meio da análise da casca de vedação da liga 4J29 Kovar e dos materiais de aço inoxidável 022Cr17Ni12Mo2, é proposto um método de uso da tecnologia de fresamento e alargamento de alta velocidade para processar materiais difíceis de usinar, o que não apenas melhora a precisão da usinagem e a eficiência da usinagem de a forma e furo interno das peças, mas também economiza energia. custos de ferramentas de corte.
1 preâmbulo
A fim de melhorar o desempenho e a vida útil da espaçonave em vários ambientes do espaço profundo, as peças aeroespaciais escolhem principalmente materiais com boa resistência ao calor, como ligas de titânio e ligas de alta temperatura. Tais materiais de liga têm desempenho de processamento ruim e são difíceis de processar. A seleção de ferramentas de corte Altas exigências e altos custos de processamento. De acordo com as características desses materiais difíceis de usinar, realizar pesquisas sobre a tecnologia de processamento de materiais difíceis de usinar e prolongar a vida útil da ferramenta ajudará a melhorar a precisão das peças de suporte da espaçonave e melhorar a eficiência do processamento. Ao mesmo tempo, pode expandir o potencial de mercado da empresa e gerar maiores benefícios econômicos. .
2 Visão geral do problema
A casca de vedação da série retangular é uma peça de produto recentemente desenvolvida pela empresa nos últimos anos, conforme mostrado na Figura 1, o material é principalmente liga 4J29 Kovar e aço inoxidável. Uma vez que a estrutura do projeto do produto requer o uso de tecnologia de vedação de vidro, requisitos mais elevados são apresentados para a rugosidade da superfície e furo interno deste tipo de peças de casca selada, resultando em maior dificuldade de processamento, redução da vida útil da ferramenta, aumento do custo da ferramenta, e eficiência de processamento reduzida. A taxa de aprovação é baixa.
3 Análise do Problema
Tomando a liga 4J29 Kovar e o aço inoxidável 022Cr17Ni12Mo2 como exemplo para analisar um determinado tipo de invólucro de vedação, a estrutura das partes do invólucro de vedação é semelhante e é necessário processar a fileira de orifícios na cavidade interna. A linha de orifícios é usada para pinos de vedação de vidro e a tecnologia de conexão de vedação de vidro requer que o valor da rugosidade da superfície interna do orifício da linha seja Ra=0.8μm. No processo de vedação de vidro, produtos não qualificados são produzidos muitas vezes e o rendimento é baixo. De acordo com a análise do projeto e dos artesãos, a rugosidade da superfície interna do orifício da linha do invólucro de vedação tem um impacto importante no rendimento da vedação do vidro. As rebarbas na linha do furo e o processamento da forma e ranhura da cavidade interna não são fáceis de remover, o que também afeta o efeito de vedação das peças.
3.1 Análise das causas que afetam a qualidade da parede interna do furo da peça
A tecnologia original de processamento de linha de furos usada na linha de produção é furação → alargamento. Como o material da liga 4J29 Kovar possui boa plasticidade, é fácil aderir à faca durante o processamento; devido à dureza de alta temperatura do aço inoxidável (022Cr17Ni12Mo2) e à baixa dissipação de calor, é diferente de outros materiais metálicos. Forte afinidade [1], então a broca se desgasta rapidamente, principalmente nos seguintes aspectos.
A aresta de corte principal da broca se desgasta muito rápido e até mesmo lascamento ocorre. Ao perfurar materiais difíceis de usinar, a temperatura é alta, a deformação de corte e o resfriamento são sérios e a ferramenta é fácil de colar para produzir arestas postiças, resultando em rugosidade superficial inconsistente de diferentes furos internos da mesma peça e a condição de desgaste da broca não pode ser detectada e controlada durante o processamento. Tente melhorar a qualidade da superfície e a eficiência de processamento do furo interno usando brocas de carboneto cimentado de tungstênio-cobalto (YG, YT e YW), que são mais adequadas para o processamento de materiais difíceis de usinar. De acordo com o princípio do desgaste da ferramenta [2], verifica-se que a ferramenta YG ainda é dominada pelo desgaste adesivo durante o corte de baixa velocidade, mas a ferramenta YT é acompanhada por uma certa quantidade de desgaste oxidativo e desgaste por difusão ao mesmo tempo como o desgaste do vínculo; a ferramenta YW tem três tipos de desgaste. O mecanismo de desgaste ocupa a mesma posição, de modo que as brocas de metal duro YG podem ser preferidas para corte em baixa velocidade, e as brocas de metal duro YW ou YG podem ser usadas para corte em alta velocidade. De acordo com este princípio de desgaste, a qualidade da superfície do furo interno é melhorada após a seleção da broca apropriada para processar a linha do furo. No entanto, devido ao alto preço da broca de carboneto de tungstênio-cobalto de pequeno diâmetro, o custo da ferramenta aumenta e a eficiência da produção e processamento em massa não é alta.
3.2 Análise das razões que afetam a forma da peça e a qualidade da superfície da cavidade interna
Ao processar material de liga 4J29 Kovar e material de aço inoxidável (022Cr17Ni12Mo2), a ferramenta de metal duro com tamanho de grão comum é usada para processamento. A aresta inferior e a aresta lateral da fresa se desgastam rapidamente e a vida útil da ferramenta é curta, portanto a velocidade de corte só pode ser inferior a 50m/ Se a faixa de mínimo for selecionada, a eficiência do processamento é baixa. Em comparação com o processamento de ligas à base de alumínio, a vida útil das fresas é apenas 1/5 daquela do processamento de ligas à base de alumínio; em comparação com o processamento de aço inoxidável 314, a vida útil das fresas é apenas 1/3 daquela do processamento de aço inoxidável 314.
No processo de corte de materiais tão difíceis de usinar, é fácil gerar uma grande quantidade de calor de corte na área de corte, o que prejudica seriamente a precisão dimensional e o desempenho das peças processadas. A dissipação do calor de corte só pode ser realizada por fluido de corte e ferramentas de resfriamento interno. Para a casca selada deste tipo de estrutura, devido ao pequeno tamanho do furo interno e da cavidade interna, são mais utilizadas ferramentas de pequeno diâmetro ou ferramentas moldadas. Uma grande quantidade de calor de corte é difícil de dissipar rapidamente e a ferramenta se desgasta muito rápido, resultando em um aumento na rugosidade da peça. Se for muito alto e não atender aos requisitos técnicos, será julgado como desqualificado. Se o espaçamento do furo for pequeno, o chanfro do orifício destruirá o tamanho da abertura adjacente; se o chanfro for muito pequeno, a rebarba ainda terá flanges, o que afetará a qualidade da vedação.
4 resolução de problemas
4.1 Melhoria da qualidade da parede interna do furo
Tendo em vista a rugosidade superficial inconsistente do furo interno da casca selada, é necessário melhorar o método de processamento e selecionar uma ferramenta adequada. Através do processo de corte experimental, a tecnologia de processamento da linha de furos é primeiro alterada para furação → alargamento → fresamento fino do furo interno, a qualidade da superfície do furo interno é obviamente melhorada, mas o número de furos é grande e a ferramenta ainda é desgastado quando a fresa de pequeno diâmetro é usada para fresamento fino do furo interno Rápido, e o fenômeno de emaranhamento de cavacos e folga da ferramenta é gerado, a eficiência do processamento ainda não é alta e o custo da ferramenta aumenta. Em segundo lugar, é alterado para furação → alargamento → mandrilamento fino. A rugosidade da superfície do furo interno atende aos requisitos e a eficiência de processamento do furo único é melhorada, mas a ferramenta de mandrilamento geral de pequeno diâmetro precisa ser personalizada, o custo da ferramenta é alto, a vida útil da ferramenta de mandrilamento é curta e não pode atender várias fileiras de orifícios. tedioso.
Referindo-se à tecnologia de alargamento de furos de diâmetro fixo, a abertura do processo de alargamento é geralmente de 3 a 100 mm. Devido à aresta de corte longa do alargador, cada aresta de corte participa do corte ao mesmo tempo durante o alargamento, portanto, a eficiência da produção é alta e é amplamente utilizada no acabamento de furos. A tecnologia de processamento final é determinada como perfuração → alargamento → alargamento. Porque a tecnologia de processamento de alargamento de furos de pequeno diâmetro (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Por meio de cálculo e corte experimental, selecione parâmetros de corte razoáveis. O princípio é o seguinte.
Verifique as informações da ferramenta do alargador e os parâmetros de alargamento coletados e processe materiais difíceis de usinar, como aço inoxidável. A velocidade do alargador não deve ser muito alta [3] e selecione o valor de referência: velocidade de corte vc=(6 ~ 12) m/min, taxa de avanço f=(0. 05 ~ 0,1) mm/r. O diâmetro da cavidade interna do invólucro selado retangular é (1,7~1,8) mm, então o alargador de φ1,8 mm é selecionado para calcular a velocidade do fuso n e a velocidade de alimentação vf durante o processamento, onde vc=7m/min , f=0.06mm /r.
Como a velocidade de corte vc=πDn/1000 (D é o diâmetro da ferramenta, n é a velocidade do fuso), a velocidade do fuso n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (r/min).
A partir disso, a velocidade de avanço vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min) pode ser calculada.
De acordo com os resultados do cálculo, os parâmetros reais de usinagem e corte são selecionados como n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm /min, e o processo de perfuração → alargamento → alargamento é adotado. Devido à vedação do invólucro O espaçamento do furo é compacto e o diâmetro do furo é pequeno, então a margem antes do alargamento é controlada para 0,05mm. O efeito final do processamento real é mostrado na Figura 3. Quando o alargador de φ1,83 mm tem mais de 1000 orifícios alargados, a rugosidade da superfície Ra do orifício interno ainda pode atingir 0,8 μm, o que atende aos requisitos do processo e melhora a eficiência do processamento.
4.2 Melhoria da qualidade do processamento da superfície e vida útil da ferramenta
A fim de melhorar a eficiência do processamento e a vida útil da ferramenta de materiais com dureza de alta temperatura e baixa dissipação de calor, como ligas de alta temperatura, ligas de titânio e aços inoxidáveis, ferramentas de metal duro importadas são frequentemente usadas para usinagem de desbaste e acabamento, e o o custo do uso da ferramenta é muito alto. Análise comparativa da diferença de desgaste de diferentes materiais de ferramenta ao cortar ligas de titânio em alta velocidade, incluindo metal duro não revestido, metal duro revestido com TiAlN PVD e PCBN, etc., descobriu-se que os materiais de ferramenta PCBN estão em alta velocidade de corte, baixa taxa de avanço e baixa Ao cortar ligas de titânio com corte reverso, uma força de corte relativamente estável e um valor de rugosidade superficial mais baixo podem ser obtidos [4]. Aplicando o princípio de fresamento de alta velocidade e usando ferramentas PCBN domésticas, maior corte O método de processamento de alta velocidade e pequeno avanço aumenta a vida útil da ferramenta.
Por meio de várias tentativas de corte e verificação, a análise mostra que, ao cortar materiais difíceis de usinar em alta velocidade, a interação entre o avanço por dente fz e o engate posterior ap tem um efeito significativo na rugosidade da superfície com uma probabilidade de confiança relativamente alta Influência. Esse fenômeno mostra que o efeito do avanço por dente ou da profundidade de fresamento na rugosidade da superfície está intimamente relacionado à seleção da profundidade de fresamento e do avanço por dente. Em contraste, nas condições de corte de velocidade média e baixa, a interação entre os vários parâmetros de corte não é óbvia ou não há interação. Isso significa que, sob uma condição de corte específica, simplesmente examinar o efeito de fator único do avanço por dente ou a quantidade de corte na rugosidade da superfície não pode prever com precisão o valor da rugosidade da superfície processada. Portanto, para se obter a rugosidade superficial ideal, ao se determinar o avanço por dente, deve-se selecioná-lo em conjunto com o valor do retroengate e vice-versa.
A fresa doméstica de metal duro sólido 4-blade é selecionada para usinagem de desbaste de alta velocidade da forma e da cavidade interna. Devido ao pequeno engate traseiro ap e à pequena espessura de corte ae, ele pode proteger efetivamente a borda inferior e a borda lateral da ferramenta. O calor de corte gerado é conduzido rapidamente, reduz a probabilidade de aresta postiça na ponta da ferramenta e aumenta correspondentemente a velocidade de fresagem vc e a taxa de avanço por dente fz, o que não apenas garante a qualidade do processamento, mas também melhora a eficiência do processamento. Para calcular o tempo de desgaste da usinagem da fresa de desbaste, é necessário apenas cortar a parte desgastada efetivamente usada, e a parte restante da fresa ainda pode atender às necessidades de desbaste novamente após a afiação, o que melhora muito a taxa de utilização de o cortador e reduz o custo do cortador.
Para as rebarbas geradas por materiais difíceis de usinar, a remoção manual é difícil de atender aos requisitos técnicos existentes; portanto, a usinagem CNC é usada e os materiais de aço rápido revestidos com TiC são selecionados para o processamento da fresa chanfrada. Depois que o fresamento de desbaste melhora a qualidade, as peças da casca ficam finas. As rebarbas geradas durante o fresamento são relativamente pequenas, e a fresa de chanfro só precisa processar de acordo com a trilha de contorno da peça para garantir uma transição suave de arestas vivas. Para o flangeamento e rebarbas dos orifícios do invólucro de vedação, o método de processamento de fresamento do chanfro dos orifícios com uma fresa de chanfro → alargamento fino com um alargador é usado para garantir que os orifícios estejam livres de rebarbas e colados. Os parâmetros de corte da ferramenta antes e depois da melhoria são mostrados na Tabela 1, e o efeito de processamento da casca é mostrado na Figura 4 e na Figura 5.
Tabela 1 Parâmetros de corte da ferramenta antes e depois da melhoria
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Figura 4 Efeito de processamento do invólucro de liga 4J29 Kovar
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Figura 5 Efeito de processamento do invólucro de material de aço inoxidável (022Cr17Ni12Mo2)
5 Popularização e aplicação da tecnologia de alargamento para materiais difíceis de usinar
Um determinado tipo de peças de haste de pressão (consulte a Figura 6) é feito de aço inoxidável 00Cr17Ni14Mo2, que é um material difícil de usinar. O furo passante de φ5mm no círculo externo é processado, a profundidade é de 15mm e o valor de rugosidade da superfície Ra=1.6μm é necessário. O processo original é: furação de encaixe→polimento da parede do furo. Como o material é aço inoxidável, o processo de encaixe usa uma broca para fazer furos, a broca se desgasta rapidamente, a posição do furo está fora da tolerância e a eficiência do polimento do furo interno é baixa. Portanto, o processo aprimorado é: furação de torno → Mandrilamento. Como o processo de torneamento precisa usar ferramentas especiais para prender as peças da haste de pressão e o tamanho das ferramentas especiais é muito grande, não é fácil de instalar. Portanto, embora o processamento real tenha garantido o valor de rugosidade da superfície Ra=1,6μm, a eficiência do processamento não foi melhorada. 00Aço inoxidável Cr17Ni14Mo2 causado A ferramenta de mandrilar se desgasta rapidamente e o custo da ferramenta é alto.
Figura Figura 6 Diagrama bidimensional da haste impulsora
Usando a experiência adquirida com o alargamento de furos de pequeno diâmetro, a tecnologia de processamento de furação → alargamento → alargamento no centro de usinagem é usada para resolver os problemas de baixa eficiência de processamento de φ 5mm através de furos e dificuldade em garantir o valor de rugosidade superficial Ra{{ 2}}.6μm. O processo de implementação é o seguinte.
Selecione o valor de referência: velocidade de corte vc{{0}}(6~12) m/min, avanço f=(0.15~0.2) mm/r. Escolha o alargador de φ5mm para calcular a velocidade da ferramenta e a taxa de avanço durante o processamento, tome vc=7m/min, f=0.18mm/r.
Como a velocidade de corte vc=πDn/1000 (D é o diâmetro da ferramenta, n é a velocidade do fuso), a velocidade do fuso n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (r/min), quantidade de alimentação vf=fn=0,18×445≈80 (mm/min).
De acordo com os resultados do cálculo, os parâmetros reais de usinagem e corte são selecionados como: velocidade do fuso n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) mm/min, a tolerância antes do alargamento é controlada para 0,1 mm e a usinagem real final O objeto final é mostrado na Figura 7. Quando o alargador de φ5,02 mm (consulte a Figura 8) tem mais de 500 furos alargados, a superfície a rugosidade Ra do furo interno ainda pode atingir 1,6 μm, o que atende aos requisitos do processo e melhora a eficiência do processamento. A ferramenta de posicionamento fabricada (consulte a Figura 9) possui uma estrutura simples e é fácil de prender.
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Figura 7 O objeto real da haste após o processamento
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Figura 8 Alargador de φ5,02 mm
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Figura 9 Efeito das ferramentas de posicionamento para processamento de haste de pressão
6 O efeito alcançado
Por meio dessa pesquisa, acumulamos experiência técnica no processamento de materiais difíceis de usinar. A pesquisa subsequente e o desenvolvimento de peças feitas de materiais difíceis de usinar, como ligas de alta temperatura e ligas de titânio, também podem ser processadas com referência à tecnologia de alargamento, e bons resultados foram alcançados. Por exemplo, usando um alargador de φ2,12 mm, alargamento completo de materiais de superliga, imagens de diâmetro e furos profundos com profundidade superior a 40 mm. A tecnologia de processamento de alargamento não apenas economiza o custo da ferramenta, mas também melhora a eficiência do processamento. Consulte Tabela 2-Tabela 4 para a comparação do efeito de processamento de peças antes e depois da melhoria.
Tabela 2 Imagens de processamento de furos de casca de vedação retangular antes e depois da melhoria
Tabela 3 Processamento de furos de haste antes e depois da melhoria
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Tabela 4 Custos da ferramenta antes e depois da melhoria
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Da Tabela 2 à Tabela 4, pode-se concluir que o uso do método de processamento aprimorado melhorou a qualidade do processamento, a taxa de aprovação das peças aumentou para 99%, a eficiência da produção aumentou em 33% e o custo da ferramenta diminuiu. sido muito reduzido.
7. Conclusão
Os novos materiais emergentes e materiais difíceis de usinar no campo aeroespacial apresentaram requisitos mais elevados para a tecnologia de processamento de corte. Somente por meio de uma pesquisa aprofundada sobre as características de corte de materiais difíceis de usinar e dominando mais propriedades de novos materiais, podemos escolher ferramentas adequadas para o corte. O sistema de monitoramento do status de corte da ferramenta é introduzido para monitorar o status de uso da ferramenta em tempo real. De acordo com a vida útil diferente de diferentes materiais, a ferramenta pode ser julgada e selecionada a tempo, o que pode reduzir o custo e aumentar a eficiência, melhorando a precisão da usinagem das peças de suporte da espaçonave. Efeito.
