Tehokas{0}}titaaniseoksesta valmistettujen integroitujen siipipyörien työstöprosessi

Yleiskatsaus: Titaaniseoksesta integroidun juoksupyörän koneistus

Integroidut tai yksiosaiset siipipyörät ovat teollisuuden vaativimpia komponentteja. Niitä käytetään laajalti lento- ja avaruuskoneistoissa, moderneissa turbokoneissa, teollisuuskompressoreissa ja rakettimoottorien turbopumpuissa, joissa napa ja koko teräsarja leikataan yhdestä aihiosta sen sijaan, että ne koottaisiin erillisistä osista. Yksiosainen rakenne poistaa liitokset ja kiinnikkeet, parantaa aerodynaamista tehokkuutta ja lisää rakenteellista luotettavuutta, mutta se siirtää myös koko teräväylän geometrisen monimutkaisuuden koneistusprosessiin. Kun työkappaleen materiaali vaihdetaan alumiinista tai teräksestä titaaniseokseksi, kuten Ti-6Al-4V (TC4), sekä leikkauskäyttäytymistä että työstöratastrategiaa on harkittava uudelleen.

Materiaali- ja rakennehaasteet juoksupyörän koneistuksessa

Titaaniseoksissa alhainen lämmönjohtavuus yhdistyy korkeaan kemialliseen reaktiivisuuteen ja suhteellisen alhaiseen kimmokerrokseen. Leikkausvyöhykkeellä syntyvä lämpö keskittyy siten pienelle alueelle leikkaussärmän lähelle sen sijaan, että lastu kuljettaisi sitä pois, mikä nopeuttaa reunan kulumista. Matala moduuli mahdollistaa sekä työkappaleen että työkalun taipumisen, mikä aiheuttaa tärinää, jousi-takaisin ja mittavirheitä. Korkeammassa lämpötilassa materiaalilla on taipumus hitsautua leikkuureunaan, mikä aiheuttaa-reunan muodostumista, repeytyneitä pintoja ja vaikeissa tapauksissa äkillistä lohkeilua. Vakaiden leikkausolosuhteiden käyttöikkuna on kapea.

Huono työstettävyys ja nopea työkalun kuluminen, kun leikkausnopeutta nostetaan.

Alhaisen kimmomoduulin aiheuttama elastinen taipuma ja tärinä.

Koneistetun pinnan työkarkaisu, mikä lisää seuraaviin ajoihin tarvittavaa voimaa.

Korkea kemiallinen affiniteetti työkalumateriaaleihin korkeassa leikkauslämpötilassa.

Ohuet terät ja vapaa{0}}muotopinnat

Materiaalin lisäksi geometria itsessään aiheuttaa vaikeuksia. Terän pinnat ovat vapaamuotoisia, ja niiden kaarevuus muuttuu jatkuvasti, joten leikkausvoiman suuruus ja suunta vaihtelevat jokaisen ajon aikana. tämä on suora tärinän ja pinnan laadun vaihtelun lähde. Pitkien, ohuiden terien jäykkyys on alhainen, ja viimeistelyleikkaus voi työntää ne pois työkalusta elastisen muodonmuutoksen vuoksi, joten koneistuksen jälkeen mitatut mitat eivät välttämättä vastaa ohjelmoituja arvoja. Lisäksi teräväyliin pääsemiseen tarvittavat tehokkaat-neljän- ja viiden-akselin työstökeskukset ovat pääoma-intensiivisiä, ja pitkät sykliajat nostavat kappalekohtaisia ​​kustannuksia.

Työkalun valinta ja työstöradan suunnittelu

Terien välisten kanavien rouhinta suoritetaan tavallisesti titaania varten kehitetyllä nopealla-syöttöjyrsimellä. Leikkuri, jossa on pieni johtokulma ja pieni -vastus S--muotoisilla teräsillä, ohjaa leikkausvoimaa pääasiassa aksiaalisuunnassa, mikä vähentää ohuen teräseinämän säteittäistä taipumista, kun taas avoin, kevennetty leikkurunko antaa lastulle vapaan tien ulos kanavasta. Yhdistelmä nostaa metallin{5}}poistonopeutta rouhinnan aikana ja rajoittaa työkalun kustannuksia kappaletta kohti.

Työstörata suunnitellaan kahdessa vaiheessa. Karkeassa uritusvaiheessa leikkuri toimii kanavan yläosasta alaspäin, kerros kerrokselta, virtauskanavan suunnassa; kunkin kerroksen koneistettua aluetta ohjataan terien välissä siten, että terän kyljelle jää kontrolloitu määrä materiaalia ja terän jäykkyys säilyy. Viimeistelyvaiheessa käytetään pistejyrsintää: terän viimeistelyvara määräytyy odotettavissa olevan taipuman ja valitun työkalugeometrian perusteella ja työkaluparametrit valitaan siten, että leikkausvoima pidetään alhaisena, jotta vakaus ja mittatarkkuus säilyvät.

Jyrsintäparametrien optimointi ortogonaalisilla kokeilla

Leikkausparametrit määritetään kokeellisesti eikä yrityksen ja erehdyksen avulla. Ortogonaalista koesuunnitelmaa käytetään titaaniseoksen moniakselijyrsinnän tutkimiseen ja jyrsintänopeuden, hammasta kohden syötteen, jyrsintäleveyden, jyrsintäsyvyyden ja työkalun kaltevuuskulman vaikutuksen erottamiseen jyrsintävoimaan ja pinnan karheuteen. Jyrsintävoiman ja pinnan karheuden regressioennustusmallit asennetaan sitten karbidipallo-nokkaleikkuriin, jota käytetään emulsion jäähdytysnesteen kanssa, ja mallit validoidaan mitattuihin arvoihin nähden ennen kuin niitä käytetään parametriikkunan määrittämiseen. Ennen ensimmäistä leikkausta työkalun -akselivektorit ja työstörata lasketaan, simuloidaan ja visualisoidaan CAM-ohjelmistossa, jotta häiriöt, yli{6}}liike ja äkilliset leikkausvoiman muutokset voidaan tunnistaa ja liikerata korjata. Optimoitu liikerata varmistetaan lopulta sekä simulaatiossa että varsinaisessa koneistuskokeessa.

Rouhinnan ja viimeistelyn monitavoite optimointi

Rouhinnalla ja viimeistelyllä on eri tavoitteet, joten ne optimoidaan erikseen. Rouhintaa varten rakennetaan moniobjektiivinen matemaattinen malli, jossa työkalun kulutus ja maksimaalinen jyrsintätehokkuus ovat tavoitefunktioita, ja ei--hallittujen ratkaisujen Pareto-raja on ratkaistu niin, että korjaamo voi valita työkalubudjettiaan ja koneen saatavuutta vastaavan kompromissin. Viimeistelyssä tavoitefunktioina käytetään pinnan laatua ja jyrsintätehokkuutta, jotta viimeistelyparametrit tuottavat vaaditun karheuden ilman tarpeettoman pitkää kiertoa. Tuloksena on täydellinen prosessireitti työkalun valinnasta ja polun suunnittelusta jyrsintäparametrien optimointiin moni-objektiiviseen optimointiin, mikä parantaa tehokkuutta ja laatua sekä alentaa titaaniseoksesta valmistettujen integroitujen juoksupyörien valmistuskustannuksia. Sama reitti voidaan siirtää muihin ohutseinäisiin-vapaamuotoisiin-osiin, jotka on valmistettu vaikeasti-koneistettavista-seoksista.

UKK: Titaanisiipipyörien tehokas{0}}koneistus

K: Miksi titaaniseosta on vaikeampi työstää kuin alumiinia tai terästä?
Koska sen alhainen lämmönjohtavuus pitää leikkauslämpöä reunassa, sen alhainen kimmokerroin mahdollistaa taipumisen ja tärinän, ja sen kemiallinen reaktiivisuus edistää lastun hitsaamista työkaluun. Vakaa leikkausikkuna on siksi kapea.

K: Mitä nopea{0}}syöttöleikkuri vaikuttaa rouhintaan?
Pieni johtokulma, jossa on pieni-vastus S--muotoisilla teräsillä, ohjaa leikkausvoimaa aksiaalisesti, mikä vähentää ohuen teräseinän taipumista, ja kevennetty runko mahdollistaa lastun poistumisen kanavasta nopeasti, joten metallin-poistonopeus kasvaa.

K: Mitä on pistejyrsintä juoksupyörän viimeistelyssä?
Pistejyrsintä on viimeistelystrategia, jossa kuula{0}}nokkaleikkuri poistaa jäljellä olevan varauksen piste pisteeltä terän pintaa pitkin hallitulla, pienellä varauksella, jotta leikkausvoima pysyy alhaisena ja vapaamuotoinen-pinta toistuu tarkasti.

K: Mitä parametreja tutkitaan ortogonaalisessa jyrsintäkokeessa?
Jyrsintänopeus, syöttö hammasta kohti, jyrsintäleveys, jyrsintäsyvyys ja työkalun kaltevuuskulma, arvioituna jyrsintävoiman ja pinnan karheuden mukaan.

K: Miksi rouhinta ja viimeistely optimoidaan erikseen?
Koska niiden tavoitteet ovat erilaisia. Rouhinta pyrkii minimiin työkalun kulutuksen ja maksimaalisen tehokkuuden, kun taas viimeistelyssä tavoitteena on paras pinnan laatu ja suurin käytännön tehokkuus; molempien yhdistäminen yhdeksi malliksi piilottaisi kaupan-pois.

K: Miten työstöradan laatu varmistetaan ennen tuotantoa?
Työkalu-akselivektorit ja liikerata simuloidaan ja visualisoidaan CAM-ohjelmistossa häiriöiden, yli-liike- ja voimahuippujen havaitsemiseksi, ja korjattu liikerata varmistetaan koneistuskokeella ennen sarjatuotantoa.