تحليل تكنولوجيا التصنيع بناءً على أجزاء المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة

من خلال تحليل غلاف الختم لسبائك 4J29 Kovar و 022Cr17Ni12Mo2 من مواد الفولاذ المقاوم للصدأ ، تم اقتراح طريقة لاستخدام تقنية الطحن والتوسيع عالية السرعة لمعالجة المواد التي يصعب تصنيعها ، والتي لا تعمل فقط على تحسين دقة المعالجة وكفاءة المعالجة للماكينة. الشكل والثقب الداخلي للأجزاء ، ولكنه يوفر أيضًا الطاقة. تكاليف أداة القطع.

1 ديباجة

من أجل تحسين أداء وعمر خدمة المركبات الفضائية في بيئات الفضاء السحيق المختلفة ، تختار أجزاء الفضاء في الغالب مواد ذات مقاومة جيدة للحرارة مثل سبائك التيتانيوم وسبائك درجات الحرارة العالية. هذه السبيكة لديها أداء معالجة ضعيف ويصعب معالجتها. اختيار أدوات القطع متطلبات عالية وتكاليف معالجة عالية. وفقًا لخصائص هذه المواد التي يصعب تصنيعها آليًا ، فإن إجراء البحوث حول تكنولوجيا معالجة المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة وإطالة عمر الأداة سيساعد على تحسين دقة الأجزاء الداعمة للمركبة الفضائية وتحسين كفاءة المعالجة. في الوقت نفسه ، يمكنها توسيع إمكانات الشركة في السوق وتحقيق فوائد اقتصادية أكبر. .

2 نظرة عامة على المشكلة

غلاف الختم من السلسلة المستطيلة عبارة عن جزء من المنتج تم تطويره حديثًا من قبل الشركة في السنوات الأخيرة ، كما هو موضح في الشكل 1 ، المادة عبارة عن سبيكة 4J29 Kovar والفولاذ المقاوم للصدأ. نظرًا لأن هيكل تصميم المنتج يتطلب استخدام تقنية ختم الزجاج ، يتم طرح متطلبات أعلى لخشونة السطح للسطح والفتحة الداخلية لهذا النوع من أجزاء الغلاف المختومة ، مما يؤدي إلى زيادة صعوبة المعالجة ، وتقليل عمر الأداة ، وزيادة تكلفة الأداة ، وتقليل كفاءة المعالجة. معدل النجاح منخفض.

3 تحليل المشكلة

إذا أخذنا سبيكة 4J29 Kovar و 022Cr17Ni12Mo2 من الفولاذ المقاوم للصدأ كمثال لتحليل نوع معين من غلاف السداد ، فإن هيكل أجزاء غلاف السداد متشابه ، ومن الضروري معالجة صف الثقوب في التجويف الداخلي. يتم استخدام صف الثقوب لدبابيس ختم الزجاج ، وختم الزجاج تتطلب تقنية الاتصال أن تكون قيمة خشونة السطح الداخلي لفتحة الصف Ra =0. 8μm. في عملية ختم الزجاج ، يتم إنتاج منتجات غير مؤهلة عدة مرات ، ويكون العائد منخفضًا. وفقًا لتحليل التصميم والحرفيين ، فإن خشونة السطح للسطح الداخلي لفتحة صف غلاف السداد لها تأثير مهم على إنتاجية إحكام الزجاج. ليس من السهل إزالة النتوءات الموجودة في صف الفتحة ومعالجة الشكل والأخدود للتجويف الداخلي ، مما يؤثر أيضًا على تأثير إحكام إغلاق الأجزاء.

3.1 تحليل الأسباب التي تؤثر على جودة الجدار الداخلي لثقب الجزء

تقنية معالجة صف الثقب الأصلية المستخدمة في خط الإنتاج هي الحفر ← التوسيع. نظرًا لأن مادة سبائك 4J29 Kovar تتمتع بمرونة جيدة ، فمن السهل التمسك بالسكين أثناء المعالجة ؛ بسبب صلابة درجة الحرارة العالية للفولاذ المقاوم للصدأ (022Cr17Ni12Mo2) وسوء تبديد الحرارة ، فهي تختلف عن المواد المعدنية الأخرى. تقارب قوي [1] ، لذلك يرتدي لقمة الحفر بسرعة ، خاصة في الجوانب التالية.

تتآكل حافة القطع الرئيسية لقمة الحفر بسرعة كبيرة ، وحتى يحدث التقطيع. عند حفر المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة ، تكون درجة الحرارة مرتفعة ، وتشوه القطع والتبريد خطير ، والأداة سهلة الالتصاق لإنتاج حافة مدمجة ، مما ينتج عنه خشونة سطحية غير متسقة من ثقوب داخلية مختلفة من نفس الجزء ، و لا يمكن الكشف عن حالة تآكل لقمة الحفر والتحكم فيها أثناء المعالجة. حاول تحسين جودة السطح وكفاءة المعالجة للفتحة الداخلية باستخدام مثاقب كربيد التنجستن والكوبالت (YG و YT و YW) ، وهي أكثر ملاءمة لمعالجة المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة. وفقًا لمبدأ تآكل الأداة [2] ، وجد أن أداة YG لا تزال مهيمنة من خلال التآكل اللاصق أثناء القطع بسرعة منخفضة ، ولكن أداة YT مصحوبة بقدر معين من التآكل التأكسدي وتآكل الانتشار في نفس الوقت كما تلبس السندات ؛ تحتوي أداة YW على ثلاثة أنواع من التآكل. تشغل آلية التآكل نفس الموضع ، لذلك يمكن تفضيل مثقاب كربيد YG للقطع بسرعة منخفضة ، ويمكن استخدام مثقاب كربيد YW أو YG للقطع عالي السرعة. وفقًا لمبدأ التآكل هذا ، يتم تحسين جودة سطح الثقب الداخلي بعد اختيار لقمة الحفر المناسبة لمعالجة صف الثقب. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع سعر لقمة الحفر ذات القطر الصغير من كربيد التنجستن والكوبالت ، تزداد تكلفة الأداة ، كما أن كفاءة الإنتاج والتجهيز الضخم ليست عالية.

3.2 تحليل الأسباب التي تؤثر على شكل الجزء وجودة سطح التجويف الداخلي

عند معالجة مادة سبائك 4J29 Kovar ومواد الفولاذ المقاوم للصدأ (022Cr17Ni12Mo2) ، يتم استخدام أداة كربيد الأسمنت مع حجم الحبوب العادي للمعالجة. تتآكل الحافة السفلية والحافة الجانبية لقاطع الطحن بسرعة ، وعمر الأداة قصير ، لذلك يمكن أن تكون سرعة القطع أقل من 50 مترًا فقط / إذا تم تحديد نطاق دقيقة ، تكون كفاءة المعالجة منخفضة. بالمقارنة مع معالجة السبائك القائمة على الألومنيوم ، فإن عمر خدمة قواطع الطحن هو 1/5 فقط من عمر معالجة السبائك القائمة على الألومنيوم ؛ بالمقارنة مع معالجة 314 من الفولاذ المقاوم للصدأ ، فإن عمر خدمة قواطع الطحن هو 1/3 فقط من عمر معالجة 314 من الفولاذ المقاوم للصدأ.

في عملية قطع مثل هذه المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة ، من السهل توليد كمية كبيرة من حرارة القطع في منطقة القطع ، مما يضر بشكل خطير بدقة الأبعاد وأداء الأجزاء المعالجة. لا يمكن إجراء تبديد حرارة القطع إلا عن طريق قطع السوائل وأدوات التبريد الداخلي. بالنسبة للقشرة المختومة من هذا النوع من الهياكل ، نظرًا لصغر حجم الفتحة الداخلية والتجويف الداخلي ، يتم استخدام الأدوات ذات القطر الصغير أو الأدوات ذات الشكل في الغالب. من الصعب تبديد كمية كبيرة من حرارة القطع بسرعة ، كما أن الأداة تبلى بسرعة كبيرة ، مما يؤدي إلى زيادة خشونة سطح الجزء. إذا كان مرتفعًا جدًا وفشل في تلبية المتطلبات الفنية ، فسيتم الحكم عليه على أنه غير مؤهل. إذا كان تباعد الفتحة صغيرًا ، فإن شطف الفتحة سيدمر حجم الفتحة المجاورة ؛ إذا كان الشطب صغيرًا جدًا ، فستظل الحواف تحتوي على شفة ، مما سيؤثر على جودة الختم.

4 ـ حل المشكلات

4.1 تحسين جودة الجدار الداخلي للفتحة

في ضوء خشونة السطح غير المتسقة للفتحة الداخلية للقشرة المختومة ، من الضروري تحسين طريقة المعالجة واختيار أداة مناسبة. من خلال عملية القطع التجريبية ، يتم أولاً تغيير تقنية معالجة صف الثقب إلى الحفر ← التوسيع ← الطحن الدقيق للفتحة الداخلية ، ومن الواضح أنه تم تحسين جودة سطح الفتحة الداخلية ، لكن عدد الثقوب كبير ، والأداة لا تزال يتم ارتداؤها عند استخدام قاطعة الطحن ذات القطر الصغير للطحن الدقيق للفتحة الداخلية بسرعة ، ويتم إنشاء ظاهرة تشابك الرقاقة وإزالة الأداة ، ولا تزال كفاءة المعالجة غير عالية ، وتزداد تكلفة الأداة. ثانيًا ، يتم تغييره إلى الحفر ← التوسيع ← الحفر الدقيق. يلبي خشونة السطح للفتحة الداخلية المتطلبات ، ويتم تحسين كفاءة المعالجة للفتحة المفردة ، ولكن يجب تخصيص أداة الحفر الشاملة ذات القطر الصغير ، وتكلفة الأداة عالية ، وعمر أداة مملة قصيرة ، ولا يمكن أن تلبي صفوف متعددة من الثقوب. ممل.

بالإشارة إلى تقنية توسيع الفتحة ذات القطر الثابت ، فإن فتحة عملية توسيع الثقوب تكون بشكل عام من 3 إلى 100 مم. نظرًا لحافة القطع الطويلة للمخرطة ، فإن كل حافة قطع تشارك في القطع في نفس الوقت أثناء توسيع الثقوب ، وبالتالي فإن كفاءة الإنتاج عالية ، وهي مستخدمة على نطاق واسع في تشطيب الثقوب. يتم تحديد تقنية المعالجة النهائية على أنها حفر ← توسيع ← توسيع. لأن تقنية معالجة التوسيع للثقوب ذات القطر الصغير (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">

من خلال الحساب والقطع التجريبي ، حدد معلمات القطع المعقولة. المبدأ على النحو التالي.

تحقق من معلومات أداة موسع الثقوب ومعلمات التوسيع المجمعة ، وقم بمعالجة المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ. يجب ألا تكون سرعة مخرطة الثقوب عالية جدًا [3] ، وحدد القيمة المرجعية: سرعة القطع vc=(6 ~ 12) م / دقيقة ، معدل التغذية f=(0. 0 5 ~ 0.1) ملم / ص. قطر التجويف الداخلي للغلاف المستطيل المحكم هو (1.7 ~ 1.8) مم ، لذلك يتم تحديد مخرطة الثقوب φ1.8 مم لحساب سرعة المغزل n وسرعة التغذية vf أثناء المعالجة ، حيث vc =7 م / دقيقة ، f =0. 06mm / r.

نظرًا لأن سرعة القطع vc=πDn / 1000 (D هي قطر الأداة ، n هي سرعة المغزل) ، لذا فإن سرعة المغزل n =1000 vc / (πD) =1000 × 7 / (3.14 × 1.8 ) ≈1238 (ص / دقيقة).

من هذا ، يمكن حساب سرعة التغذية vf=fn =0. 06 × 1238≈74 (mm / min).

وفقًا لنتائج الحساب ، يتم تحديد معلمات المعالجة والقطع الفعلية كـ n {0}} (1200-1300) r / min ، vf=(70-80) ملم / دقيقة ، وتم اعتماد عملية الحفر ← التوسيع ← التوسيع. نظرًا لإحكام إغلاق الغلاف ، فإن تباعد الفتحات يكون مضغوطًا وقطر الفتحة صغير ، لذلك يتم التحكم في الهامش قبل توسيع الثقوب إلى 0. 05 مم. يظهر تأثير المعالجة الفعلي النهائي في الشكل 3. عندما تحتوي مخرطة الثقوب φ1.83mm على أكثر من 1000 ثقب متفاعل ، فإن خشونة السطح Ra للفتحة الداخلية يمكن أن تصل إلى 0.8 ميكرومتر ، مما يلبي متطلبات العملية ويحسن كفاءة المعالجة.

4.2 تحسين جودة المعالجة السطحية وعمر الأداة

من أجل تحسين كفاءة المعالجة وعمر الأداة للمواد ذات الصلابة العالية في درجات الحرارة وتبديد الحرارة السيئ ، مثل السبائك ذات درجة الحرارة العالية وسبائك التيتانيوم والفولاذ المقاوم للصدأ ، غالبًا ما تستخدم أدوات كربيد الأسمنت المستوردة في المعالجة الخشنة والنهائية ، و تكلفة استخدام الأداة عالية جدًا. تحليل مقارن لاختلاف التآكل في مواد الأدوات المختلفة عند قطع سبائك التيتانيوم بسرعة عالية ، بما في ذلك كربيد الأسمنت غير المطلي ، وكربيد الأسمنت المطلي TiAlN PVD و PCBN ، وما إلى ذلك ، وجد أن مواد أداة PCBN تكون بسرعة قطع عالية ، ومعدل تغذية منخفض ومنخفض عند قطع سبائك التيتانيوم بالقطع الخلفي ، يمكن الحصول على قوة قطع مستقرة نسبيًا وقيمة أقل لخشونة السطح [4]. من خلال تطبيق مبدأ الطحن عالي السرعة واستخدام أدوات PCBN المحلية ، فإن القطع الأعلى تزيد طريقة المعالجة ذات السرعة العالية والأعلاف الصغيرة من عمر خدمة الأداة.

من خلال عمليات القطع والتحقق التجريبية المتعددة ، يُظهر التحليل أنه عند قطع المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة بسرعة عالية ، يكون للتفاعل بين التغذية لكل سن وغطاء التعشيق الخلفي تأثير كبير على خشونة السطح ضمن احتمالية ثقة عالية نسبيًا تأثير. توضح هذه الظاهرة أن تأثير التغذية لكل سن أو عمق الطحن على خشونة السطح يرتبط ارتباطًا وثيقًا باختيار عمق الطحن والتغذية لكل سن. في المقابل ، في ظل ظروف القطع ذات السرعة المتوسطة والمنخفضة ، يكون التفاعل بين معلمات القطع المختلفة غير واضح ، أو لا يوجد تفاعل. هذا يعني أنه في ظل ظروف قطع معينة ، فإن فحص تأثير العامل الفردي للتغذية لكل سن أو مقدار القطع الخلفي على خشونة السطح لا يمكن أن يتنبأ بدقة بقيمة خشونة السطح المعالجة. لذلك ، من أجل الحصول على خشونة السطح المثالية ، عند تحديد معدل التغذية لكل سن ، يجب اختياره بالاقتران مع مقدار الارتباط الخلفي ، والعكس صحيح.

تم تحديد 4- شفرة قاطع الطحن المحلي بالكربيد الصلب للمعالجة الخشنة عالية السرعة للشكل والتجويف الداخلي. نظرًا لوصلة التعشيق الخلفية الصغيرة وسمك القطع الصغير ae ، يمكنها حماية الحافة السفلية والحافة الجانبية للأداة بشكل فعال. تجري حرارة القطع المتولدة بسرعة ، وتقلل من احتمالية الحافة المبنية على طرف الأداة ، وتزيد بالتالي من سرعة الطحن ومعدل التغذية لكل سن ، مما لا يضمن جودة المعالجة فحسب ، بل يحسن أيضًا كفاءة المعالجة. لحساب وقت تآكل الماكينة لقاطع الطحن الخشن ، من الضروري فقط قطع الجزء البالي المستخدم بشكل فعال ، ولا يزال الجزء المتبقي من القاطع يلبي احتياجات التخشين مرة أخرى بعد الشحذ ، مما يحسن بشكل كبير من معدل استخدام القاطع ويقلل من تكلفة القاطع.

بالنسبة للشفرات الناتجة عن المواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة ، يصعب الإزالة اليدوية لتلبية المتطلبات الفنية الحالية ، لذلك يتم استخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ، ويتم اختيار المواد الفولاذية عالية السرعة المطلية بـ TiC لشطب معالجة قاطع الطحن. بعد أن يحسن الطحن الخام الجودة ، تكون أجزاء الغلاف جيدة. تكون الشفرات المتولدة أثناء الطحن صغيرة نسبيًا ، ولا يحتاج قاطع الطحن المشطوب إلا للمعالجة وفقًا لمسار كفاف الجزء لضمان الانتقال السلس للحواف الحادة. من أجل تشفيه ونتوءات فتحات غلاف السداد ، يتم استخدام طريقة المعالجة لطحن شطب الثقوب باستخدام قاطع الطحن المشطوب ← التوسيع الدقيق باستخدام مخرطة الثقوب لضمان خلو الثقوب من نتوءات ومربوطة. يتم عرض معلمات القطع للأداة قبل التحسين وبعده في الجدول 1 ، ويظهر تأثير معالجة الغلاف في الشكل 4 والشكل 5.

الجدول 1 معلمات قطع الأداة قبل التحسين وبعده
صورة

صورة
الشكل 4 تأثير المعالجة لقذيفة سبيكة 4J29 Kovar

صورة
الشكل 5 تأثير معالجة غلاف مادة الفولاذ المقاوم للصدأ (022Cr17Ni12Mo2)

5 تعميم وتطبيق تقنية التوسيع للمواد التي يصعب تصنيعها آليًا

نوع معين من أجزاء قضيب الدفع (انظر الشكل 6) مصنوع من 00 الفولاذ المقاوم للصدأ Cr17Ni14Mo2 ، وهو مادة يصعب تصنيعها آليًا. تتم معالجة φ5mm خلال الفتحة الموجودة على الدائرة الخارجية ، ويبلغ العمق 15 ملم ، وقيمة خشونة السطح Ra =1. مطلوب 6 ميكرومتر. العملية الأصلية هي: حفر مجرب ← تلميع جدار الفتحة. نظرًا لأن المادة مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، فإن العملية المناسبة تستخدم مثقابًا لحفر الثقوب ، وتتآكل لقمة الحفر بسرعة ، ويكون موضع الثقب خارج نطاق التسامح ، وتكون كفاءة تلميع الفتحة الداخلية منخفضة. لذلك ، فإن العملية المحسنة هي: مخرطة الحفر → مملة. نظرًا لأن عملية الدوران تحتاج إلى استخدام أدوات خاصة لتثبيت أجزاء قضيب الدفع ، وحجم الأدوات الخاصة كبير جدًا ، فليس من السهل التثبيت. لذلك ، على الرغم من أن المعالجة الفعلية قد ضمنت قيمة خشونة السطح Ra =1 .6μm ، لم يتم تحسين كفاءة المعالجة. 00 تسبب الفولاذ المقاوم للصدأ Cr17Ni14Mo2 في اهتراء أداة الحفر بسرعة وتكلفة الأداة عالية.

صورة الشكل 6 رسم تخطيطي ثنائي الأبعاد لقضيب الدفع
باستخدام الخبرة المكتسبة من توسيع الثقوب ذات القطر الصغير ، تُستخدم تقنية معالجة الحفر ← التوسيع ← التوسيع في مركز المعالجة لحل مشاكل كفاءة المعالجة المنخفضة بمقدار φ 5 مم من خلال الثقوب وصعوبة ضمان قيمة خشونة السطح Ra {{ 2}} .6 ميكرومتر. عملية التنفيذ على النحو التالي.

حدد القيمة المرجعية: قطع سرعة vc {{0}} (6 ~ 12) م / دقيقة ، تغذية f=(0. 15 ~ 0.2) مم / ص. اختر موسع الثقوب φ5mm لحساب سرعة الأداة ومعدل التغذية أثناء المعالجة ، خذ vc =7 m / min، f =0. 18mm / r.

نظرًا لأن سرعة القطع vc=πDn / 1000 (D هي قطر الأداة ، n هي سرعة المغزل) ، لذا فإن سرعة المغزل n =1000 vc / (πD) =1000 × 7 / (3.14 × 5 ) ≈445 (r / min) ، كمية التغذية vf=fn =0. 18 × 445-80 (مم / دقيقة).

وفقًا لنتائج الحساب ، يتم تحديد معلمات المعالجة والقطع الفعلية على النحو التالي: سرعة المغزل n {{0}} (450-500) r / min، vf=({{3} }) مم / دقيقة ، يتم التحكم في البدل قبل التوسيع إلى 0.1 مم ، والآلة الفعلية النهائية يظهر الكائن النهائي في الشكل 7. عندما يكون مخرطة الثقوب φ5.02 مم (انظر الشكل 8) به أكثر من 500 ثقب مُعاد تدويره ، فإن السطح لا يزال من الممكن أن تصل خشونة Ra للفتحة الداخلية إلى 1.6 ميكرومتر ، مما يلبي متطلبات العملية ويحسن كفاءة المعالجة. أداة تحديد المواقع المصنعة (انظر الشكل 9) لها بنية بسيطة وسهلة التثبيت.

صورة
الشكل 7 الجسم الحقيقي لقضيب الدفع بعد المعالجة

صورة
الشكل 8 مخرطة φ5.02mm

صورة
الشكل 9 تأثير أدوات تحديد المواقع لمعالجة قضيب الدفع

6 التأثير الذي تحقق

من خلال هذا البحث ، اكتسبنا خبرة تقنية متراكمة في معالجة المواد التي يصعب تصنيعها آليًا. يمكن أيضًا معالجة البحث والتطوير اللاحق للأجزاء المصنوعة من مواد يصعب تصنيعها آليًا مثل السبائك عالية الحرارة وسبائك التيتانيوم بالرجوع إلى تقنية التوسيع ، وقد تم تحقيق نتائج جيدة. على سبيل المثال ، استخدام موسع الثقوب φ2.12mm ، توسيع التوسيع الكامل لمواد السبائك الفائقة ، وصور القطر ، والثقوب العميقة التي يزيد عمقها عن 40 مم. لا تعمل تقنية معالجة التوسيع على توفير تكلفة الأداة فحسب ، بل تعمل أيضًا على تحسين كفاءة المعالجة. راجع الجدول 2- الجدول 4 للمقارنة بين تأثير معالجة الأجزاء قبل التحسين وبعده.

الجدول 2 معالجة صور ثقوب القشرة المستطيلة الختم قبل التحسين وبعده

الجدول 3 معالجة فتحات قضيب الدفع قبل التحسين وبعده
صورة

الجدول 4 تكاليف الأداة قبل وبعد التحسين
صورة

من الجدول 2 إلى الجدول 4 ، يمكن استنتاج أن استخدام طريقة المعالجة المحسّنة قد حسن جودة المعالجة ، وزاد معدل نجاح الأجزاء إلى 99 بالمائة ، وزادت كفاءة الإنتاج بنسبة 33 بالمائة ، كما زادت تكلفة الأداة تم تخفيضه بشكل كبير.

7. الخاتمة

وضعت المواد الجديدة الناشئة والمواد التي يصعب تصنيعها آليًا في مجال الفضاء متطلبات أعلى لتكنولوجيا المعالجة المقطوعة. فقط من خلال البحث المتعمق حول خصائص القطع للمواد التي يصعب تصنيعها بالماكينة وإتقان المزيد من خصائص المواد الجديدة ، يمكننا اختيار أدوات مطابقة للقطع. تم تقديم نظام مراقبة حالة قطع الأداة لمراقبة حالة استخدام الأداة في الوقت الفعلي. وفقًا لعمر الخدمة المختلف للمواد المختلفة ، يمكن الحكم على الأداة واختيارها في الوقت المناسب ، مما يمكن أن يقلل التكلفة ويزيد من الكفاءة مع تحسين دقة التصنيع للأجزاء الداعمة للمركبة الفضائية. تأثير.