A través del análisis de la carcasa de sellado de la aleación 4J29 Kovar y los materiales de acero inoxidable 022Cr17Ni12Mo2, se propone un método de uso de tecnología de fresado y escariado de alta velocidad para procesar materiales difíciles de mecanizar, que no solo mejora la precisión del mecanizado y la eficiencia del mecanizado de la forma y el orificio interior de las piezas, pero también ahorra energía. costes de herramientas de corte.
1 preámbulo
Para mejorar el rendimiento y la vida útil de las naves espaciales en varios entornos del espacio profundo, las piezas aeroespaciales eligen principalmente materiales con buena resistencia al calor, como aleaciones de titanio y aleaciones de alta temperatura. Dichos materiales de aleación tienen un rendimiento de procesamiento pobre y son difíciles de procesar. La selección de herramientas de corte Altos requisitos y altos costos de procesamiento. De acuerdo con las características de estos materiales difíciles de mecanizar, realizar investigaciones sobre la tecnología de procesamiento de materiales difíciles de mecanizar y prolongar la vida útil de la herramienta ayudará a mejorar la precisión de las piezas de soporte de la nave espacial y mejorar la eficiencia del procesamiento. Al mismo tiempo, puede ampliar el potencial de mercado de la empresa y generar mayores beneficios económicos. .
2 Resumen del problema
La carcasa de sellado de serie rectangular es una parte del producto desarrollada recientemente por la empresa en los últimos años, como se muestra en la Figura 1, el material es principalmente aleación 4J29 Kovar y acero inoxidable. Dado que la estructura de diseño del producto requiere el uso de tecnología de sellado de vidrio, se plantean mayores requisitos para la rugosidad de la superficie y el orificio interior de este tipo de piezas de carcasa selladas, lo que resulta en una mayor dificultad de procesamiento, una vida útil reducida de la herramienta, un mayor costo de la herramienta, y reducción de la eficiencia del procesamiento. La tasa de aprobación es baja.
3 Análisis de problemas
Tomando la aleación 4J29 Kovar y el acero inoxidable 022Cr17Ni12Mo2 como ejemplo para analizar un determinado tipo de carcasa de sellado, la estructura de las piezas de la carcasa de sellado es similar y es necesario procesar la fila de orificios en la cavidad interna. La fila de orificios se usa para los pines de sellado de vidrio y el sellado de vidrio La tecnología de conexión requiere que el valor de rugosidad de la superficie interna del orificio de la fila sea Ra=0.8μm. En el proceso de sellado de vidrio, los productos no calificados se producen muchas veces y el rendimiento es bajo. De acuerdo con el análisis del diseño y los artesanos, la rugosidad de la superficie interna del orificio de la fila de la carcasa de sellado tiene un impacto importante en el rendimiento del sellado del vidrio. Las rebabas en la fila de orificios y el procesamiento de forma y ranura de la cavidad interna no son fáciles de eliminar, lo que también afecta el efecto de sellado de las piezas.
3.1 Análisis de las causas que afectan a la calidad de la pared interior del hueco de la pieza
La tecnología original de procesamiento de filas de orificios utilizada en la línea de producción es taladrado → escariado. Dado que el material de aleación 4J29 Kovar tiene buena plasticidad, es fácil adherirse a la cuchilla durante el procesamiento; Debido a la dureza a alta temperatura del acero inoxidable (022Cr17Ni12Mo2) y la mala disipación del calor, es diferente de otros materiales metálicos. Fuerte afinidad [1], por lo que la broca se desgasta rápidamente, principalmente en los siguientes aspectos.
El borde de corte principal de la broca se desgasta demasiado rápido e incluso se producen astillas. Al taladrar materiales difíciles de mecanizar, la temperatura es alta, la deformación por corte y el enfriamiento son graves, y la herramienta es fácil de adherir para producir un borde acumulado, lo que da como resultado una rugosidad superficial inconsistente de diferentes orificios internos de la misma pieza, y el estado de desgaste de la broca no se puede detectar ni controlar durante el procesamiento. Intente mejorar la calidad de la superficie y la eficiencia de procesamiento del orificio interior utilizando brocas de carburo cementado de tungsteno-cobalto (YG, YT y YW), que son más adecuadas para procesar materiales difíciles de mecanizar. De acuerdo con el principio de desgaste de la herramienta [2], se encuentra que la herramienta YG todavía está dominada por el desgaste adhesivo durante el corte a baja velocidad, pero la herramienta YT está acompañada por una cierta cantidad de desgaste por oxidación y desgaste por difusión al mismo tiempo. como el desgaste de enlace; la herramienta YW tiene tres tipos de desgaste. El mecanismo de desgaste ocupa la misma posición, por lo que se pueden preferir las brocas de carburo YG para el corte a baja velocidad, y las brocas de carburo YW o YG se pueden usar para el corte a alta velocidad. De acuerdo con este principio de desgaste, la calidad de la superficie del orificio interior mejora después de seleccionar la broca adecuada para procesar la fila de orificios. Sin embargo, debido al alto precio de la broca de carburo de tungsteno-cobalto de diámetro pequeño, el costo de la herramienta aumenta y la eficiencia de la producción y el procesamiento en masa no es alta.
3.2 Análisis de las razones que afectan la forma de la pieza y la calidad superficial de la cavidad interior
Al procesar material de aleación Kovar 4J29 y material de acero inoxidable (022Cr17Ni12Mo2), se utiliza la herramienta de carburo cementado con tamaño de grano normal para el procesamiento. El borde inferior y el borde lateral de la fresa se desgastan rápidamente y la vida útil de la herramienta es corta, por lo que la velocidad de corte solo puede ser inferior a 50 m. Si se selecciona el rango de min, la eficiencia de procesamiento es baja. En comparación con el procesamiento de aleaciones a base de aluminio, la vida útil de las fresas es solo 1/5 de la del procesamiento de aleaciones a base de aluminio; en comparación con el procesamiento de acero inoxidable 314, la vida útil de las fresas es solo 1/3 de la del procesamiento de acero inoxidable 314.
En el proceso de corte de materiales tan difíciles de mecanizar, es fácil generar una gran cantidad de calor de corte en el área de corte, lo que daña gravemente la precisión dimensional y el rendimiento de las piezas procesadas. La disipación del calor de corte solo se puede realizar mediante fluido de corte y herramientas de refrigeración interna. Para la envolvente sellada de este tipo de estructuras, debido al pequeño tamaño del orificio interior y de la cavidad interior, se utilizan mayoritariamente herramientas de pequeño diámetro o herramientas perfiladas. Una gran cantidad de calor de corte es difícil de disipar rápidamente y la herramienta se desgasta demasiado rápido, lo que resulta en un aumento de la rugosidad de la superficie de la pieza. Si es demasiado alto y no cumple con los requisitos técnicos, se considerará no calificado. Si el espacio entre agujeros es pequeño, el achaflanado del orificio destruirá el tamaño de la abertura adyacente; si el achaflanado es demasiado pequeño, la rebaba aún tendrá rebordes, lo que afectará la calidad del sellado.
4 resolución de problemas
4.1 Mejora de la calidad de la pared interior del agujero
En vista de la irregularidad de la superficie del orificio interior de la carcasa sellada, es necesario mejorar el método de procesamiento y seleccionar una herramienta adecuada. A través del proceso de corte de prueba, la tecnología de procesamiento de filas de orificios se cambia primero a taladrado → escariado → fresado fino del orificio interno, la calidad de la superficie del orificio interno obviamente mejora, pero la cantidad de orificios es grande y la herramienta aún es desgastado cuando el cortador de fresado de diámetro pequeño se usa para fresado fino del orificio interno rápido, y se genera el fenómeno de enredo de virutas y espacio libre de la herramienta, la eficiencia del procesamiento aún no es alta y el costo de la herramienta aumenta. En segundo lugar, se cambia a taladrado → escariado → mandrinado fino. La rugosidad de la superficie del orificio interno cumple con los requisitos y se mejora la eficiencia de procesamiento del orificio único, pero la herramienta de perforación general de diámetro pequeño debe personalizarse, el costo de la herramienta es alto, la vida útil de la herramienta de perforación es corta y no puede cumplir varias filas de agujeros. aburrido.
En referencia a la tecnología de escariado de agujeros de diámetro fijo, la apertura del proceso de escariado es generalmente de 3 a 100 mm. Debido al borde de corte largo del escariador, cada borde de corte participa en el corte al mismo tiempo durante el escariado, por lo que la eficiencia de producción es alta y se usa ampliamente en el acabado de orificios. La tecnología de procesamiento final se determina como perforación → escariado → escariado. Debido a que la tecnología de procesamiento de escariado de agujeros de pequeño diámetro (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
A través del cálculo y el corte de prueba, seleccione parámetros de corte razonables. El principio es el siguiente.
Verifique la información de la herramienta de escariado y los parámetros de escariado recopilados, y procese materiales difíciles de mecanizar, como el acero inoxidable. La velocidad del escariador no debe ser demasiado alta [3] y seleccione el valor de referencia: velocidad de corte vc=(6 ~ 12) m/min, velocidad de avance f=(0. 05 ~ 0,1) mm/r. El diámetro de la cavidad interna de la carcasa sellada rectangular es (1,7~1,8) mm, por lo que se selecciona el escariador de φ1,8 mm para calcular la velocidad del husillo n y la velocidad de avance vf durante el procesamiento, donde vc=7m/min , f=0.06mm /r.
Debido a que la velocidad de corte vc=πDn/1000 (D es el diámetro de la herramienta, n es la velocidad del husillo), entonces la velocidad del husillo n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×1.8 )≈1238 (r/min).
A partir de esto, se puede calcular la velocidad de avance vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min).
Según los resultados del cálculo, los parámetros reales de mecanizado y corte se seleccionan como n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm /min, y se adopta el proceso de taladrado → escariado → escariado. Debido al sellado de la carcasa, el espacio entre orificios es compacto y el diámetro del orificio es pequeño, por lo que el margen antes del escariado se controla a 0,05 mm. El efecto de procesamiento real final se muestra en la Figura 3. Cuando el escariador de φ1,83 mm tiene más de 1000 orificios escariados, la rugosidad de la superficie Ra del orificio interno aún puede alcanzar los 0,8 μm, lo que cumple con los requisitos del proceso y mejora la eficiencia del procesamiento.
4.2 Mejora de la calidad del procesamiento de superficies y la vida útil de la herramienta
Con el fin de mejorar la eficiencia de procesamiento y la vida útil de la herramienta de materiales con dureza a alta temperatura y poca disipación de calor, como aleaciones de alta temperatura, aleaciones de titanio y aceros inoxidables, las herramientas de carburo cementado importadas se utilizan a menudo para el mecanizado de desbaste y acabado, y el el costo del uso de la herramienta es muy alto. El análisis comparativo de la diferencia de desgaste de diferentes materiales de herramientas al cortar aleaciones de titanio a alta velocidad, incluido el carburo cementado sin recubrimiento, el carburo cementado recubierto con TiAlN PVD y PCBN, etc., encontró que los materiales de la herramienta PCBN tienen una velocidad de corte alta y una velocidad de avance baja. y bajo Cuando se cortan aleaciones de titanio con corte posterior, se puede obtener una fuerza de corte relativamente estable y un valor de rugosidad superficial más bajo [4]. Al aplicar el principio de fresado de alta velocidad y usar herramientas PCBN domésticas, corte más alto El método de procesamiento de alta velocidad y avance pequeño aumenta la vida útil de la herramienta.
A través de varias pruebas de corte y verificación, el análisis muestra que cuando se cortan materiales difíciles de mecanizar a alta velocidad, la interacción entre el avance por diente fz y el acoplamiento posterior ap tiene un efecto significativo en la rugosidad de la superficie dentro de una probabilidad de confianza relativamente alta. Influencia. Este fenómeno muestra que el efecto del avance por diente o la profundidad de fresado sobre la rugosidad de la superficie está estrechamente relacionado con la selección de la profundidad de fresado y el avance por diente. Por el contrario, en condiciones de corte de velocidad media y baja, la interacción entre los diversos parámetros de corte no es obvia o no hay interacción. Esto significa que, bajo una condición de corte específica, el simple examen del efecto de factor único del avance por diente o la cantidad de corte posterior en la rugosidad de la superficie no puede predecir con precisión el valor de la rugosidad de la superficie procesada. Por lo tanto, para obtener la rugosidad de la superficie ideal, al determinar la velocidad de avance por diente, debe seleccionarse junto con la cantidad de acoplamiento posterior y viceversa.
El cortador de fresado de carburo sólido doméstico 4-cuchilla se selecciona para el mecanizado de desbaste de alta velocidad de la forma y la cavidad interna. Debido a la pequeña ap de acoplamiento posterior y al pequeño espesor de corte ae, puede proteger eficazmente el borde inferior y el borde lateral de la herramienta. El calor de corte generado conduce rápidamente, reduce la probabilidad de acumulación de filo en la punta de la herramienta y, en consecuencia, aumenta la velocidad de fresado vc y la velocidad de avance por diente fz, lo que no solo garantiza la calidad del procesamiento, sino que también mejora la eficiencia del procesamiento. Para calcular el tiempo de desgaste de mecanizado de la fresa de desbaste, solo es necesario cortar la parte desgastada utilizada efectivamente, y la parte restante de la fresa aún puede satisfacer las necesidades de desbaste nuevamente después del afilado, lo que mejora en gran medida la tasa de utilización de el cortador y reduce el costo del cortador.
Para las rebabas generadas por materiales difíciles de mecanizar, la extracción manual es difícil de cumplir con los requisitos técnicos existentes, por lo que se utiliza el mecanizado CNC y se seleccionan materiales de acero de alta velocidad recubiertos con TiC para el procesamiento de fresas achaflanadas. Después de que el fresado en desbaste mejora la calidad, las partes de la carcasa están bien. Las rebabas generadas durante el fresado son relativamente pequeñas, y la fresa de chaflán solo necesita procesar de acuerdo con la pista de contorno de la pieza para garantizar una transición suave de los bordes afilados. Para el rebordeado y las rebabas de los orificios de la cubierta de sellado, se utiliza el método de procesamiento de fresado y biselado de los orificios con una fresa de biselado → escariado fino con un escariador para garantizar que los orificios estén libres de rebabas y unidos. Los parámetros de corte de la herramienta antes y después de la mejora se muestran en la Tabla 1, y el efecto de procesamiento de la carcasa se muestra en la Figura 4 y la Figura 5.
Tabla 1 Parámetros de corte de herramientas antes y después de la mejora
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Figura 4 Efecto de procesamiento de la carcasa de aleación 4J29 Kovar
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Figura 5 Efecto de procesamiento de la carcasa de material de acero inoxidable (022Cr17Ni12Mo2)
5 Popularización y aplicación de la tecnología de escariado para materiales difíciles de mecanizar
Cierto tipo de piezas de varillas de empuje (consulte la Figura 6) están hechas de acero inoxidable 00Cr17Ni14Mo2, que es un material difícil de mecanizar. Se procesa el orificio pasante de φ5 mm en el círculo exterior, la profundidad es de 15 mm y se requiere el valor de rugosidad de la superficie Ra=1.6 μm. El proceso original es: Perforación más adecuada → Pulido de la pared del orificio. Dado que el material es acero inoxidable, el proceso de instalación utiliza un taladro para perforar orificios, la broca se desgasta rápidamente, la posición del orificio está fuera de tolerancia y la eficiencia del pulido del orificio interno es baja. Por tanto, el proceso mejorado es: Taladrado en torno → Mandrinado. Dado que el proceso de torneado requiere el uso de herramientas especiales para sujetar las piezas de la varilla de empuje y el tamaño de las herramientas especiales es demasiado grande, no es fácil de instalar. Por lo tanto, aunque el procesamiento actual ha garantizado el valor de rugosidad de la superficie Ra=1.6μm, la eficiencia del procesamiento no ha mejorado. 00El acero inoxidable Cr17Ni14Mo2 provocó que la herramienta de perforación se desgaste rápidamente y el costo de la herramienta sea alto.
Imagen Figura 6 Diagrama bidimensional de la varilla de empuje
Utilizando la experiencia adquirida en el escariado de agujeros de pequeño diámetro, la tecnología de procesamiento de taladrado → escariado → escariado en el centro de mecanizado se utiliza para resolver los problemas de baja eficiencia de procesamiento de agujeros pasantes de φ 5 mm y dificultad para garantizar el valor de rugosidad de la superficie Ra{{ 2}}.6μm. El proceso de implementación es el siguiente.
Seleccione el valor de referencia: velocidad de corte vc{{0}}(6~12) m/min, avance f=(0.15~0.2) mm/r. Elija el escariador de φ5 mm para calcular la velocidad de la herramienta y la velocidad de avance durante el procesamiento, tome vc=7m/min, f=0.18mm/r.
Debido a que la velocidad de corte vc=πDn/1000 (D es el diámetro de la herramienta, n es la velocidad del husillo), entonces la velocidad del husillo n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×5 )≈445 (r/min), cantidad de alimentación vf=fn=0.18×445≈80 (mm/min).
Según los resultados del cálculo, los parámetros reales de mecanizado y corte se seleccionan como: velocidad del husillo n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) mm/min, la tolerancia antes del escariado se controla a 0,1 mm y el mecanizado real final El objeto final se muestra en la Figura 7. Cuando el escariador de φ5,02 mm (consulte la Figura 8) tiene más de 500 orificios escariados, la superficie la rugosidad Ra del orificio interior aún puede alcanzar los 1,6 μm, lo que cumple con los requisitos del proceso y mejora la eficiencia del procesamiento. La herramienta de posicionamiento fabricada (ver Figura 9) tiene una estructura simple y es fácil de sujetar.
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Figura 7 El objeto real de la varilla de empuje después del procesamiento
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Figura 8 Escariador de φ5,02 mm
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Figura 9 Efecto del utillaje de posicionamiento para el procesamiento de varillas de empuje
6 El efecto logrado
A través de esta investigación, hemos acumulado experiencia técnica en el procesamiento de materiales difíciles de mecanizar. La investigación y el desarrollo posteriores de piezas hechas de materiales difíciles de mecanizar, como aleaciones de alta temperatura y aleaciones de titanio, también se pueden procesar con referencia a la tecnología de escariado, y se han logrado buenos resultados. Por ejemplo, utilizando un escariador de φ2,12 mm, escariado completo de materiales de superaleación, imágenes de diámetro y orificios profundos con una profundidad de más de 40 mm. La tecnología de procesamiento de escariado no solo ahorra el costo de la herramienta, sino que también mejora la eficiencia del procesamiento. Consulte la Tabla 2-Tabla 4 para comparar el efecto del procesamiento de piezas antes y después de la mejora.
Cuadro 2 Procesamiento de imágenes de orificios rectangulares de la cubierta de sellado antes y después de la mejora
Tabla 3 Procesamiento de orificios de varillas de empuje antes y después de la mejora
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Tabla 4 Costos de herramientas antes y después de la mejora
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De la Tabla 2 a la Tabla 4, se puede concluir que el uso del método de procesamiento mejorado ha mejorado la calidad del procesamiento, la tasa de aprobación de las piezas ha aumentado al 99 por ciento, la eficiencia de producción ha aumentado en un 33 por ciento y el costo de la herramienta ha aumentado. sido muy reducida.
7. Conclusión
Los nuevos materiales emergentes y los materiales difíciles de mecanizar en el campo aeroespacial han planteado mayores requisitos para la tecnología de procesamiento de corte. Solo mediante una investigación profunda sobre las características de corte de los materiales difíciles de mecanizar y dominando más propiedades de los nuevos materiales podemos elegir las herramientas adecuadas para el corte. Se introduce el sistema de monitoreo del estado de corte de la herramienta para monitorear el estado de uso de la herramienta en tiempo real. De acuerdo con la vida útil diferente de los diferentes materiales, la herramienta se puede evaluar y seleccionar a tiempo, lo que puede reducir el costo y aumentar la eficiencia al tiempo que mejora la precisión del mecanizado de las partes de soporte de la nave espacial. Efecto.
