Analyse af bearbejdningsdeformationskontrolteknologi for tynde-væggede titaniumlegeringskomponenter

Tyndvæggede titanlegeringskomponenter refererer generelt til præcisionsstrukturelle dele med vægtykkelser fra 0,5 mm til 3 mm, svag strukturel stivhed og høje krav til konturnøjagtighed. Imidlertid,titanlegeringerhar lav varmeledningsevne, lavt elasticitetsmodul og høj skæremodstand. Kombineret med den dårlige stivhed af tynde-væggede strukturer, der er tilbøjelige til at deformeres under kraft, opstår der let problemer såsom elastisk tilbagespring, vridning, vridning og dimensionel ud-af-tolerance under CNC-fræsning og -drejning. Disse problemer har længe plaget industrien med garanti for dårlig bearbejdningsnøjagtighed, lavt færdigproduktudbytte og ustabil batchkonsistens.

 

 

1.Bearbejdningsvanskeligheder af materiale og struktur

Titaniumlegeringer udviser dårlig varmeledning, lavt elasticitetsmodul og kraftig opbygget-kanttendens ved høje temperaturer, hvilket fører til skærevibrationer og tilbagespring af emnet under bearbejdning. Tyndt-væggede komponenter har lav stivhed og er modtagelige for mikro-deformation under skærebelastninger. Restspænding i smedede og valsede emner omfordeles efterhånden som materialet fjernes, hvilket resulterer i en del vridning og udgør store udfordringer for præcisionsbearbejdning.

 

2.Klassificering af kernedeformationsmekanismer

• Mekanisk deformation fremkaldt af skærekraft: Tynde vægge bøjes under skærebelastninger, og tilbagespring efter belastningsfjernelse forårsager dimensionsfejl, som almindeligvis ses i tynde plader og sidevægge.
• Termisk deformation fra skærevarme: Ujævn lokal termisk ekspansion og sammentrækning genererer termisk stress, der udløser generel strukturel forvrængning.
• Deformation på grund af restspændingsfrigivelse: Overlejring af indledende emnespænding og bearbejdningsspænding bryder spændingsligevægten, når materialet skæres væk, hvilket fører til global deformation af delene.
• Deformation af spændespænding: Ukorrekte spændepositioner eller overdreven spændekraft klemmer arbejdsemnet, og tilbagespring opstår efter spændeudløsning.

 

 

• Homogenisering af emnespænding: Høj-ældning påføres titanlegeringsemner til spændingsaflastning. For høj-præcisions-luftfartskomponenter anvendes kombineret behandling af lav-temperaturældning og vibrerende ældning.
• Regulering af ikke-ensartet bearbejdningsgodtgørelse: Differentieret tillægsfordeling baseret på Rayleigh-Ritz-modellen afbalancerer skærebelastninger og undertrykker deformation af tynde-vægge.
• Forbehandling til formning af emner: Emner udjævnes og poleres for at eliminere overfladefejl, sikre nulpunktsnøjagtighed og reducere bearbejdningsdeformation.

 

 

1.Optimering af skæreparametre

Lagdelt skæring anvendes til tynde-væggede titanlegeringsdele. Lille skæredybde og høj spindelhastighed vælges til efterbehandling: den radiale skæredybde er ikke mere end 5% af værktøjets diameter, og den enkelte aksiale skæredybde går fra 0,1 mm til 0,3 mm. Mellem spindelhastighed bruges til skrubning til materialefjernelse, mens høj spindelhastighed og lav tilspændingshastighed anvendes ved efterbearbejdning. Klatrefræsning anvendes gennem hele processen for at reducere arbejdshærdning og deformation.

 

2.Optimering af skæreværktøjer og værktøjsbaner

Hårdmetal skæreværktøj med store spånvinkler og variable helixvinkler vælges. Der anvendes trooidal fræsning og spiralformet dykskæring, med symmetriske lagdelte værktøjsbaner bearbejdet indefra og ud. Dette afbalancerer spændingsfrigivelse, forhindrer delevridning og stabiliserer skærekraften.

 

3.Opgradering af køle- og smøreteknologi

Minimum Quantity Lubrication (MQL) erstatter oversvømmelseskøling for effektivt at sænke skæretemperaturen og begrænse termisk deformation. For ultra-præcisionskomponenter kan kryogen koldluftkøling matches for yderligere at kontrollere termisk stress.

 

 

• Optimer spændeskemaer: Følg principperne for jævnt fordelt spænding med flere-punkter og lav spændekraft. Spændekraften bestemmes via simuleringstest; klempunkter er arrangeret på stive zoner for at undgå tynde-vægområder og forhindre ekstruderingsdeformation.
• Tilføj hjælpestøtter: Fyldningsværktøj eller dorne påføres ophængte tynde-vægstrukturer for at øge stivheden og undertrykke bøjningsvibrationer. Understøtninger og klemmer kan kun frigøres, når emnet er afkølet og spændingen stabiliseres for at undgå tilbagespring.
• Forbedre fiksturpræcision: Sikre høj nøjagtighed af positioneringsoverflader for at opnå tæt tilpasning mellem værktøj og arbejdsemner, hvilket eliminerer ujævn belastning forårsaget af mellemrum.

 

 

1.Inter-operations stressreduktionsproces

Brug segmenterede processer: grovbearbejdning → spændingsaflastning → semi-finbearbejdning → sekundær spændingsaflastning → efterbehandling. En bearbejdningstillæg på 0,3-0,5 mm er reserveret efter grovbearbejdning til spændingsaflastning ved lav-temperatur, og sekundær ældning udføres efter semi-bearbejdning for at homogenisere spænding og reducere deformation i efterbehandling.

 

2.Dynamisk deformationsforudsigelse og kompensationsteknologi

Simuleringsmodeller bruges til at forudsige bearbejdningsdeformation, og genetiske algoritmer anvendes til at optimere værktøjsbaner til at kompensere elastisk og termisk deformation. Procesregulering i realtid- realiseres med onlineovervågning kombineret med kontinuerlig iteration gennem koordinatmålemaskineinspektion (CMM). Dimensionel deformation kan kontrolleres inden for 0,005 mm, med proceskapacitetsindeks CPK større end eller lig med 1,33 for kritiske dimensioner.

 

 

Ruihang, som direkte producent af titaniumprodukter, leverer råvarer af høj kvalitet til din præcisionskomponentproduktion. Hvis du har købsbehov, er du velkommen til at kontakte os via e-mail:Sam.Rui@bjrh-titanium.com