Hochpräzises dünnwandiges Bogenrillen-Schienendrehverfahren

Mit Blick auf die Prozesseigenschaften und CNC-Drehschwierigkeiten dünnwandiger rotierender Metallteile sowie auf die Probleme der geringen Effizienz und der qualifizierten Rate bei der Verwendung allgemeiner Bearbeitungsvorrichtungen wurde eine spezielle kombinierte Vorrichtung entwickelt, die die Kraftgleichmäßigkeit der eingespannten Werkstücke erhöhen kann Teile. , Im CNC-Bearbeitung Im Projekt werden angemessene Drehparameter übernommen, um die Bearbeitungsgenauigkeit des Teileprofils sicherzustellen, und die Probleme der schlechten Steifigkeit dünnwandiger rotierender Metallteile und der Verformung während der Bearbeitung werden gelöst.

Überlegene CNC-Drehverfahren steigern die Effizienz

Dünnwandige rotierende Metallteile zeichnen sich durch geringes Gewicht, Materialeinsparung und kompakte Struktur aus und werden häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt [1]. Dünnwandige rotierende Metallteile verformen sich aufgrund der geringen Steifigkeit und geringen Festigkeit der Teile beim Drehen leicht. Durch die unangemessene Auswahl der Werkzeuge und die falsche Aufspannung der Vorrichtung nehmen die geometrischen Fehler zu und es kommt zu Verformungen während des Bearbeitungsprozesses, und es ist nicht einfach, die Bearbeitungsqualität der Teile sicherzustellen

Produktprozessanalyse

1 Teilstruktur

Die Metallteile des rotierenden Körpers der Antidüse (siehe Abbildung 1), das Produktmaterial ist 30CrMnSiA und die vergütete Härte beträgt 42–46 HRC. Der maximale Durchmesser des Produkts beträgt 153 mm, die Form ist konisch, der innere Hohlraum ist eine zylindrische Struktur mit Formschräge, die mittlere Position ist die Bild-mm-Bogenlaufbahn und der äußere Kreis mit einem Durchmesser von 147 mm bildet eine 4 mm dünne Wand. Beim CNC-Drehen ist es nicht nur erforderlich, die Bearbeitungsgenauigkeit der Lichtbogenlaufbahn sicherzustellen, sondern auch die Verformung zu kontrollieren, um die Koaxialität des Innenlochs und des Außenkreises relativ zur Mitte nach der Bearbeitung sicherzustellen.

Abbildung 1 Metallteile des rotierenden Körpers der Antidüse

2 Schwierigkeiten in der Verarbeitungstechnologie

Die Wandstärke des Teils beträgt weniger als 1/13 seiner Öffnung und die Verarbeitungssteifigkeit ist schlecht. Das entscheidende Maß ist die Lichtbogenlaufbahn, die einen kleinen Maßtoleranzbereich erfordert. Das Material ist vergüteter hochharter Stahl mit hoher Härte. Das dünnwandige Werkstück selbst weist eine geringe Steifigkeit auf, lässt sich beim CNC-Drehen nur schwer klemmen und verformt sich leicht. Zu den Einflussfaktoren gehören Spannkraft, Schnittkraft, Schnittwärme und elastische Erholung.

Daher müssen beim Drehen dünnwandiger Teile zunächst die Probleme des Spannens und Schneidens gelöst werden. Zweitens ist es notwendig, das Problem einer angemessenen Auswahl von Werkzeughaltern, Einsätzen und Schnittparametern im Bearbeitungsprozess zu lösen und schließlich das Problem der Erkennung ballistischer Rillen zu lösen. Die effektive Freisetzung von Schneidwärme und innerer Spannung zwischen den Prozessen während der Bearbeitung kann die Bearbeitungsqualität der Teile sicherstellen und die ballistische Rille kann indirekt gemessen werden.

3 Analyse der Spannverformung des Universalspannfutters

Die am häufigsten verwendete Vorrichtung zum Spannen rotierender Teile zum Drehen ist das selbstzentrierende Spannfutter. Dieses Spannfutter muss beim Spannen des Werkstücks im Allgemeinen nicht ausgerichtet werden und die Spanngeschwindigkeit ist hoch. Beim Spannen dünnwandiger Teile wird jedoch ein herkömmlicher Dreibackenspanner verwendet. Die Haltekraftfläche ist zu klein, was zum Punktkontakt gehört, und die Klemmkraft ist nicht gleichmäßig, was dazu führt, dass nach dem Entfernen des Teils die Zylindrizität des Innen- und Außendurchmessers die Prozessanforderungen nicht erfüllen kann. wie in Bild 2 gezeigt.

Abbildung 2a zeigt das Teil vor der Schlichtbearbeitung nach der Grobbearbeitung mit drei Klauen. Da der Hauptkraftpunkt im Kontaktteil zwischen der Klaue und der Klemmfläche des Produkts liegt, kommt es zu einer Klemmverformung des Produkts. Abbildung 2b zeigt, dass nach der Bearbeitung des Innenlochs des Dreibacken-Klemmteils aufgrund der Verformung der Klemmung die Messergebnisse zeigen, dass die Rundheit des Innenlochs qualifiziert ist, die Wandstärke jedoch ungleichmäßig ist. Abbildung 2c zeigt das Teil nach der Bearbeitung und Entladung. Im natürlichen Zustand kehrt der äußere Kreis des Teils nach dem Verschwinden der Klemmkraft zu einem Kreis zurück, aber das innere Loch wird zu einem Prisma und das verarbeitete Produkt ist unqualifiziert.

Abbildung 2 Universelle Vorrichtungsklemmung

a) Schematische Darstellung des Schruppens und Spannens b) Schematische Darstellung der Endbearbeitung nach dem Drehen c) Schematische Darstellung der zu prüfenden Produkte

4 Schruppen und Schlichten erfolgen getrennt

Das Schruppen und Schlichten der Teile erfolgt getrennt, und beim Schruppen wird das Aufmaß so weit wie möglich entfernt, die erzeugte Schnittkraft und Schnittwärme sind groß, die Temperatur steigt beim Drehen des Werkstücks schnell an und die Verformung ist groß. Zwischen dem Schruppen und Schlichten wird eine gewisse Abkühlzeit hinzugefügt, um Schnittwärme und innere Spannungen nach der Bearbeitung zu eliminieren.

Schema der Verarbeitungstechnologie

Verfeinern Sie die Auswahl an Werkzeugen und Wendeschneidplatten und optimieren Sie die Schnittparameter, um Schnittbelastung und Schnittwärme zu reduzieren. In Kombination mit den oben genannten Verarbeitungsfaktoren, die sich auf dünnwandige Teile auswirken, werden bei der Verarbeitung der Umkehrdüse die folgenden Prozessschritte durchgeführt. Der Aufbau und die Größe der Umkehrdüse sind in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3 Aufbau und Größe der Umkehrdüse

1 Verarbeitungsverfahren

1) Eingehendes Material: φ160mm×φ125mm×72mm Ring, das Material ist 30CrMnSiA-Schmiedematerial.

2) Grobdrehen: Halten Sie den äußeren Kreis am linken Ende des Teils mit einem universellen selbstzentrierenden Spannfutter fest und drehen Sie den äußeren Kreis am rechten Ende. Die Größe des fertigen Produkts beträgt im Bild mm und wird zunächst auf φ(157 ± 0.2) mm verarbeitet; Die Größe des äußeren Kreises der Stufe beträgt im Bild mm. Erster Prozess auf φ(144 ± 0.2) mm; Die fertige Innenlochgröße beträgt das Bild mm, erste Drehung auf φ(129 ± 0.2) mm; Der fertige Laufbahndurchmesser ist das Bild mm, erste Drehung auf φ(136 ± 0.2) mm; Die Tiefe des fertigen Produkts beträgt (20 ± 0.05) mm und wird zunächst auf (22 ± 0.05) mm gedreht; Die Länge der Stufe beträgt garantiert mm und die Fase beträgt 0.5 mm × 45°.

Mit einem universellen selbstzentrierenden Spannfutter wird der äußere Kreis des rechten Endes des Teils festgeklemmt und das linke Ende gedreht. Die fertige Außenkreisgröße beträgt im Bild mm, zuerst auf φ(151±0.2) mm gedreht; 144 ± 0.2) mm; Gesamtlänge des Teils (65 ± 0.065) mm, zuerst gedreht auf (69 ± 0.2) mm; Schrittlänge (9±0.08) mm, zunächst gedreht auf (13±0.1) mm; Fasenlänge Fertigmaß (20 ± 0.08), erste Drehung auf (22 ± 0.2) mm; Innenlochwinkel CNC-Drehen 15°±10′, Anfasen 0.5mm×45°.

3) Wärmebehandlung durch Abschrecken und Anlassen: Härte durch Abschrecken und Anlassen 42–46 HRC.

4) Halbfertigbearbeitung: Nach der Wärmebehandlung sind die Teile halbfertig, und der äußere Kreis am linken Ende des Teils wird durch eine fächerförmige weiche Klaue festgeklemmt, und das rechte Ende wird bearbeitet, so dass eine Endbearbeitung von 0.5 mm verbleibt Aufmaß auf einer Seite und Drehen des äußeren Kreises auf mm im Bild; Bild mm; Innenloch zum Bild mm; Laufbahn zum Bild mm; Teiletiefe bis (20.5 ± 0.05) mm; Stellen Sie sicher, dass die Schrittlänge im Bild mm und die Fase 0.5 mm × 45 ° beträgt.

Verwenden Sie die innere Stützklaue, um das innere Loch des rechten Endes zu stützen, bearbeiten Sie das linke Ende, lassen Sie auf einer Seite 0.5 mm Schlichtaufmaß, drehen Sie den äußeren Kreis auf das Bild mm; der äußere Kreis der Stufe zum Bild mm; die Gesamtlänge des Teils beträgt (66 ± 0.065) mm; die Schrittlänge beträgt (10 ± 0.08) mm; Fasenlänge bis (20.5 ± 0.08) mm; Innenlochwinkel 15°±10′; Anfasung 0.5mm×45°. Entfernen Sie das Teil und lassen Sie es eine Zeit lang ruhen, um die Spannung vollständig abzubauen.

5) Feindrehen: Bearbeiten Sie das Innenloch der fächerförmigen weichen Klaue auf den im Bild gezeigten mm-Wert und klemmen Sie den äußeren Kreis am linken Ende des Teils fest. Die Klemmkraft sollte nicht zu groß sein. Verwenden Sie einen Drehmomentschlüssel, um ihn auf (10 ± 1) N·m zu kontrollieren, und kontrollieren Sie die Schnitttiefe jedes Werkzeugs. In 0.15 ~ 0.2 mm. Drehen Sie den Außenkreis und das Innenloch am rechten Ende, um sicherzustellen, dass die Bildgröße des Außenkreises in mm und das Bild in mm in der Konstruktionszeichnung in mm angegeben sind. Das Bild mit der Innenlochgröße beträgt mm; der Innenlochwinkel beträgt 15°±8′; Das Bild des ballistischen Durchmessers beträgt mm; das Bild des Laufbahnbogens ist mm; Breite der Drehbahn (20 ± 0.05) mm; garantierte Schrittweite in mm; Anfasung 0.5mm×45°.

Verwenden Sie die fächerförmige weiche Klaue, um das Innenloch am rechten Ende des Teils zu stützen, und drehen Sie den Außenkreis und das Innenloch am linken Ende, um sicherzustellen, dass die Außenkreisgröße mm und die Außenkreisgröße der Stufe beträgt mm, die Längenabmessung beträgt (65 ± 0.065) mm und die Stufenlänge beträgt (9 ± 0.08) mm, der Innenlochwinkel beträgt 15° ± 10′, die Fasenlänge beträgt (20 ± 0.08) mm und der Anfaswinkel ist 0.5mm×45°.

2 Verbesserung der Werkstückbefestigung.

Machen Sie eine inklusive weiche Klaue, um die Klemmverformung des Teils zu reduzieren. Die Endzähne an der Unterseite der weichen Klaue sind am Spannfutter positioniert, um eine hohe Wiederholgenauigkeit beim Einbau zu gewährleisten. Die sektorförmige weiche Klaue ist am Spannfutter angeschweißt und hat einen Durchmesser, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Teils. Das Innenloch ist im Allgemeinen 0.02 bis 0.04 mm größer als der Außendurchmesser des Teils, wodurch der Klemmbereich maximiert und die Klemmkraft gleichmäßig auf das Teil verteilt wird, wodurch die Verformung des Teils wirksam verringert und sichergestellt werden kann, dass die Backen eng miteinander verbunden sind mit dem Werkstück. Um die Stabilität der Klemmung zu gewährleisten. Wie in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4 Schematische Darstellung der Vorrichtung zur Bearbeitung von Innenlöchern

Setzen Sie die Umkehrdüse nach dem halbfertigen CNC-Drehen in die bearbeitete weiche Klaue ein und bearbeiten Sie die rechte Endstufe und das Innenloch. Erstellen Sie dann ein Paar kreisförmiger Klammern (siehe Abbildung 5) und verwenden Sie das mm-Innenloch des Größenbilds auf der rechten Seite von Abbildung 3 als Klemmfläche, um die inneren und äußeren Kegelflächen am linken Ende zu bearbeiten.

Abbildung 5 Schematische Darstellung einer kreisförmigen Stütze

3 Wählen Sie das richtige Werkzeug

Während des Schneidprozesses steht die Leistung des Werkzeugmaterials in großem Zusammenhang mit der Schneidleistung und der Qualität der bearbeiteten Oberfläche. Daher kann die Auswahl eines angemessenen Werkzeugs die Qualität und Produktionseffizienz des Produkts sicherstellen. Tabelle 1 zeigt die Bearbeitungswerkzeuge, die der Autor während des Bearbeitungsprozesses untersucht hat. Im Vergleich zu den zuvor ausgewählten Werkzeugen kann die Erzeugung von Schnittkräften besser reduziert und die Verformung von Teilen effektiv kontrolliert werden.

Tabelle 1 Bearbeitungswerkzeuge und Sorten

4 Wählen Sie angemessene Schnittparameter

Bestimmen Sie die Schnittparameter entsprechend dem Teilmaterial, den Größenanforderungen und den Anforderungen an die Oberflächenrauheit, siehe Tabelle 2.

Tabelle 2 Schnittparameter
ein Bild

Inspektion und Messung

1 Messmethode des Laufbahndurchmessers

Der Durchmesser der Konstruktionslaufbahn beträgt das Bild mm, und der gewöhnliche Messschieber kann aufgrund struktureller Einschränkungen nicht direkt gemessen werden, sodass ein spezielles Prüfwerkzeug hergestellt werden muss und die Vergleichsmethode zur Messung verwendet wird. Die spezifische Methode ist: Entfernen Sie die Endmutter der Messuhr mit einer Mindestmessgenauigkeit von 0.01 mm und einem Bereich von 10 mm, stellen Sie eine selbstgemachte Verlängerungsstange mit einem Durchmesser von 8 mm und einer Länge von 25 mm her und verlassen Sie sich auf einen M2.5 Innensechskantschraube. Befestigen Sie es, verbinden Sie es mit der Messuhr, bearbeiten Sie das andere Ende der Verlängerungsstange zu einem Bogen mit einem Radius von 4 mm, stellen Sie die Länge der mit der Messuhr verbundenen Schraube auf > 140 mm ein und stellen Sie das Außendurchmesser-Mikrometer mit einem Bereich ein von 125–150 mm bis 139 mm, kalibrieren Sie die Messuhr.

Wenn Sie den Durchmesser der Laufbahn mit der Messuhr messen, ist die Messuhr dem Bediener zugewandt und der Maximalwert der Bogenspitze wird gemessen. Die Differenz zwischen dem von der Messuhr gemessenen Maximalwert und dem Kalibrierwert ist die Bearbeitungszugabe. Das selbstgebaute Werkzeug zur Messung des Laufbahndurchmessers (siehe Abbildung 6) kann den tatsächlich verarbeiteten Laufbahndurchmesserwert genau messen und so Daten für das Designprozessdokument bereitstellen.

Abbildung 6: Selbstgebautes Messwerkzeug für den Laufbahndurchmesser

2 Messmethode für den Laufbahnbogenradius

Der Radius des Laufbahnbogens beträgt im Bild mm. Die Stahlkugel mit einem Durchmesser von 12.0 mm wird zur Messung am Boden der Laufrille platziert und mit der Fühlerlehre erfasst. Wenn festgestellt wird, dass der Bogenradius der Laufbahn qualifiziert ist und den Konstruktionsanforderungen entspricht.

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Durch die Analyse der Prozesseigenschaften dünnwandiger rotierender Metallteile und der Schlüsselelemente, die sich auf die Bearbeitungsqualität auswirken, erläutert Tuofa CNC Machining die Mängel der allgemeinen Vorrichtung für die CNC-Drehbearbeitung und übernimmt das optimierte Spannschema, die Werkzeuge und die CNC-Drehparameter bieten eine Reihe von Drehlösungen für dünnwandige Metallteile der Revolution. Die Praxis hat gezeigt, dass dieses Prozessschema für die Bearbeitung solch dünnwandiger Teile geeignet ist und die Verarbeitungsqualifikationsrate der Teile von 55 % auf 99.7 % verbessert wird.