Tõhus{0}}titaanisulamist integreeritud tiivikute töötlemisprotsess

Ülevaade: Titaanisulamist integreeritud tiiviku töötlemine

Integreeritud ehk ühes{0}}tükis tiivikud on ühed kõige nõudlikumad komponendid, mida töötlev tööstus toodab. Neid kasutatakse laialdaselt lennunduses ja kosmosesõidukites, kaasaegsetes turbomasinates, tööstuslikes kompressorites ja rakettmootorite turbopumpades, kus rummu ja kogu labade komplekt lõigatakse ühest toorikust, selle asemel, et eraldi osadest kokku panna. Ühes tükis konstruktsioon eemaldab liitekohad ja kinnitusdetailid, parandab aerodünaamilist efektiivsust ja suurendab konstruktsiooni töökindlust, kuid kannab ka tera läbipääsude kogu geomeetrilise keerukuse töötlemisprotsessi. Kui töödeldava detaili materjal muudetakse alumiiniumist või terasest titaanisulamiks, näiteks Ti-6Al-4V (TC4), tuleb nii lõikamiskäitumine kui ka tööraja strateegia uuesti läbi vaadata.

Materjali- ja konstruktsiooniprobleemid tiiviku töötlemisel

Titaanisulamid ühendavad madala soojusjuhtivuse kõrge keemilise reaktsioonivõime ja suhteliselt madala elastsusmooduliga. Lõiketsoonis tekkiv soojus kontsentreerub seetõttu väikesele alale lõikeserva lähedal, selle asemel, et laast seda ära kanda, ja see kiirendab servade kulumist. Madal moodul võimaldab nii töödeldaval detailil kui ka tööriistal läbi painduda, tekitades värisemist, vedru-tagasi ja mõõtmevigu. Kõrgendatud temperatuuril kipub materjal lõikeserva külge keevitama, mis põhjustab üles-serva, rebenenud pindu ja rasketel juhtudel äkilist mõranemist. Stabiilsete lõiketingimuste kasutatav aken on kitsas.

Halb töödeldavus ja tööriista kiire kulumine lõikekiiruse suurendamisel.

Elastne läbipaine ja vibratsioon, mis on põhjustatud madalast elastsusmoodulist.

Töödeldud pinna töökõvenemine, mis suurendab järgnevateks läbimisteks vajalikku jõudu.

Kõrge keemiline afiinsus tööriistamaterjalide suhtes kõrgel lõiketemperatuuril.

Õhukesed terad ja vabad{0}}vormipinnad

Lisaks materjalile tekitab raskusi geomeetria ise. Tera pinnad on vaba-kuju, pidevalt muutuva kõverusega, nii et lõikejõu suurus ja suund on igal läbimisel erinev; see on otsene vibratsiooni ja pinnakvaliteedi kõikumise allikas. Pikad õhukesed terad on väikese jäikusega ja viimistluslõige võib need elastse deformatsiooni tõttu tööriistast eemale lükata, mistõttu pärast töötlemist mõõdetud mõõtmed ei pruugi programmeeritud väärtustega ühtida. Lisaks on tera kanaliteni jõudmiseks vajalikud suure jõudlusega-nelja- ja viie-teljega töötlemiskeskused-kapitalimahukad ja pikad tsükliajad tõstavad detaili maksumust.

Tööriista valik ja tööraja planeerimine

Terade vaheliste kanalite töötlemine toimub tavaliselt titaani jaoks välja töötatud kiir-söötmisfreesiga. Väikese juhtnurga ja väikese -takistusega S--kujuliste vahetükkidega lõikur suunab lõikejõu peamiselt aksiaalsuunas, mis vähendab õhukese tera seina radiaalset läbipainet, samas kui avatud, kergendatud lõikekorpus annab laastule kanalist välja vaba tee. Kombinatsioon suurendab metalli{5}}eemaldamise kiirust karestamise ajal ja piirab tööriista maksumust detaili kohta.

Tööriistarada on kavandatud kahes etapis. Kareda soonte tegemise etapis töötab lõikur kanali ülaosast allapoole, kihthaaval piki voolukanali suunda; iga kihi töödeldud ala kontrollitakse labade vahel nii, et tera külgedele jääb kontrollitud kogus materjali ja tera jäikus säilib. Viimistlemisetapis kasutatakse punktfreesimist: tera viimistlusvaru määratakse eeldatava läbipainde ja valitud tööriista geomeetria põhjal ning tööriista parameetrid valitakse nii, et lõikejõud jääks madalaks, et säiliks stabiilsus ja mõõtmete täpsus.

Freesimisparameetrite optimeerimine ortogonaalsete katsetega

Lõikeparameetrid määratakse katse-eksituse meetodil, mitte katseliselt. Titaanisulami mitmeteljelise jahvatamise uurimiseks ning freesimiskiiruse, ettenihke hamba kohta, freesimislaiuse, freesimissügavuse ja tööriista kaldenurga mõju eraldamiseks freesimisjõule ja pinna karedusele kasutatakse ortogonaalset katseplaani. Seejärel paigaldatakse koos emulsioonjahutusvedelikuga kasutatavale karbiidist kuul-eeslõikurile regressiooniennustusmudelid freesjõu ja pinnakareduse jaoks ning mudelid valideeritakse mõõdetud väärtuste suhtes enne, kui neid kasutatakse parameetriakna määratlemiseks. Enne esimest lõikamist arvutatakse, simuleeritakse ja visualiseeritakse tööriista -teljevektorid ja tööriistatee CAM-tarkvaras, et tuvastada häired, üle{6}}liikumine ja lõikejõu järsud muutused ning trajektoori korrigeerida. Optimeeritud trajektoori kontrollitakse lõpuks nii simulatsiooni kui ka tegeliku töötluskatse käigus.

Tööstuse ja viimistlemise mitmeotstarbeline optimeerimine-

Karestamisel ja viimistlemisel on erinevad eesmärgid ja seetõttu optimeeritakse neid eraldi. Töötlemiseks luuakse mitme-eesmärgiga matemaatiline mudel, mille eesmärk on minimaalne tööriistakulu ja maksimaalne freesimisefektiivsus, ning mitte-domineeritud lahenduste Pareto piir on lahendatud nii, et töökoda saab valida kompromissi, mis vastab tööriista eelarvele ja masina saadavusele. Viimistlemisel kasutatakse sihtfunktsioonidena pinna kvaliteeti ja freesimise efektiivsust, et viimistlusparameetrid annaksid vajaliku kareduse ilma tarbetult pika tsüklita. Tulemuseks on täielik protsessitee alates tööriista valikust ja tee planeerimisest kuni freesimisparameetrite optimeerimiseni kuni mitme eesmärgiga optimeerimiseni, mis tõstab tõhusust ja kvaliteeti ning vähendab titaanisulamist integreeritud tiivikute tootmiskulusid. Sama marsruuti saab üle kanda ka teistele õhukese{7}}seinaga,-raskesti töödeldavatest{10}}sulamitest valmistatud osadele.

KKK:{0}}Titaanist tiivikute tõhus töötlemine

K: Miks on titaanisulamit raskem töödelda kui alumiiniumi või terast?
Kuna selle madal soojusjuhtivus hoiab lõikesoojuse servas, võimaldab selle madal elastsusmoodul läbipainde ja loksumise ning selle keemiline reaktsioonivõime soodustab kiibi keevitamist tööriista külge. Stabiilne lõikeaken on seetõttu kitsas.

K: Mida aitab kiir{0}}etteandelõikur karestamisele kaasa?
Väike juhtnurk koos väikese -takistusega S--kujuliste sisetükkidega suunab lõikejõudu aksiaalselt, vähendades õhukese tera seina läbipainet ja kergendatud korpus võimaldab kiibil kiiresti kanalist lahkuda, nii et metalli-eemaldamiskiirus tõuseb.

K: Mis on tiiviku viimistluses punktfreesimine?
Punktfreesimine on viimistlusstrateegia, mille puhul kuul-ninalõikur eemaldab järelejäänud varu punkthaaval piki tera pinda kontrollitud väikese varuga, nii et lõikejõud jääb väikeseks ja vaba{1}}vormi pind taasesitatakse täpselt.

K: Milliseid parameetreid uuritakse ortogonaalse freesimise katses?
Freesimiskiirus, ettenihe hamba kohta, freesimise laius, freesimissügavus ja tööriista kaldenurk, mida hinnatakse freesimisjõu ja pinnakareduse alusel.

K: Miks on karestamine ja viimistlemine eraldi optimeeritud?
Sest nende eesmärgid on erinevad. Töötlemise eesmärk on minimaalne tööriistakulu ja maksimaalne tõhusus, samas kui viimistluse eesmärk on parim pinnakvaliteet kõrgeima praktilise efektiivsusega; mõlema kombineerimine ühes mudelis varjab-kaubanduse ära.

K: Kuidas kontrollitakse tööraja kvaliteeti enne tootmist?
Tööriista-teljevektoreid ja trajektoori simuleeritakse ja visualiseeritakse CAM-tarkvaras, et tuvastada interferentsi, üle-liikumise ja jõu tippe, ning korrigeeritud trajektoori kinnitab enne seeriatootmist tehtud töötlemiskatse.