Výzkum technologie přesného obrábění pro 2mm tenkostěnný krycí plech z titanové slitiny Gr5

TheTenkostěnná krycí deska dutin z titanové slitiny Gr5se používá pro těsnění tlakových ložisek, které klade vysoké požadavky na přesnost profilu, rovinnost a stejnoměrnost tloušťky stěny. Obrobek s tloušťkou stěny 2 mm se vyznačuje nízkou strukturální tuhostí.

Současný domácí a mezinárodní výzkum tenkostěnných součástí ze slitin titanu se většinou zaměřuje na simulaci řezání, chvění a predikci zbytkového napětí. Kompletní sada integrovaných procesů přesného obrábění zaměřená na tuto krycí desku dutiny o tloušťce 2 mm má vysokou hodnotu technického výzkumu.

 

 

1. Strukturální charakteristiky součásti

Předmětem výzkumu je krycí deska dutiny z žíhané titanové slitiny Gr5, součást deskového typu se složitou uzavřenou dutinou. Tloušťka boční stěny dutiny je 2 mm. Polotovar je výkovek z titanové slitiny Gr5. Jsou stanoveny přísné požadavky na toleranci profilu, rovinnost, rovnoměrnost tloušťky stěny a drsnost povrchu. Dosedací plocha krycí desky slouží k utěsnění; stopy chvění, škrábance a místní kolaps jsou přísně zakázány.

 

2. Velké obtíže při obrábění

• Zpětné odpružení a průhyb nástroje tenké stěny: 2mm boční stěna má špatnou tuhost. Při řezné síle při frézování se elasticky podvoluje, což má za následek nedostatečnou hloubku řezu. Zpětné odpružení po opracování způsobí netolerovanou tloušťku stěny a rozměry profilu dutiny.
• Řezání klábosení: Nízká strukturální tuhost a nízká vlastní frekvence součásti snadno vyvolávají regenerační chvění, vytvářejí stopy chvění na bočních stěnách, snižují kvalitu povrchu a urychlují opotřebení nástroje.
• Deformace vyvolaná zbytkovým napětím: Při hrubovacím obrábění je odstraněn velký objem materiálu, což vytváří reziduální napětí vyvolané řezáním. Uvolnění pnutí po odstranění přípravku vede k celkovému zdeformování krycí desky a nepřijatelné rovinnosti.
• Nárůst ostří nástroje a opotřebení: Titanová slitina vykazuje vysokou chemickou aktivitu při zvýšených teplotách. Teplo se soustřeďuje na špičce nástroje, což snadno způsobuje nánosy břitu a opotřebení břitu, a tím i špatnou rozměrovou stabilitu.
• Deformace vyvolaná přípravkem: Konvenční pevné upínání přítlačné desky generuje místní tlakové napětí. Tenkostěnný díl podléhá plastické deformaci při upnutí a zpětné odpružení při odepnutí vede k rozměrové odchylce.

 

 

1. Cesta procesu

Výkovek Gr5 nejprve prochází žíháním pro odlehčení pnutí, po kterém následuje předfrézování referenčních povrchů. Dutina je hrubována vrstveným frézováním konstantní výšky s jednostranným přídavkem 0,25-0,3 mm. Pro uvolnění napětí při obrábění se provádí uvolnění a stárnutí. Opětovné upnutí se provádí pro polotovar, přičemž se ponechá jednotný jednostranný přídavek 0,08-0,1 mm. Pro dokončovací obrábění se používá obvodové frézování s odsazením obrysu; Symetrické vrstvené obrábění je aplikováno na boční stěny dutiny, aby byla zaručena tloušťka stěny 2 mm. Následně se provádí odjehlování, čištění ultrazvukem a následná kontrola pomocí souřadnicového měřicího stroje a drsnosměru.

 

2. Nástroje a přípravky

Pro primární polohování se používá vakuové sklíčidlo s okolními dorazovými bloky, které nesou boční řeznou sílu. Odnímatelné podpěry z pryskyřice/nízkého bodu tání jsou umístěny uvnitř dutiny a odstraněny před dokončením obrábění. Vztažné body nástrojů jsou přesně broušené; seřízení úchylkoměru se provádí za účelem kontroly chyby polohování, zlepšení tuhosti obrobku a potlačení chvění a vychýlení nástroje.

 

3. Řezné nástroje

Používají se stopkové frézy z monolitního karbidu s povlakem TiAlN s proměnným stoupáním a nestejnou šroubovicí, které mají úhel čela 10 stupňů -15 stupňů a velký úhel šroubovice pro snížení vibrací a výkon proti usazování hran. Pro hrubovací obrábění se používá nástroj φ6 a pro polodokončování a dokončovací obrábění dokončovací stopková fréza φ4.

 

4. Parametry řezání a chlazení

• Hrubé frézování: Řezná rychlost 45-60 m/min, posuv na zub 0,06-0,10 mm/z, hloubka řezu 0,4-0,6 mm, radiální šířka řezu tvoří 20%-30% průměru nástroje.
• Frézování na polotovar: Řezná rychlost 40-50 m/min, posuv na zub 0,04-0,07 mm/z, hloubka řezu 0,2-0,3 mm.
• Dokončete frézování: Řezná rychlost 30-40 m/min, posuv na zub 0,03-0,05 mm/z, hloubka řezu 0,05-0,1 mm, radiální šířka řezu představuje 5%-10% průměru nástroje, aby se snížila pružná deformace tenkých stěn.
• Chlazení: Vysokotlaké vnitřní chlazení kombinované s rozpustnou řeznou kapalinou se používá k odvodu tepla a mazání ke zmírnění tepelné deformace.

 

 

• Vrstvené symetrické frézování: Střídavé obrábění po vrstvách ve směru Z pro boční stěny dutiny. Materiálová podpora pro tenké stěny je zachována, aby vyrovnala řezné síly a snížila deformaci způsobenou průhybem.
• Postupné uvolňování stresu: Uvolněte svorku pro uvolnění napětí po hrubovacím obrábění; samostatné hrubovací a dokončovací operace. Po polodokončení před dokončením obrábění nechte stát, abyste zabránili deformaci obrobku.
• Jednotná kontrola povolenek: Zajistěte konzistentní přídavek na konečnou úpravu prostřednictvím polodokončování, abyste zabránili odchylce tloušťky stěny.
• Potlačení klepání: Přijměte frézy s proměnným sklonem; snížit řeznou rychlost a radiální šířku řezu při dokončovacím frézování, aby se zabránilo rezonanci; rozmístit pomocné podpěry pro zvýšení tuhosti.
• Kompenzace chyb: Předem otestujte velikost zpětného odpružení tenké stěny a aplikujte kompenzaci menšího profilu v programech CAM pro zlepšení přesnosti tloušťky stěny.

 

 

Výše zmíněný proces se aplikuje na obrábění 2mm tenkostěnné krycí desky dutin z titanové slitiny Gr5. Výsledky ukazují, že tloušťka stěny je stabilně udržována na 2 ± 0,02 mm, tolerance profilu splňuje specifikace, rovinnost menší nebo rovna 0,03 mm, drsnost povrchu vnitřní stěny Ra menší nebo rovna 0,8 μm, bez chvění, škrábanců nebo nahromaděných okrajů. Po uvolnění a 72hodinovém stání je rozměrová odchylka naměřená při opětovné kontrole menší než 0,02 mm, což ukazuje na příznivý výkon kontroly zbytkového napětí.

• Závěry testu: Mírné opotřebení nástroje při dokončovacím obrábění způsobí posun tloušťky stěny. Pro sériovou výrobu musí být formulovány pravidelné špičkové kontroly a specifikace pro výměnu nástrojů. Otřepy na hranách se obvykle objevují po odstranění podpory; pro ochranu těsnicích povrchů by měl být přidán flexibilní postup odstraňování otřepů.

 

Reference

[1] Wang Tonggang, Cheng Lei, Yang Song. CNC obrábění dílů tenkostěnných dutinových krycích desek z titanové slitiny[J]. Trh CNC obráběcích strojů, 2020.

[2] Chen Guang, Wang Jian. Pokrok ve výzkumu řízení obrábění-deformace tenkostěnných dílů z titanové slitiny[J]. Výrobní technologie a obráběcí stroje.

[3] Li Yuan. Výzkum chvění při frézování a obrábění deformace tenkostěnných dílů z titanové slitiny TC4[D]. Univerzita Shenyang Ligong.

[4] Zhang Hao. Výzkum regulace zbytkového napětí pro nízkoteplotní frézování tenkostěnných dílů z titanové slitiny[J]. Výrobní technologie a obráběcí stroje.

 

Ruihang, jako přímý výrobce titanových produktů, dodává suroviny optimální kvality pro vaši výrobu přesných součástí. Pokud máte nějaké požadavky na nákup, neváhejte nás kontaktovat prostřednictvím e-mailu:Sam.Rui@bjrh-titanium.com