Thông qua phân tích lớp vỏ làm kín của vật liệu hợp kim 4J29 Kovar và thép không gỉ 022Cr17Ni12Mo2, phương pháp sử dụng công nghệ phay và doa tốc độ cao để gia công các vật liệu khó gia công được đề xuất, không chỉ cải thiện độ chính xác gia công và hiệu quả gia công của hình dạng và lỗ bên trong của các bộ phận, mà còn tiết kiệm năng lượng. chi phí dụng cụ cắt.
1 lời mở đầu
Để cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của tàu vũ trụ trong các môi trường không gian sâu khác nhau, các bộ phận hàng không chủ yếu chọn vật liệu có khả năng chịu nhiệt tốt như hợp kim titan và hợp kim nhiệt độ cao. Vật liệu hợp kim như vậy có hiệu suất xử lý kém và khó xử lý. Việc lựa chọn dụng cụ cắt Yêu cầu cao và chi phí gia công cao. Theo đặc điểm của những vật liệu khó gia công như vậy, việc thực hiện nghiên cứu về công nghệ gia công vật liệu khó gia công và kéo dài tuổi thọ của dụng cụ sẽ giúp cải thiện độ chính xác của các bộ phận hỗ trợ tàu vũ trụ và nâng cao hiệu quả gia công. Đồng thời, nó có thể mở rộng tiềm năng thị trường của công ty và tạo ra lợi ích kinh tế lớn hơn. .
2 Tổng quan vấn đề
Vỏ làm kín sê-ri hình chữ nhật là một bộ phận sản phẩm mới được công ty phát triển trong những năm gần đây, như trong Hình 1, vật liệu chủ yếu là hợp kim 4J29 Kovar và thép không gỉ. Do cấu trúc thiết kế sản phẩm yêu cầu sử dụng công nghệ hàn kín thủy tinh, nên các yêu cầu cao hơn được đặt ra đối với độ nhám bề mặt của bề mặt và lỗ bên trong của loại bộ phận vỏ kín này, dẫn đến tăng độ khó xử lý, giảm tuổi thọ dụng cụ, tăng chi phí dụng cụ, và giảm hiệu suất xử lý. Tỷ lệ vượt qua thấp.
3 Phân tích vấn đề
Lấy hợp kim 4J29 Kovar và thép không gỉ 022Cr17Ni12Mo2 làm ví dụ để phân tích một loại vỏ niêm phong nhất định, cấu trúc của các bộ phận vỏ niêm phong tương tự nhau và cần phải xử lý hàng lỗ trong khoang bên trong. Hàng lỗ được sử dụng cho các chốt bịt kính và việc bịt kính Công nghệ kết nối yêu cầu giá trị độ nhám bề mặt bên trong của hàng lỗ là Ra=0.8μm. Trong quá trình niêm phong kính, các sản phẩm không đủ tiêu chuẩn được sản xuất nhiều lần và năng suất thấp. Theo phân tích của thiết kế và thợ thủ công, độ nhám bề mặt của bề mặt bên trong của lỗ hàn hàng vỏ có tác động quan trọng đến năng suất của kính bịt kín. Các gờ ở hàng lỗ và hình dạng và quá trình xử lý rãnh của khoang bên trong không dễ loại bỏ, điều này cũng ảnh hưởng đến hiệu quả bịt kín của các bộ phận.
3.1 Phân tích các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng thành trong của lỗ chi tiết
Công nghệ xử lý hàng lỗ ban đầu được sử dụng trong dây chuyền sản xuất là khoan → doa. Do chất liệu hợp kim 4J29 Kovar có độ dẻo tốt nên trong quá trình gia công rất dễ bị dính dao; do độ cứng ở nhiệt độ cao của thép không gỉ (022Cr17Ni12Mo2) và khả năng tản nhiệt kém, nó khác với các vật liệu kim loại khác. Ái lực mạnh [1] nên mũi khoan bị mài mòn nhanh chóng, chủ yếu ở các khía cạnh sau.
Lưỡi cắt chính của mũi khoan mòn quá nhanh, thậm chí còn xảy ra sứt mẻ. Khi khoan các vật liệu khó gia công, nhiệt độ cao, biến dạng cắt và làm lạnh nghiêm trọng, dụng cụ dễ bị dính tạo ra mép tích tụ, dẫn đến độ nhám bề mặt của các lỗ bên trong khác nhau của cùng một bộ phận, và tình trạng mài mòn của mũi khoan không thể được phát hiện và kiểm soát trong quá trình xử lý. Cố gắng cải thiện chất lượng bề mặt và hiệu quả xử lý của lỗ bên trong bằng cách sử dụng mũi khoan cacbua xi măng vonfram-coban (YG, YT và YW), phù hợp hơn để xử lý các vật liệu khó gia công. Theo nguyên tắc mài mòn dụng cụ [2], người ta thấy rằng dụng cụ YG vẫn bị chi phối bởi sự mài mòn do chất kết dính trong quá trình cắt ở tốc độ thấp, nhưng dụng cụ YT đồng thời đi kèm với một lượng mài mòn oxy hóa và mài mòn khuếch tán nhất định. như sự mặc trái phiếu; công cụ YW có ba loại hao mòn. Cơ chế mài mòn chiếm cùng một vị trí, vì vậy máy khoan cacbua YG có thể được ưu tiên để cắt tốc độ thấp và máy khoan cacbua YW hoặc YG có thể được sử dụng để cắt tốc độ cao. Theo nguyên tắc mài mòn này, chất lượng bề mặt của lỗ bên trong được cải thiện sau khi chọn mũi khoan thích hợp để xử lý hàng lỗ. Tuy nhiên, do giá của mũi khoan cacbua vonfram-coban đường kính nhỏ cao nên giá thành của dụng cụ tăng lên, hiệu quả sản xuất và gia công hàng loạt không cao.
3.2 Phân tích các nguyên nhân ảnh hưởng đến hình dạng của chi tiết và chất lượng bề mặt của khoang trong
Khi xử lý vật liệu hợp kim 4J29 Kovar và vật liệu thép không gỉ (022Cr17Ni12Mo2), công cụ cacbua xi măng có kích thước hạt thông thường được sử dụng để xử lý. Mép dưới và mép bên của dao phay mòn nhanh, tuổi thọ dao ngắn nên tốc độ cắt chỉ có thể thấp hơn 50m/ Nếu chọn phạm vi min thì hiệu quả xử lý thấp. So với gia công hợp kim nhôm, tuổi thọ của dao phay chỉ bằng 1/5 so với gia công hợp kim nhôm; so với gia công thép không gỉ 314, tuổi thọ của dao phay chỉ bằng 1/3 so với gia công thép không gỉ 314.
Trong quá trình cắt các vật liệu khó gia công như vậy, rất dễ tạo ra một lượng nhiệt cắt lớn trong khu vực cắt, gây tổn hại nghiêm trọng đến độ chính xác về kích thước và hiệu suất của các bộ phận được xử lý. Việc tản nhiệt cắt chỉ có thể được thực hiện bằng chất lỏng cắt và các công cụ làm mát bên trong. Đối với vỏ kín của loại cấu trúc này, do kích thước nhỏ của lỗ bên trong và khoang bên trong, các dụng cụ có đường kính nhỏ hoặc dụng cụ có hình dạng chủ yếu được sử dụng. Một lượng lớn nhiệt cắt khó tiêu tan nhanh chóng và dụng cụ bị mài mòn quá nhanh, dẫn đến độ nhám bề mặt của chi tiết tăng lên. Nếu cao quá, không đạt yêu cầu kỹ thuật sẽ bị đánh giá là không đạt chất lượng. Nếu khoảng cách giữa các lỗ nhỏ, việc vát mép của lỗ sẽ phá hủy kích thước của lỗ liền kề; nếu phần vát quá nhỏ, gờ vẫn sẽ có gờ, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng bịt kín.
4 giải quyết vấn đề
4.1 Cải thiện chất lượng thành trong lỗ
Do độ nhám bề mặt không đồng nhất của lỗ bên trong của vỏ kín, cần phải cải thiện phương pháp xử lý và chọn một công cụ phù hợp. Thông qua quá trình cắt thử nghiệm, công nghệ xử lý hàng lỗ trước tiên được thay đổi thành khoan → doa → phay tinh lỗ bên trong, chất lượng bề mặt của lỗ bên trong rõ ràng được cải thiện, nhưng số lượng lỗ lớn và dụng cụ vẫn còn mòn khi sử dụng dao phay đường kính nhỏ để phay tinh lỗ bên trong Nhanh, đồng thời sinh ra hiện tượng vướng phoi và khe hở dụng cụ, hiệu quả gia công vẫn chưa cao, giá thành dụng cụ tăng. Thứ hai, nó được thay đổi thành khoan → doa → doa tinh. Độ nhám bề mặt của lỗ bên trong đáp ứng các yêu cầu và hiệu quả xử lý của một lỗ được cải thiện, nhưng công cụ nhàm chán tổng thể có đường kính nhỏ cần phải được tùy chỉnh, chi phí công cụ cao, tuổi thọ của công cụ nhàm chán ngắn và không thể đáp ứng nhiều hàng lỗ. nhạt nhẽo.
Bằng cách đề cập đến công nghệ doa lỗ có đường kính cố định, khẩu độ của quy trình doa thường là từ 3 đến 100mm. Do lưỡi cắt của mũi doa dài, mỗi lưỡi cắt tham gia cắt đồng thời trong quá trình doa nên hiệu quả sản xuất cao, được sử dụng rộng rãi trong gia công tinh lỗ. Công nghệ xử lý cuối cùng được xác định là khoan → doa → doa. Do công nghệ gia công doa lỗ đường kính nhỏ (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Qua tính toán và cắt thử, lựa chọn các thông số cắt hợp lý. Nguyên tắc là như sau.
Kiểm tra thông tin về công cụ doa và các thông số doa đã thu thập, đồng thời xử lý các vật liệu khó gia công như thép không gỉ. Tốc độ mũi doa không được quá cao [3], và chọn giá trị tham chiếu: tốc độ cắt vc=(6 ~ 12) m/phút, tốc độ nạp f=(0. 05 ~ 0,1) mm/r. Đường kính của khoang bên trong của vỏ kín hình chữ nhật là (1,7~1,8) mm, vì vậy mũi doa φ1,8mm được chọn để tính toán tốc độ trục chính n và tốc độ nạp vf trong quá trình gia công, trong đó vc=7m/phút , f=0.06mm /r.
Vì tốc độ cắt vc=πDn/1000 (D là đường kính dao, n là tốc độ trục chính), nên tốc độ trục chính n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (vòng/phút).
Từ đó, có thể tính được tốc độ nạp vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/phút).
Theo kết quả tính toán, thông số gia công và cắt thực tế được chọn là n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm / phút, và quy trình khoan → doa → doa được thông qua. Do được làm kín vỏ Khoảng cách lỗ nhỏ gọn và đường kính lỗ nhỏ nên khống chế được lề trước khi doa đến 0.05mm. Hiệu quả xử lý thực tế cuối cùng được thể hiện trong Hình 3. Khi mũi doa φ1,83mm có hơn 1000 lỗ doa, độ nhám bề mặt Ra của lỗ bên trong vẫn có thể đạt 0,8 μm, đáp ứng các yêu cầu của quy trình và cải thiện hiệu quả xử lý.
4.2 Cải thiện chất lượng xử lý bề mặt và tuổi thọ của dụng cụ
Để cải thiện hiệu quả xử lý và tuổi thọ của vật liệu có độ cứng ở nhiệt độ cao và khả năng tản nhiệt kém, chẳng hạn như hợp kim nhiệt độ cao, hợp kim titan và thép không gỉ, các công cụ cacbua xi măng nhập khẩu thường được sử dụng để gia công thô và hoàn thiện, và chi phí sử dụng công cụ rất cao. Phân tích so sánh sự khác biệt về độ mài mòn của các vật liệu dụng cụ khác nhau khi cắt hợp kim titan ở tốc độ cao, bao gồm cacbua xi măng không tráng phủ, cacbua xi măng phủ TiAlN PVD và PCBN, v.v., cho thấy vật liệu dụng cụ PCBN có tốc độ cắt cao, tốc độ nạp thấp và thấp Khi cắt hợp kim titan bằng phương pháp cắt ngược, có thể thu được lực cắt tương đối ổn định và giá trị độ nhám bề mặt thấp hơn [4]. Bằng cách áp dụng nguyên tắc phay tốc độ cao và sử dụng các công cụ PCBN trong nước, khả năng cắt cao hơn Phương pháp xử lý tốc độ cao và bước tiến nhỏ giúp tăng tuổi thọ của công cụ.
Thông qua nhiều lần cắt thử nghiệm và xác minh, phân tích cho thấy rằng khi cắt các vật liệu khó gia công ở tốc độ cao, sự tương tác giữa bước tiến trên mỗi răng fz và ap ăn khớp ngược có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhám bề mặt với xác suất tin cậy tương đối cao Ảnh hưởng. Hiện tượng này cho thấy ảnh hưởng của bước tiến trên mỗi răng hoặc độ sâu phay đối với độ nhám bề mặt có liên quan chặt chẽ với việc lựa chọn độ sâu phay và bước tiến trên mỗi răng. Ngược lại, trong các điều kiện cắt tốc độ trung bình và thấp, sự tương tác giữa các thông số cắt khác nhau là không rõ ràng hoặc không có sự tương tác. Điều này có nghĩa là trong một điều kiện cắt cụ thể, chỉ cần kiểm tra tác động một yếu tố của bước tiến trên mỗi răng hoặc lượng cắt ngược đối với độ nhám bề mặt không thể dự đoán chính xác giá trị của độ nhám bề mặt đã xử lý. Do đó, để có được độ nhám bề mặt lý tưởng, khi xác định tốc độ chạy dao trên mỗi răng, nó cần được chọn cùng với lượng ăn khớp ngược và ngược lại.
Lưỡi 4-dao phay cacbua nguyên khối nội địa được chọn để gia công thô tốc độ cao cho hình dạng và khoang bên trong. Do ap tương tác phía sau nhỏ và ae độ dày cắt nhỏ, nó có thể bảo vệ hiệu quả cạnh dưới và cạnh bên của dụng cụ. Nhiệt cắt được tạo ra dẫn truyền nhanh, giảm khả năng tích tụ cạnh trên đầu dụng cụ, đồng thời tăng tương ứng tốc độ phay vc và tốc độ nạp trên mỗi răng fz, điều này không chỉ đảm bảo chất lượng xử lý mà còn cải thiện hiệu quả xử lý. Để tính thời gian mài mòn gia công của dao phay thô, chỉ cần cắt bỏ phần mòn được sử dụng hiệu quả và phần còn lại của dao phay vẫn có thể đáp ứng nhu cầu gia công thô trở lại sau khi mài sắc, điều này giúp cải thiện đáng kể tỷ lệ sử dụng của dao phay thô. máy cắt và giảm chi phí của máy cắt.
Đối với các gờ do vật liệu khó gia công tạo ra, việc loại bỏ thủ công khó đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật hiện có, vì vậy gia công CNC được sử dụng và vật liệu thép tốc độ cao phủ TiC được chọn để gia công dao phay vát mép. Sau khi phay thô cải thiện chất lượng, các bộ phận vỏ đều tốt. Các gờ tạo ra trong quá trình phay tương đối nhỏ và dao phay vát chỉ cần xử lý theo đường viền của bộ phận để đảm bảo sự chuyển tiếp trơn tru của các cạnh sắc nét. Đối với mặt bích và bavia của các lỗ của vỏ bịt kín, phương pháp xử lý là phay vát mép các lỗ bằng dao phay vát mép → doa tinh bằng mũi doa được sử dụng để đảm bảo rằng các lỗ không có bavia và liên kết. Các thông số cắt của dụng cụ trước và sau khi cải tiến được thể hiện trong Bảng 1 và hiệu quả xử lý của vỏ được thể hiện trong Hình 4 và Hình 5.
Bảng 1 Thông số dụng cụ cắt trước và sau khi cải tiến
hình ảnh
hình ảnh
Hình 4 Hiệu quả gia công của vỏ hợp kim 4J29 Kovar
hình ảnh
Hình 5 Hiệu quả xử lý của vỏ vật liệu thép không gỉ (022Cr17Ni12Mo2)
5 Phổ biến và ứng dụng công nghệ doa vật liệu khó gia công
Một loại bộ phận thanh đẩy nhất định (xem Hình 6) được làm bằng thép không gỉ 00Cr17Ni14Mo2, đây là vật liệu khó gia công. Lỗ xuyên φ5mm trên vòng tròn bên ngoài được xử lý, độ sâu là 15mm và giá trị độ nhám bề mặt Ra=1.6μm là bắt buộc. Quy trình ban đầu là: khoan lỗ → đánh bóng thành lỗ. Do vật liệu là thép không gỉ nên quá trình thợ lắp sử dụng máy khoan để khoan lỗ, mũi khoan nhanh mòn, vị trí lỗ nằm ngoài dung sai, hiệu quả đánh bóng lỗ bên trong thấp. Do đó, quy trình được cải tiến là: khoan tiện → Khoan. Do quá trình tiện cần sử dụng dụng cụ đặc biệt để kẹp các bộ phận của thanh đẩy và kích thước của dụng cụ đặc biệt quá lớn nên không dễ lắp đặt. Vì vậy, mặc dù quá trình xử lý thực tế đã đảm bảo giá trị độ nhám bề mặt Ra=1.6μm nhưng hiệu quả xử lý vẫn chưa được cải thiện. 00Thép không gỉ Cr17Ni14Mo2 gây ra Dụng cụ móc lỗ nhanh mòn và giá thành của dụng cụ cao.
Hình ảnh Hình 6 Sơ đồ hai chiều của thanh đẩy
Sử dụng kinh nghiệm thu được từ việc doa các lỗ có đường kính nhỏ, công nghệ xử lý khoan → doa → doa trong trung tâm gia công được sử dụng để giải quyết các vấn đề về hiệu quả xử lý thấp φ 5mm thông qua các lỗ và khó khăn trong việc đảm bảo giá trị độ nhám bề mặt Ra{{ 2}}.6μm. Quy trình thực hiện như sau.
Chọn giá trị tham chiếu: tốc độ cắt vc{{0}}(6~12) m/phút, bước tiến f=(0.15~0.2) mm/r. Chọn mũi doa φ5mm để tính toán tốc độ chạy dao và tốc độ nạp trong quá trình gia công, lấy vc=7m/phút, f=0.18mm/r.
Vì tốc độ cắt vc=πDn/1000 (D là đường kính dao, n là tốc độ trục chính), nên tốc độ trục chính n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (vòng/phút), nạp Số lượng vf=fn=0.18×445≈80 (mm/phút).
Theo kết quả tính toán, các thông số gia công và cắt thực tế được chọn là: tốc độ trục chính n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }). độ nhám Ra của lỗ bên trong vẫn có thể đạt 1,6 μm, đáp ứng yêu cầu của quy trình và nâng cao hiệu quả xử lý. Dụng cụ định vị được sản xuất (xem Hình 9) có cấu trúc đơn giản và dễ kẹp.
hình ảnh
Hình 7 Vật thật của cần đẩy sau khi gia công
hình ảnh
Hình 8 Mũi doa φ5.02mm
hình ảnh
Hình 9 Tác dụng của dụng cụ định vị đối với gia công thanh đẩy
6 Hiệu quả đạt được
Thông qua nghiên cứu này, chúng tôi đã tích lũy được kinh nghiệm kỹ thuật trong việc xử lý các vật liệu khó gia công. Nghiên cứu và phát triển tiếp theo của các bộ phận làm bằng vật liệu khó gia công như hợp kim nhiệt độ cao và hợp kim titan cũng có thể được xử lý dựa trên công nghệ doa và đã đạt được kết quả tốt. Ví dụ: sử dụng mũi doa φ2,12mm, Doa toàn bộ vật liệu siêu hợp kim, hình ảnh đường kính và lỗ sâu có độ sâu hơn 40mm. Công nghệ xử lý doa không chỉ tiết kiệm chi phí công cụ mà còn cải thiện hiệu quả xử lý. Xem Bảng 2-Bảng 4 để so sánh hiệu quả xử lý các bộ phận trước và sau khi cải tiến.
Bảng 2 Hình ảnh xử lý lỗ vỏ hộp chữ nhật trước và sau khi cải tiến
Bảng 3 Gia công lỗ thanh đẩy trước và sau khi cải tiến
hình ảnh
Bảng 4 Chi phí công cụ trước và sau khi cải tiến
hình ảnh
Từ Bảng 2 đến Bảng 4, có thể kết luận rằng việc sử dụng phương pháp xử lý cải tiến đã cải thiện chất lượng xử lý, tỷ lệ vượt qua của các bộ phận đã tăng lên 99%, hiệu quả sản xuất tăng 33% và chi phí công cụ đã tăng được giảm đi rất nhiều.
7. Kết luận
Các vật liệu mới đang nổi lên và các vật liệu khó gia công trong lĩnh vực hàng không vũ trụ đã đưa ra các yêu cầu cao hơn đối với công nghệ xử lý cắt. Chỉ có nghiên cứu sâu về đặc tính cắt của các vật liệu khó gia công và nắm vững hơn các đặc tính của vật liệu mới thì chúng ta mới có thể lựa chọn dụng cụ cắt phù hợp. Hệ thống giám sát trạng thái cắt công cụ được giới thiệu để theo dõi trạng thái sử dụng của công cụ trong thời gian thực. Theo tuổi thọ khác nhau của các vật liệu khác nhau, công cụ có thể được đánh giá và lựa chọn kịp thời, điều này có thể giảm chi phí và tăng hiệu quả đồng thời cải thiện độ chính xác gia công của các bộ phận hỗ trợ của tàu vũ trụ. Tác dụng.
