Hợp kim titan bền nhưng khó gia công, đặc biệt là các bộ phận dạng tấm mỏng. Việc cắt chúng dễ dàng dẫn đến biến dạng ứng suất và không chính xác về kích thước, khiến nhiều người đau đầu! Đừng hoảng sợ, sự kết hợp của các kỹ thuật có thể giải quyết vấn đề này: điều chỉnh đường phay dây EDM và CNC, tối ưu hóa kế hoạch gia công và sử dụng thiết bị định vị + cắt vòng-đóng để cải thiện độ cứng của bộ phận, giảm biến dạng tại nguồn và đảm bảo chất lượng sản phẩm đồng nhất!
1. Giới thiệu
Hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ do độ bền cao, khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu nhiệt và độ cứng. Nhược điểm của chúng bao gồm độ dẫn nhiệt kém và độ khó gia công cao.
Phần sườn hợp kim titan dài 43mm, rộng 25mm và dày 3,5mm. Độ dày và 2 khoang bên trong được phay CNC, trong khi 8 gân được gia công bằng dây EDM, đảm bảo chiều rộng gân (0,3±0,05)mm và đối xứng 0,05mm với các khoang bên trong. Phần này được phân loại là phần xương sườn-tốt. Mười phần ban đầu được xử lý theo các tài liệu quy trình. Nhân viên kiểm tra phát hiện 4 bộ phận có vấn đề về chiều rộng và tính đối xứng của gân, không đáp ứng yêu cầu thiết kế.
2. Phân tích nguyên nhân gốc rễ
Các tài liệu quy trình ban đầu yêu cầu độ dày nguyên liệu thô là 5mm. Tuy nhiên, do hạn chế về lượng hàng tồn kho nên chỉ có sẵn nguyên liệu thô dày 18mm. Do đó, kích thước phôi được yêu cầu là 250mm × 80mm với độ dày 18mm, như trong Hình 1. Một quy trình EDM dây đã được thêm vào để chia độ dày vật liệu thành hai (xem Hình 2), dẫn đến mỗi mảnh dày 9mm. Sau đó, nó được gia công đến độ dày 3,5 mm bằng phương pháp phay CNC. Trong quá trình phay CNC, người vận hành đã sử dụng phương pháp kẹp mâm cặp chân không (xem Hình 3). Một bề mặt lần đầu tiên được phay chính xác, loại bỏ dung sai 3 mm. Sau đó, bộ phận này được lật lại để hút và bề mặt thứ hai được phay đến độ dày 3,5mm. Cuối cùng, khoang bên trong ở giữa bộ phận đã được gia công.
Hình 1. Trống
Hình 2. Chia phôi làm hai
Hình 3. Kẹp cốc hút chân không
Mười bộ phận nhỏ được sắp xếp trên mỗi mảnh vật liệu (xem Hình 4). Một lỗ ren dây 3 mm-được khoan ở một đầu của mỗi hàng bộ phận, sau đó các bộ phận được xử lý bằng dây EDM.
Hình 4. Bố trí bộ phận
Trước khi xử lý, người vận hành EDM dây kiểm tra độ phẳng của vật liệu và phát hiện biến dạng ứng suất (xem Hình 5), với biến dạng tối đa là 3,05mm. Sử dụng tấm kẹp để cắt, vì chỉ có một lỗ luồn dây-nên mỗi bộ phận nhỏ sẽ được nối với nhau sau khi cắt. Vật liệu bị cắt và do đó, dưới tác dụng của ứng suất, biến dạng vật liệu xảy ra trong quá trình xử lý (xem Hình 6), khiến chiều rộng gân của bộ phận vượt quá dung sai, do đó ảnh hưởng đến tính đối xứng với khoang bên trong.
Hình 5. Biến dạng vật liệu trước khi cắt
Hình 6. Biến dạng vật liệu sau khi cắt
3. Thực hiện các biện pháp hiệu quả
Phân tích cho thấy vấn đề chính là biến dạng ứng suất của vật liệu. Vật liệu hợp kim titan tạo ra nhiệt cắt trong quá trình gia công. Vật liệu tản nhiệt chậm, lượng phụ cấp càng lớn thì biến dạng càng lớn. Điều này chỉ có thể được giải quyết bằng cách thay đổi phương pháp cắt [1]. Sơ đồ gia công ban đầu đã được tối ưu hóa bằng cách thực hiện các biện pháp hiệu quả sau.
1) Thay thế ứng suất cao bằng ứng suất thấp. Trong phay CNC, dung sai cắt càng lớn thì ứng suất càng lớn và biến dạng vật liệu càng lớn. Quy trình cắt dây của nguyên liệu thô đã được thay đổi từ chia thành hai phần sang chia thành ba phần (xem Hình 7), do đó độ dày của mỗi miếng vật liệu khoảng 6 mm, điều này làm giảm đáng kể dung sai gia công của phay CNC và do đó làm giảm biến dạng vật liệu.
Hình 7 Trống được chia thành ba phần
2) Thay đổi phương pháp kẹp phay CNC. Khi gia công độ dày trong phay CNC, phương pháp kẹp mâm cặp chân không đã được thay đổi thành phương pháp kẹp trên cùng-bên [2] (xem Hình 8). Bằng cách lật bộ phận nhiều lần và phay cả hai mặt, lượng cắt nhỏ hơn hoặc bằng 0,2mm mỗi lần, đảm bảo độ dày đáp ứng yêu cầu bản vẽ và giảm biến dạng gia công vật liệu. Theo tính toán, sau khi phay CNC, chỉ cần kiểm soát được độ biến dạng của toàn bộ mảnh vật liệu trong vòng 0,5mm thì có thể đáp ứng yêu cầu về độ phẳng của một bộ phận nhỏ. Người vận hành đã xử lý các bộ phận theo phương pháp tối ưu, kiểm tra chúng khi chúng được xử lý để đảm bảo độ phẳng Nhỏ hơn hoặc bằng 0,2mm.
Hình 8 Kẹp bên{1}}trên cùng
3) Tạo dụng cụ đặc biệt để tăng số lượng lỗ xỏ dây-. Trong quá trình cắt dây, để tránh biến dạng vật liệu trong quá trình xử lý, số lượng lỗ xỏ dây-đã được tăng lên 10, đảm bảo rằng mỗi phần sườn có một lỗ xỏ dây-độc lập, sau đó được gia công trong một bước bằng phay CNC để đảm bảo tính nhất quán. Một dụng cụ cắt dây đã được chế tạo và phôi được định vị trên tấm dụng cụ bằng các chốt định vị (xem Hình 9). Mỗi gân được xử lý độc lập, không cắt xuyên qua nhau, làm tăng độ cứng của vật liệu và giảm biến dạng bộ phận [3].
Hình 9 Định vị phôi trên tấm dụng cụ bằng các chốt định vị
4 Xác minh hiệu lực
20 bộ phận đã được xử lý theo sơ đồ cải tiến. Sau khi kiểm tra bằng thiết bị kiểm tra chuyên nghiệp, chiều rộng và độ đối xứng của gân đều đạt yêu cầu bản vẽ. Cuối cùng, tổng cộng 120 phần đã được xử lý, tất cả đều đáp ứng yêu cầu, với tỷ lệ đạt 100%, cho thấy kế hoạch cải tiến đã có hiệu quả. 5 Kết luận
Bài báo này giới thiệu lộ trình gia công và phương pháp kiểm soát biến dạng cho các chi tiết tấm mỏng hợp kim titan. Bằng cách tối ưu hóa sơ đồ gia công và phương pháp kẹp, thay đổi đường dẫn EDM dây và chiến lược phay CNC, đồng thời áp dụng các thiết bị định vị và cắt kín để giảm biến dạng ứng suất cắt, các yêu cầu về chiều rộng gân và tính đối xứng của các bộ phận được đảm bảo một cách hiệu quả, tích lũy kinh nghiệm cho việc gia công các bộ phận đó.
