Las aleaciones de titanio son fuertes, pero difíciles de mecanizar, especialmente las piezas de placas-delgadas. Cortarlos fácilmente conduce a deformaciones por tensión e imprecisiones dimensionales, ¡lo que causa dolores de cabeza a muchos! No entre en pánico, una combinación de técnicas puede resolver esto: ajuste las trayectorias de fresado CNC y electroerosión por hilo, optimice los planes de mecanizado y use accesorios de posicionamiento + corte en bucle cerrado-para mejorar la rigidez de la pieza, reducir la deformación en su origen y garantizar una calidad constante del producto.
1. Introducción
Las aleaciones de titanio se utilizan ampliamente en la industria aeroespacial debido a su alta resistencia, resistencia a la corrosión, resistencia al calor y dureza. Sus desventajas incluyen una mala conductividad térmica y una alta dificultad de mecanizado.
La nervadura de aleación de titanio mide 43 mm de largo, 25 mm de ancho y 3,5 mm de espesor. El espesor y las dos cavidades internas se fresan con CNC, mientras que las ocho nervaduras se mecanizan mediante electroerosión por hilo, lo que garantiza un ancho de nervadura de (0,3 ± 0,05) mm y una simetría de 0,05 mm con las cavidades internas. Esto se clasifica como una parte-de costilla fina. Inicialmente se procesaron diez piezas según los documentos del proceso. El personal de inspección descubrió que cuatro piezas tenían problemas con el ancho y la simetría de las nervaduras, por lo que no cumplían con los requisitos de diseño.
2. Análisis de causa raíz
Los documentos del proceso originales requerían un espesor de materia prima de 5 mm. Sin embargo, debido a limitaciones de inventario, sólo estaban disponibles materias primas de 18 mm de espesor. Por lo tanto, se requería que el tamaño de la pieza en bruto fuera de 250 mm × 80 mm con un espesor de 18 mm, como se muestra en la Figura 1. Se agregó un proceso de electroerosión por hilo para dividir el espesor del material en dos (ver Figura 2), lo que dio como resultado que cada pieza tuviera un espesor de 9 mm. Luego se mecanizó hasta un espesor de 3,5 mm mediante fresado CNC. Durante el fresado CNC, el operador utilizó un método de sujeción con mandril por vacío (consulte la Figura 3). Primero se molió con precisión una superficie, eliminando un margen de 3 mm. Luego se volteó la pieza para succionar y la segunda superficie se fresa hasta un espesor de 3,5 mm. Finalmente, se mecanizó la cavidad interna en el medio de la pieza.
Figura 1. En blanco
Figura 2. Espacio en blanco dividido en dos
Figura 3. Sujeción de la ventosa de vacío
En cada pieza de material se disponen diez piezas pequeñas (ver Figura 4). Se perfora un orificio de roscado de alambre- de 3 mm en un extremo de cada fila de piezas y luego las piezas se procesan mediante electroerosión por hilo.
Figura 4. Diseño de piezas
Antes del procesamiento, el operador de electroerosión por hilo comprueba la planitud del material y encuentra deformación por tensión (ver Figura 5), con una deformación máxima de 3,05 mm. Usando una placa de sujeción para cortar, dado que solo hay un orificio para roscar el alambre-, cada pieza pequeña se interconecta después del corte. El material se corta y, por lo tanto, bajo tensión, se produce una deformación del material durante el procesamiento (ver Figura 6), lo que hace que el ancho de la nervadura de la pieza exceda las tolerancias, afectando así la simetría con la cavidad interna.
Figura 5. Deformación del material antes del corte.
Figura 6. Deformación del material después del corte.
3. Tomar medidas efectivas
El análisis reveló que el principal problema era la deformación por tensión del material. Los materiales de aleación de titanio generan calor de corte durante el mecanizado. El material disipa el calor lentamente y cuanto más margen se elimina, mayor es la deformación. Esto sólo se puede solucionar cambiando el método de corte [1]. El esquema de mecanizado original se optimizó tomando las siguientes medidas efectivas.
1) Reemplazar el estrés alto por estrés bajo. En el fresado CNC, cuanto mayor sea el margen de corte, mayor será la tensión y mayor la deformación del material. El proceso de corte de alambre de la materia prima se cambió de dividirla en dos partes a dividirla en tres partes (ver Figura 7), de modo que el espesor de cada pieza de material fuera de aproximadamente 6 mm, lo que redujo en gran medida el margen de mecanizado del fresado CNC y, por lo tanto, redujo la deformación del material.
Figura 7 Espacio en blanco dividido en tres partes
2) Cambiar el método de sujeción del fresado CNC. Al mecanizar el espesor en el fresado CNC, el método de sujeción del mandril de vacío se cambió a un método de sujeción lateral-superior [2] (consulte la Figura 8). Al voltear repetidamente la pieza y fresar ambos lados, la cantidad de corte fue menor o igual a 0,2 mm cada vez, asegurando que el espesor cumpliera con los requisitos del dibujo y reduciendo la deformación del mecanizado del material. Según el cálculo, después del fresado CNC, siempre que la deformación de toda la pieza de material se controle dentro de 0,5 mm, se pueden cumplir los requisitos de planitud de una sola pieza pequeña. El operador procesó las piezas de acuerdo con el método optimizado, inspeccionándolas a medida que se procesaban para garantizar una planitud inferior o igual a 0,2 mm.
Figura 8 Sujeción lateral-superior
3) Haga herramientas especiales para aumentar el número de orificios para enhebrar los cables-. En el proceso de corte de alambre, para evitar la deformación del material durante el procesamiento, el número de orificios para enhebrar el alambre-se aumentó a 10, lo que garantiza que cada parte de la nervadura tenga un orificio para enhebrar el alambre-independiente, que luego se mecaniza en un solo paso mediante fresado CNC para garantizar la consistencia. Se fabricó una herramienta de corte de alambre y la pieza de trabajo se colocó en la placa de la herramienta mediante pasadores de posicionamiento (ver Figura 9). Cada nervadura se procesó de forma independiente, sin cortarse entre sí, lo que aumentó la rigidez del material y redujo la deformación de las piezas [3].
Figura 9 Colocación de la pieza de trabajo en la placa de herramientas mediante pasadores de posicionamiento
4 Verificación de efectos
Se procesaron 20 piezas según el esquema mejorado. Después de realizar pruebas con equipos de prueba profesionales, el ancho y la simetría de las nervaduras cumplieron con los requisitos del dibujo. Finalmente, se procesaron un total de 120 piezas, todas las cuales cumplieron con los requisitos, con una tasa de aprobación del 100 %, lo que indica que el esquema mejorado fue efectivo.. 5 Conclusión
Este artículo presenta una ruta de mecanizado y un método de control de deformación para piezas de placas delgadas de aleación de titanio. Al optimizar el esquema de mecanizado y el método de sujeción, cambiar la ruta de electroerosión por hilo y la estrategia de fresado CNC, y adoptar dispositivos de posicionamiento y corte cerrado para reducir la deformación por tensión de corte, se garantizan eficazmente los requisitos de ancho de nervaduras y simetría de las piezas, acumulando experiencia para el mecanizado de dichas piezas.
