Hur man löser problemet med att klippa titanlegering effektivt

Högtryckskylning används för att förbättra kapningseffektiviteten hos titanlegering

För flygbranschens struktur för titanlegering måste mängden materialavlägsnande uppgå till 90%. Stora flygplan som Boes b-787 är tillverkade av mer än 90 ton titanlegering i många olika delar som väger cirka 11 ton. För att minimera bearbetningskostnaderna är det emellertid värt att fortsätta med en högre materialborttagningsgrad. Under det senaste decenniet har emellertid hastigheten för avlägsnande av titan bara fördubblats, medan den för aluminium har ökat femfaldigt. För närvarande har materialborttagningshastigheten för aluminium nått 10 L / min eller högre, medan skärhastigheten för titan just har nått 0,5 L / min.

Med tanke på de senaste åren, särskilt inom flygindustrin, ökar andelen titanlegeringsdelar och titanlegering / kolfiberfogkomponenter, vilket förbättrar produktionseffektiviteten för skärning av titanlegeringsmaterial blir allt viktigare.


Det är svårt att klippa titanlegeringsmaterial

Dessa fördelar med titanlegeringsmaterial har emellertid blivit svårigheterna med skärning. En av de främsta orsakerna till att titanlegering är svår att skära är dess dåliga värmeledningsförmåga och höga specifika värmekapacitet. Detta förhindrar överföring av skärvärme från skärområdet genom spån och arbetsstycke. Det mesta av värmen (cirka 75 procent) går till banbrytaren. Hög temperatur främjar diffusionen och bindningen på bladytan för att bilda spiknodlar, och samtidigt, på grund av den höga styrkan hos titanlegeringsmaterial, genereras större skärkraft under skärning. Därför utsätts skärverktyget för höga termiska och mekaniska belastningar vid bearbetningsprocessen. För det andra är den elastiska modulen för titanlegering låg. Under skärkraftens verkan deformeras komponenterna och fjädras sedan, vilket kommer att påverka komponenternas bearbetningsnoggrannhet.

Som framgår här är huvudproblemet med skärning av titanlegeringar att skärvärmen som absorberas av verktyget är för mycket, vilket leder till snabbare slitage av verktyget, vilket tvingar användningen av en lägre skärhastighet, vilket uppenbarligen minskar bearbetningseffektiviteten och öka kostnaden för en enda bit. Exempelvis spenderas 50% av tillverkningskostnaderna för en Ti6Al4V turbokompressorhjul på skärning.

Det är inte svårt att se att lösningen på problemet med skärning av titanlegeringsmaterial är användningen av hårt hårdmetallskärverktyg och effektiv kylning av skärprocessen. För att förbättra kapningseffektiviteten och bearbetningens tillförlitlighet för titanlegering har många skärverktygstillverkare och universitet genomfört fruktbar forskning och experiment. I Tyskland, särskilt som Darmstadt tekniska universitet, RWTH aachen universitet, Braunschweig tekniska universitet, leibniz universitet i Hannover och Dortmund tekniska universitet och andra högskolor och universitet i titanlegering skärmekanism, finit element modellanalys, simulering, verktyg geometri vinklar , skärprovning och olika kylvägar och så vidare har genomfört en serie studier, inklusive maskinverktyg från RWTH aachen universitetslaboratorium (WZL) med Iscar (Iscar), kennermetall (Kennmetal), Berghögskärningsverktyg (Seco Tools) och Sandvik (Sandvik) verktygsfabrik i nära samarbete för att utföra teknologiforskningen, inklusive högtryckskylning och leibniz produktionsteknologi och maskinverktygsforskningsinstitut vid universitetet i Hannover (IFW) av airbus Tyskland, kennermetall, Paul Horn och Lehmann precisionskärning verktygsföretag för finansiering, genomförs "genom att minska verktygsutvecklingen, förbättra materialavlägsnandet av titanmillin g "projektforskningsarbete.


Högtryckskylning är en effektiv lösning

Forskningen visar att kylverktyg är en effektiv metod för att lösa problemet med skärning av titanlegering. För närvarande finns det två sätt att utveckla tekniken för ett effektivt kylverktyg. Den ena är användningen av högtryckskylningssmörjning, den andra är användningen av sval luftkylning, det vill säga användningen av flytande kväve (-196 ℃) eller flytande koldioxid (CO2) (-65 ℃) för kylning, särskilt flytande kväve, vilket är en mycket lovande kylmetod för kylning av fräs. Det bör påpekas att skärning med hjälp av kvävekylning eller koldioxidkylning är en slags torrbearbetning, som inte bara kan kyla skärverktyget, hjälpa till att bryta spån snabbt och förlänga skärverktygets livslängd, men också har många ekonomiska , tekniska och ekologiska fördelar med torrbearbetning.

För närvarande, med tanke på den goda kyleffekten av högtryckskylning, såväl som det befintliga bearbetningscentret och vridcentret är utrustade med kylnings- och smörjutrustning, finns det många tillverkare av skärverktyg och kan tillhandahålla denna högtryckskylning av skärningen verktyg, och samlat mycket praktisk erfarenhet av (både vridning och fräsning), därför används av antingen av högtryckskylningssmörjmedel är utan tvekan ett första val.

Med den konventionella stora flödeskylningen kan kylsmörjmedlet inte nå skärområdet mellan skärkanten och spånet, så skärkanten kan inte kylas effektivt. För att uppnå effektiv verktygskylning bör tillförseln av kylsmörjmedel vara exakt anpassad till kontaktområdet mellan skärkanten och spånen vid högt tryck och tillräcklig flödeshastighet. I kontaktområdet för att bilda en kil med hög energipåverkan och därmed förkorta kontakttiden mellan spånet och bladet, minskar temperaturen på skärzonen, samtidigt gör spånet sprött, genom att kyla superpositionen och mekanisk påverkan dessa två effekt, gör snabbt tillförlitlig spånbrytning och urladdning, vilket därigenom förbättrar bearbetningens tillförlitlighet, vilket är fördelaktigt att realisera automatiseringen av skärprocessen.


Högtryckskylning hjälper till att öka produktiviteten

Övningen visar att verktygets hållbarhet kan förbättras med 50% genom högtryckskylning. Genom att justera trycket på kylning och smörjfluid kan spånets form påverkas för att förbättra spånbrottet. Enligt Iscar kan du se processen för chipformning under olika kylnings- och smörjvätskotryck. När chipet kyls med en stor flödeshastighet vid ett tryck på 2MPa växer chipet till ett lindat chip. När intern kylning appliceras vid ett tryck på 8MPa, bryts flisarna i små böjda flisar under högtryckstakt. Om användningen av 30 MPa ultrahögt tryck för intern kylning, när flisarna blir nålformade flisar. Från dessa tre exempel är det inte svårt att se att högkylningskylning kan kontrollera spånformningen och därmed förbättra skärprocessens tillförlitlighet och kan förbättra skärmängden för behandling av titanlegering.

Det bör här noteras att vid ett kylande smörjmedelstryck på mindre än 7MPa förångades kylvätskan framför skäreggen och bildade en bubbla, varigenom värmeöverföringen hindras. När kylmedietrycket är större än 7MPa kan bubblan elimineras och kylvätskan kan sprayas direkt till skärplatsen. Dessutom bör det påpekas att användningen av traditionell smörjolja med mineralolja, kylning med högt tryck, olja lätt att andas in mycket luft, vilket resulterar i dålig värmeavledningseffektivitet. För detta ändamål utvecklade Fuchs Europe smörjmedelsföretag i Tyskland ett kylsmörjmedel (Ecocool TN2525 HP) med avgasprestanda baserat på syntetiskt fett för att förbättra kylningseffekten av kylsmörjmedel.

Vid bearbetningen av titanlegering är huvudverktygen mekaniska klämda indexerbara delar och hårdmetallverktyg. Generellt sett är skärhastigheten för grovbearbetning cirka 50 m / min, och skärhastigheten för bearbetning av bearbetning är (200-300) m / min. Efter högtryckskylning kan skärhastigheten ökas med 20%. För närvarande kommer temperaturen inte att öka på grund av skärhastigheten. Om användningen av ultrahögtryckskylning, under användning av CBN-verktyg, kan skärhastigheten förbättras ytterligare. De använda kyl- och smörjningsanordningarna för ultrahögt tryck måste dock vara specialutrustade. På grund av maskinbearbetningscentralen är svarvcentralen och den multifunktionella komplexmaskinen som är utrustad med kylssmörjningsanordningens tryck i allmänhet endast (7-10) MPa.


Jämförelse av bearbetningseffekter med konventionell kylning och högtryckskylning (data från Sandvik)

Det framgår av jämförelsen av bearbetningseffekter från olika kylmetoder att högtryckskylning ger förutsättningar för förbättring av skärparametrar. Höga skärparametrar kan förbättra produktionseffektiviteten avsevärt och minska kostnaden för en enda bit. Även om verktygets hållbarhet kan ökas med 50 procent genom högtryckskylning, kan detta bara minskas med 1,5 procent per enhet eftersom verktygskostnader vanligtvis endast står för 3 procent av tillverkningskostnaderna.

Använd högtryckskylning, var uppmärksam på den exakta samordningen av tryck, flöde och munstycksöppning. Enligt Sandvik kräver till exempel användning av ett munstycke med en 1 mm öppning på verktyget en kylnings- och smörjfluidflödeshastighet på 5 1 / min för att upprätthålla trycket. Därför bör munstycksöppningens storlek väljas för att producera det högsta trycket och bäst användning av kylsmörjmedel.

För bearbetning av bearbetning, vid användning av mer än ett blad, finns det motsvarande antal munstycken, vid detta tillfälle krävs ett stort flöde av kylnings- och smörjfluid, om smörjsystemets flöde är otillräckligt kommer det att påverka munstycksutloppstrycket. Överväg vid detta tillfälle att använda ett munstycke med en liten munstycksdiameter för att minska flödet och bibehålla spruttrycket för kylsmörjmedel.


Använd lämpliga skärverktyg och maskinverktyg

Inom flygbranschen bearbetas de flesta komponenter av titanlegering från grova till färdiga produkter med en stor mängd material avlägsnat. Väggen i den färdiga komponentprodukten är mycket tunn, formen är mycket komplex, ofta stött på processen med fräsning av djup spår. Därför är det mycket viktigt att förbättra materialborttagningsgraden. Den begränsande faktorn för förbättring av materialborttagningshastigheten är verktygsslitage. Forskning från institutet för produktionsteknologi och maskinverktyg (IFW) vid universitetet i leibniz Hanover visar att fräsning av titanlegering (TiAl6V4) -komponenter med en mindre bakvinkel (alfa = 6o) och en relativt stor framvinkel (gamma = 14o) minskar verktygsslitage.

På grund av den låga elastiska modulen av titan är vibrationer lätt att uppstå vid fräsning. Med tanke på denna situation planerar skärbrickan att använda fräsen med ojämna tänder och det smala bromsbladet med noll bakvinkel. För att förbättra borttagningen av brickor, polera verktygets front.

För att förbättra materialets skärhastighet, ofta för att använda en högre skärmängd på ryggen och sidan, kommer därför vid bearbetningen att producera en större skärbelastning. Titan är benägen att vibrera på grund av dess låga elastiska modul. Av dessa skäl bör maskinen ha hög styvhet, god dämpningsprestanda, högt spindelmoment och högeffektmatningsenhet. För slutfräsning och cirkulär fräsning av hålrum eller slitsar är pålitligt borttagning av spån särskilt viktigt, av detta skäl bör maskinen använda en horisontell spindelkonfiguration

För närvarande kan behandlingscentra såsom Ecoforce 2035 och 2060 bearbetningscentra för DST-företag, C 60U 5-axelbehandlingscentra i Hermle corporation och Makino T4 från Makino Corporation användas för bearbetning av titanlegeringskomponenter. Inklusive Makino T4 är speciellt konstruerad för bearbetning av titanlegering, förutom att maskinverktyget har hög styvhet, särskilt stabiliteten i maskinverktygets struktur, horisontella spindelkonfiguration och högeffektspindel och effektivt kylsystem, har maskinen också det aktiva dämpningssystemet , genom innovation av dämpning kan vibrationer i systemet hämma särskilt vid grovbearbetning. Systemet agerar på styrskenan i proportion till skärkraften genom friktion för att uppnå balans mellan skärkraften genom friktion. Således kan Makino T4 uppnå ett djupare skärdjup, uppnå högre materialborttagningshastighet (cirka 500 cm3 / min vid grovbearbetning) och minska verktygets slitage.


Slutsats

Högtryckskylningstekniken har många fördelar såsom att förlänga verktygets livslängd, kontrollera spånbildningen, öka skärhastigheten och förbättra ytstyckets kvalitet och därmed öka produktionseffektiviteten.

För närvarande har högtryckskylningstekniken varit en mogen teknik, i praktisk användning, kylssmörjningsfluidens höga tryck, tillräckligt flöde och bildandet av exakt inriktning av skärkanten och spånkontaktområdet för högenergistråle, vilket är skärverktyget för effektiv kylning och effektiv kontroll av chip är ett grundläggande villkor. För att uppnå bästa resultat av bearbetning av titanlegeringskomponenter är det nödvändigt att kombinera högtryckskylning med rationellt val och design av verktygsmaterial, beläggningar, geometriska vinklar och skärparametrar.

Därför är valet av skärverktyg som är lämpliga för bearbetning av titanlegering, hög styvhet, hög dämpningsprestanda och maskinverktyg ett annat viktigt villkor för att realisera den ekonomiska skärningen av titanlegeringskomponenter.