Technologia cięcia materiałów ze stopu tytanu Ti-6AL-7Nb skupia branżę na kluczowych technologiach i w pełni ucieleśnia konotację „nauka i technologia to pierwsza siła produkcyjna”. W artykule podsumowano charakterystykę skrawania stopu tytanu, materiały narzędzi skrawających, konstrukcję narzędzia, uzyskanie efektywnych parametrów skrawania stopu tytanu oraz działania zaradcze podjęte w procesie w celu poprawy trwałości narzędzia i wydajności obróbki poprzez praktykę skrawania całej tarczy łopatkowej i magazynu sprężarki materiałów ze stopów tytanu, mając nadzieję, że odegrają rolę w niektórych odniesieniach.
Aby poprawić niezawodność i ciąg silnika, zaawansowany silnik o wysokiej wydajności przyjmuje dużą liczbę nowych materiałów, a jego konstrukcja staje się coraz bardziej złożona, a wymagania dotyczące precyzji obróbki stają się coraz wyższe, co wysuwa wyższe wymagania dotyczące procesu produkcyjnego. W nowej generacji poprawy wydajności silników lotniczych, udział technologii produkcji i materiałów wynosi 50% ~ 70%; w zakresie redukcji masy silnika, technologii produkcji i udziału materiałów na poziomie 70% ~ 80%, co również w pełni pokazuje, że zaawansowane materiały i technologia to silnik lotniczy, który jest kluczem do zmniejszenia masy, wydajności i poprawy wydajności.
Materiały stopowe tytanu są coraz szerzej stosowane w lotnictwie ze względu na ich doskonałe właściwości, takie jak wysoka wytrzymałość właściwa, niska gęstość, odporność na korozję, odporność na wysokie temperatury i dobra spawalność. W oparciu o powyższe zalety, preferowanym materiałem na niektóre części stał się stop tytanu.
Charakterystyka cięcia materiałów ze stopów tytanu:
Niektóre właściwości fizyczne i mechaniczne stopów tytanu powodują większe trudności w cięciu i przetwarzaniu. Współczynnik odkształcenia skrawania stopu tytanu jest niewielki, co powoduje, że wiór na przedniej powierzchni tarcia ślizgowego zwiększa się, przyspieszając zużycie narzędzia. Przewodność cieplna stopu tytanu jest niewielka, ciepło powstające podczas cięcia nie jest łatwe do przenoszenia, koncentruje się na niewielkim obszarze w pobliżu krawędzi skrawającej. Moduł sprężystości stopu tytanu jest niewielki, obróbka siłą promieniową łatwo powoduje odkształcenie zginające, powodując wibracje, zwiększając zużycie narzędzia i wpływając na dokładność części. Ze względu na silne powinowactwo chemiczne stopu tytanu do materiału narzędzia, temperatura skrawania jest wysoka, a siła skrawania na jednostkę powierzchni jest w tych warunkach duża, narzędzie jest podatne na zużycie spoiwa.
Rozsądny wybór materiałów narzędziowych:
Materiał narzędzia jest jednym z ważnych czynników wpływających na proces skrawania, dlatego racjonalny dobór materiału narzędzia jest skutecznym sposobem na rozwiązanie problemu skrawania materiałów trudnoobrabialnych. Narzędzie skrawające ze stopu tytanu z narzędziami węglikowymi, narzędziami powlekanymi, narzędziami z sześciennego azotku boru (CBN), narzędziami diamentowymi i wysokowydajnymi narzędziami ze stali szybkotnącej i tak dalej. Różne materiały noża mają specyficzne dostosowanie do zakresu obróbki, jego żywotność również jest różna. Charakterystyka obrabianego materiału jest często podstawową podstawą doboru materiału na narzędzie, przy czym wydajność skrawania materiału narzędzia i materiału przedmiotu obrabianego powinna być rozsądnie dopasowana. Istotny wpływ ma charakterystyka materiału narzędzia na jakość powierzchni obróbki, wydajność obróbki i trwałość narzędzia. Gdy konstrukcja części obrabianej jest specjalna, ma słabą sztywność i nie może zwiększyć jej sztywności, wystąpią wibracje skrawania. W tym momencie przy wyborze narzędzi należy wziąć pod uwagę, że materiał narzędzia ma pewien stopień wytrzymałości, aby uniknąć zjawiska odpryskiwania narzędzia, co powoduje zbyt szybkie złomowanie narzędzia.
Optymalizacja struktury narzędzia:
Wydajność skrawania narzędzia zależy nie tylko od materiału narzędzia, ale wiąże się także ze strukturą i geometrią narzędzia. Podczas skrawania materiałów trudnych w obróbce odpowiednia geometria narzędzia pomaga w pełni wykorzystać wydajność skrawania narzędzia i poprawić wydajność skrawania. Głównymi parametrami geometrycznymi narzędzia są kąt przedni, kąt tylny, główny kąt odchylenia, kąt odchylenia imadła, kąt nachylenia i promień wierzchołka zaokrąglonego narożnika i tak dalej. Im większy kąt przedni narzędzia, tym ostrzejsze narzędzie, tym mniejsza siła skrawania, odpowiednia do obróbki wykańczającej. Stop tytanu został obrobiony maszynowo odbicia materiału powierzchniowego, zastosowanie dużego kąta oparcia może zmniejszyć obrabiany przedmiot z tyłu powierzchni spowodowany zjawiskami tarcia i wiązania oraz zmniejszyć zużycie tylnej części powierzchni. Przy obróbce zgrubnej, w celu zwiększenia wytrzymałości narzędzia, należy zastosować mały kąt oparcia. Cięcie stopu tytanu o wysokiej temperaturze skrawania i dużej tendencji do odkształcenia sprężystego, pod warunkiem zachowania sztywności układu technologicznego, należy maksymalnie zmniejszyć główny kąt ugięcia, aby zwiększyć powierzchnię odprowadzania ciepła części skrawającej oraz zmniejszyć obciążenie na jednostkę długości krawędzi skrawającej. Zmniejszenie wtórnego kąta ugięcia może wzmocnić końcówkę narzędzia, co sprzyja odprowadzaniu ciepła i zmniejszeniu wartości chropowatości powierzchni obróbki. W półfabrykacie ma twardą skórę i organizacja powierzchni nie jest jednolitym stanie, zgrubna krawędź skrawająca łatwo się zapada, aby zwiększyć wytrzymałość i ostrość krawędzi skrawającej, należy zwiększyć prędkość poślizgu skrawania, wybrać odpowiedni kąt nachylenia krawędzi .
Krajowi uczeni poprzez badania symulacyjne numeryczne obróbki frezowania z dużą prędkością, upraszczają proces frezowania z dużą prędkością, ustanawiają model geometrii cięcia ukośnego i model elementów skończonych. Modele te przewidują siłę skrawania przy różnych kombinacjach parametrów geometrii narzędzia w procesie skrawania z dużą prędkością, zapewniając podstawę do doboru narzędzia w frezowaniu CNC z dużą prędkością. W ostatnich latach, podczas obróbki skomplikowanych części konstrukcyjnych z głębokimi wnękami, ogólna geometria oprawki narzędziowej również przyciągnęła uwagę inżynierów i techników. Na przykład podczas dokładnego frezowania profilu piasty i ostrza zintegrowanej tarczy piórowej konieczne jest użycie frezu kulkowego z integralnym chwytem prostym z węglików spiekanych. Gdy podziałka między dwoma ostrzami jest zbyt mała lub nasada ostrza i piasta przenosząca R są małe, średnica narzędzia zmniejsza się. W celu zwiększenia sztywności narzędzia i poprawy wydajności obróbki często stosuje się narzędzie kulkowe z chwytem stożkowym. Zwłaszcza w przypadku stosowania narzędzi o dużym współczynniku kształtu i frezu kulkowego z chwytem prostym w porównaniu z frezem kulkowym z chwytem stożkowym, tak że sztywność systemu narzędziowego w celu ulepszenia narzędzia może sprawić, że narzędzie zwiększy ilość posuwu na ząb, obróbka jest nie jest łatwo złamać, efekt jest znacznie lepszy niż obcinacz kulowy z prostym chwytem.
Procesowe środki zaradcze mające na celu poprawę trwałości narzędzi i wydajności obróbki:
Podczas skrawania stopu tytanu temperatura skrawania w pobliżu krawędzi skrawającej jest wysoka, głównie ze względu na efekt cieplny wysokiej temperatury, który zwiększa zużycie narzędzia. W przypadku narzędzi z węglika spiekanego zużycie to głównie zużycie adhezyjne spowodowane temperaturą wiązania. W przypadku, gdy średnica narzędzia na to pozwala, można spróbować zastosować funkcję wewnętrznego chłodzenia narzędzia, przy tym kącie natryskiwania chłodziwa narzędzia skoncentrowanego na czubku obszaru, można skutecznie obniżyć temperaturę obszaru skrawania, przedłużyć żywotność narzędzia , poprawić trwałość narzędzia. Zwykle średnica narzędzia z chłodzeniem wewnętrznym jest większa, w przypadku małych promieni krzywizny powierzchni lub obszaru można zapobiegawczo zastosować narzędzie o dużej średnicy z chłodzeniem wewnętrznym do obróbki zgrubnej, aby poprawić wydajność obróbki. Frezowanie to nieciągły proces skrawania, narzędzia obróbcze wytrzymują okresowe obciążenia udarowe występujące podczas frezowania, sztywność układu wyposażenia procesowego jest słaba, siła skrawania, siła mocowania, wibracje skrawania i inne czynniki, zwiększone zużycie narzędzia, trwałość znacznie zmniejszona . Ten sam test cięcia, w zależności od stopnia zużycia narzędzia i czasu obróbki, należy określić, ale zwykle pozostawia pewien margines. Obróbka konwencjonalna, operatorzy obrabiarek mogą opierać się na zmianach wibracji maszyny, nagłym wzroście hałasu skrawania, tabeli wyświetlania mocy wrzeciona w celu określenia stanu zużycia narzędzia. Jeśli zastosowanie technologii automatycznego monitorowania pęknięć narzędzi w obróbce skrawaniem umożliwi dynamiczną i dokładną analizę i monitorowanie w dowolnym momencie stanu zużycia narzędzia, żywotność narzędzia można bezpiecznie i umiarkowanie wydłużyć.
Pozyskiwanie efektywnych parametrów skrawania stopu tytanu:
Przedsiębiorstwa spełniły zapotrzebowanie na optymalizację i weryfikację trajektorii narzędzi w obecnym wytwarzaniu wyrobów, ale nie rozwiązały jeszcze w pełni problemu pozyskiwania metod optymalizacji parametrów skrawania. W ostatnich latach przedsiębiorstwa aktywnie badają wysokowydajne technologie cięcia stopów tytanu. Podaje się, że prędkość skrawania dużych zintegrowanych tarcz liściowych ze stopu tytanu w krajach zachodnich może osiągnąć 300 mm/min lub więcej. Przedsiębiorstwa produkujące silniki lotnicze posiadają zaawansowane importowane obrabiarki, a przedsiębiorstwa zagraniczne są porównywalne, wycinając znaczną część używanych narzędzi również z importu, można powiedzieć, że ze sprzętu ma tę samą siłę, ale różnica między wydajnością przetwarzania i zagraniczne kraje nie są małe, szczególnie stopy tytanu i inne trudne w obróbce materiały, należy pilnie poprawić wydajność obróbki, przeanalizowano istnienie niektórych z następujących powodów:
(1) ukierunkowany podstawowy test skrawania jest niewystarczający, trudno jest uzyskać wyższe parametry prędkości skrawania, aby ułatwić podejmowanie decyzji w procesie.
(2) Przedsiębiorstwa mają ograniczony dostęp do kanałów parametrów skrawania, zwykle z danych zalecanych w instrukcji dostawcy narzędzi. Chociaż ten parametr pochodzi od zagranicznego dostawcy, bardziej systematyczne dane z testów cięcia, ale warunki testowe i środowisko oraz przedsiębiorstwo przetwarzające części o różnych warunkach pracy, trudno jest całkowicie skopiować dane ręczne.
(3) Testowanie parametrów cięcia o wysokiej wydajności i pozyskiwanie dłuższego okresu. Ze względu na to, że obrabiarka korporacyjna jest głównym elementem masowej produkcji produktu, trudno jest oszczędzić specjalny sprzęt do przeprowadzenia specjalnych testów, test optymalizacji parametrów skrawania jest często zsynchronizowany z przetwarzaniem rzeczywistych części, istnieje większe ryzyko. Szczególnie w procesie wykańczania, po cięciu na powierzchni detalu nie ma marginesu, który należy uwzględnić w przypadku niewłaściwego użycia parametrów cięcia, skutkującego połamaniem noży, odpryskami lub innymi bardzo łatwo powodującymi problemy z jakością powierzchni. Dlatego wybór wydajnych danych testowych parametrów skrawania należy stopniowo zwiększać etapami, ostrożnie i rozważnie, nie jest możliwa szybka poprawa w stosunkowo krótkim czasie. Często potrzeba wielu partii, weryfikacji przetwarzania wielu części, a nawet trwają one kilka lat, od maszyny weryfikacyjnej do prototypu, a nawet produkt do etapu finalizacji jest wciąż w procesie poprawy wydajności przetwarzania w ramach usprawnienia Lean.
(4) Promocja inżynieryjna i wykorzystanie wyników badań instytutów badawczych nie są wystarczające. W rzeczywistości instytuty badawcze przywiązują dużą wagę do wydajnej obróbki materiałów trudnych w obróbce, przeprowadziły dużą liczbę testów i osiągnęły pewne osiągnięcia. Jednakże test skrawania nie jest w całości oparty na rzeczywistym środowisku obróbki części silnika, w tym na wybranych charakterystykach procesu badanych części, takich jak: rzeczywisty rozmiar części, kształt konstrukcyjny, sztywność części, sposób mocowania, wydłużenie narzędzia, itp. Jest to zatem test powszechny, ale nie powszechny. Dlatego jest to raczej powszechny test niż typowy test cech, więc parametry skrawania mają ograniczenia w praktycznych zastosowaniach. Ze strony biznesowej istnieje pilna potrzeba uzyskania wsparcia technicznego instytutów badawczych, wspólnej współpracy w celu przyspieszenia tempa innowacji technologicznych i zwiększenia potencjału produkcyjnego przedsiębiorstw. Większość zagranicznych parametrów wydajnego (szybkiego) cięcia z laboratorium cięcia utworzonego w przedsiębiorstwie, zgodnie z wynikami testów mających na celu wytyczne dla zakładu produkcyjnego, zwykle możliwości badań naukowych dużych laboratoriów cięcia w przedsiębiorstwach i uniwersytetów nie różnią się od siebie. Ten system badawczy ma silny cel, szybkie wyniki, łatwe do promowania zalety kompleksowego.
Wraz z szybkim rozwojem cyfrowej technologii produkcji, symulacja metodą elementów skończonych procesu cięcia metalu jako nowa technologia procesu produkcyjnego jest stopniowo włączana do dziedziny obróbki skrawaniem, ma promować przyszłość wydajnego procesu cięcia i jest jednym ze sposobów szybkiego rozwój. Symulacja cięcia może nie tylko przewidzieć siłę skrawania i przeanalizować rozkład zmiennych stanu, takich jak odkształcenie, prędkość odkształcania, naprężenie i temperatura podczas procesu skrawania, ale także przewidzieć zużycie narzędzia, naprężenie szczątkowe przedmiotu obrabianego i dalszą optymalizację parametrów skrawania. Wprowadzenie metody elementów skończonych wzbogaciło możliwości badawcze mechanizmów skrawających ze stopów tytanu. Naukowcy zbadali przewidywanie symulacyjne zużycia narzędzi podczas obróbki stopów tytanu i opracowali model symulacyjny po kompleksowym uwzględnieniu wielu czynników zużycia narzędzi, co pozwala w pewnym stopniu zrealizować symulacyjne przewidywanie zużycia narzędzia. Wraz z ciągłym rozwojem teorii obliczeń numerycznych i narzędzi programowych, symulacja i przewidywanie procesu skrawania z pewnością odegrają ważną rolę w badaniach teorii i technologii obróbki skrawaniem.
