Méthode de tournage de piste à rainure en arc à paroi mince de haute précision

Visant les caractéristiques du processus et les difficultés de tournage CNC des pièces métalliques rotatives à paroi mince, ainsi que les problèmes de faible efficacité et de taux qualifié d'utilisation de dispositifs de traitement général, un dispositif combiné spécial est conçu, qui peut augmenter l'uniformité de la force du serrage. les pièces. , Dans le Usinage CNC projet, des paramètres de tournage raisonnables sont adoptés pour garantir la précision d'usinage du profil de la pièce, et les problèmes de mauvaise rigidité des pièces métalliques rotatives à paroi mince et de déformation pendant le traitement sont résolus.

Les méthodes de tournage CNC supérieures augmentent l'efficacité

Les pièces métalliques tournantes à paroi mince présentent les caractéristiques de légèreté, d'économie de matériaux et de structure compacte, et sont largement utilisées dans le domaine aérospatial [1]. Les pièces métalliques rotatives à parois minces se déforment facilement en raison d'une mauvaise rigidité et d'une faible résistance des pièces lors du tournage. En raison de la sélection déraisonnable des outils et du mauvais serrage du montage, l'erreur géométrique augmente et des déformations se produisent pendant le processus d'usinage, et il n'est pas facile de garantir la qualité d'usinage des pièces.

Analyse du processus produit

Structure en 1 partie

Les parties métalliques du corps tournant de l'anti-buse (voir Figure 1), le matériau du produit est 30CrMnSiA et la dureté trempée et revenue est de 42-46HRC. Le diamètre maximum du produit est de 153 mm, la forme est conique, la cavité intérieure est une structure cylindrique avec dépouille, la position médiane est le chemin de roulement en arc de l'image de 147 mm et le cercle extérieur de φ4 mm forme une paroi mince de XNUMX mm. Dans le processus de tournage CNC, il est non seulement nécessaire d'assurer la précision d'usinage du chemin de roulement en arc, mais également de contrôler la déformation pour assurer la coaxialité du trou intérieur et du cercle extérieur par rapport au centre après l'usinage.

Figure 1 Pièces métalliques du corps tournant de l'anti-buse

2 Difficultés liées à la technologie de traitement

L'épaisseur de paroi de la pièce est inférieure à 1/13 de son ouverture et la rigidité du traitement est médiocre. La dimension clé est le chemin de roulement en arc, qui nécessite une petite plage de tolérance dimensionnelle. Le matériau est un acier trempé et revenu de haute dureté avec une dureté élevée. La pièce à paroi mince elle-même a une mauvaise rigidité, elle est difficile à serrer lors du tournage CNC et elle est facile à déformer, et les facteurs d'influence incluent la force de serrage, la force de coupe, la chaleur de coupe et la récupération élastique.

Par conséquent, le tournage de pièces à parois minces doit d’abord résoudre les problèmes de serrage et de découpe. Deuxièmement, il est nécessaire de résoudre le problème de la sélection raisonnable des porte-outils, des plaquettes et des paramètres de coupe dans le processus de traitement, et enfin de résoudre le problème de la détection des rainures balistiques des billes. La libération efficace de la chaleur de coupe et des contraintes internes entre les processus pendant le traitement peut garantir la qualité de traitement des pièces, et la rainure balistique de la bille peut être mesurée indirectement.

3 Analyse de la déformation de serrage du mandrin universel

Le dispositif le plus couramment utilisé pour serrer des pièces rotatives à tourner est le mandrin auto-centrant. Ce mandrin n'a généralement pas besoin d'être aligné lors du serrage de la pièce et la vitesse de serrage est rapide, mais lors du serrage de pièces à paroi mince, une pince commune à trois mâchoires est utilisée. La surface de la force de maintien est trop petite, ce qui appartient au contact ponctuel, et la force de serrage n'est pas uniforme, ce qui fait qu'une fois la pièce retirée, la cylindricité des diamètres intérieur et extérieur ne peut pas répondre aux exigences du processus. comme le montre l'image 2.

La figure 2a montre la pièce avant finition après usinage d'ébauche à trois griffes. Étant donné que le point de force principal est situé dans la partie de contact entre la griffe et la surface de serrage du produit, une déformation de serrage du produit se produit. La figure 2b montre qu'après l'usinage du trou intérieur de la pièce de serrage à trois mâchoires, en raison de la déformation du serrage, les résultats de mesure montrent que la rondeur du trou intérieur est qualifiée, mais que l'épaisseur de la paroi est inégale. La figure 2c montre la pièce après traitement et déchargement. À l'état naturel, après la disparition de la force de serrage, le cercle extérieur de la pièce redevient un cercle, mais le trou intérieur devient un prisme et le produit traité n'est pas qualifié.

Figure 2 Fixation universelle

a) Schéma d'ébauche et de serrage b) Schéma de finition après tournage c) Schéma des produits sous contrôle

4 L'ébauche et la finition sont réalisées séparément

L'ébauche et la finition des pièces sont effectuées séparément, et l'ébauche supprime autant que possible la surépaisseur, la force de coupe et la chaleur de coupe générées sont importantes, la température augmente rapidement lorsque la pièce est tournée et la déformation est importante. Un certain temps de refroidissement est complété entre l'ébauche et la finition pour éliminer la chaleur de coupe et les contraintes internes après usinage.

Schéma de technologie de traitement

Affinez la sélection d’outils et de plaquettes et optimisez les paramètres de coupe pour réduire les contraintes et la chaleur de coupe. En combinaison avec les facteurs de traitement ci-dessus affectant les pièces à paroi mince, les étapes de processus suivantes sont suivies lors du traitement de la buse inversée. La structure et la taille de la buse inversée sont illustrées à la figure 3.

Figure 3 Structure et taille de la buse inversée

1 Procédure de traitement

1) Matériau entrant : anneau φ160mm×φ125mm×72mm, le matériau est du forgeage 30CrMnSiA.

2) Tournage grossier : utilisez un mandrin auto-centrant universel pour maintenir le cercle extérieur de l'extrémité gauche de la pièce, et tournez le cercle extérieur de l'extrémité droite. La taille du produit fini est de mm sur l'image et elle est d'abord traitée à φ (157 ± 0.2) mm ; la taille du cercle extérieur de l'étape est dans l'image mm, premier processus à φ (144 ± 0.2) mm ; la taille du trou intérieur fini est celle de l'image mm, tournez d'abord à φ (129 ± 0.2) mm ; le diamètre du chemin de roulement fini est l'image mm, tournez d'abord à φ (136 ± 0.2) mm ; La profondeur du produit fini est de (20 ± 0.05) mm, et il est d'abord tourné à (22 ± 0.05) mm ; la longueur de la marche est garantie de mm et le chanfrein est de 0.5 mm × 45 °.

Un mandrin universel à centrage automatique est utilisé pour serrer le cercle extérieur de l'extrémité droite de la pièce et l'extrémité gauche est tournée. La taille du cercle extérieur fini est de mm sur l'image, d'abord tournée vers φ (151 ± 0.2) mm ; 144 ± 0.2) mm ; longueur totale de la pièce (65 ± 0.065) mm, d'abord tournée à (69 ± 0.2) mm ; longueur de pas (9 ± 0.08) mm, d'abord tournée à (13 ± 0.1) mm ; longueur du biseau taille finie (20 ± 0.08), premier tour à (22 ± 0.2) mm ; Angle de trou intérieur de rotation CNC 15 ° ± 10 ′, chanfreinage 0.5 mm × 45 °.

3) Traitement thermique de trempe et de revenu : Dureté de trempe et de revenu 42～46HRC.

4) Semi-finition : Après traitement thermique, les pièces sont semi-finies et le cercle extérieur à l'extrémité gauche de la pièce est serré par une griffe souple en forme d'éventail, et l'extrémité droite est traitée, laissant une finition de 0.5 mm. tolérance d'un côté et en tournant le cercle extérieur en mm sur la photo ; Image mm ; trou intérieur selon l'image mm ; chemin de roulement selon l'image mm ; profondeur de la pièce jusqu'à (20.5 ± 0.05) mm ; garantir la longueur du pas, taille de l'image mm, chanfrein 0.5 mm × 45°.

Utilisez la griffe de support intérieure pour soutenir le trou intérieur de l'extrémité droite, traitez l'extrémité gauche, laissez une marge de finition de 0.5 mm sur un côté, tournez le cercle extérieur vers l'image en mm ; le cercle extérieur de la marche par rapport à l'image mm ; la longueur totale de la pièce à (66 ± 0.065) mm ; la longueur de pas à (10 ± 0.08) mm ; longueur du biseau jusqu'à (20.5 ± 0.08) mm ; angle du trou intérieur 15 ° ± 10 ′ ; chanfreinage 0.5mm×45°. Retirez la pièce et laissez-la reposer pendant un certain temps pour libérer complètement la contrainte.

5) Tournage fin : Traitez le trou intérieur de la griffe souple en forme d'éventail au mm indiqué sur l'image et serrez le cercle extérieur de l'extrémité gauche de la pièce. La force de serrage ne doit pas être trop importante. Utilisez une clé dynamométrique pour le contrôler à (10 ± 1) N m et contrôlez la profondeur de coupe de chaque outil. En 0.15 ~ 0.2 mm. Tournez le cercle extérieur et le trou intérieur de l'extrémité droite pour vous assurer que l'image de la taille du cercle extérieur en mm et l'image en mm dans le dessin de conception sont en mm ; L'image de la taille du trou intérieur est en mm ; l'angle du trou intérieur est de 15° ± 8' ; L'image du diamètre balistique de la balle est de mm ; l'image de l'arc du chemin de roulement est en mm ; Largeur du chemin de rotation (20 ± 0.05) mm ; taille de pas garantie en mm ; chanfreinage 0.5mm×45°.

Utilisez la griffe souple en forme d'éventail pour soutenir le trou intérieur de l'extrémité droite de la pièce, et tournez le cercle extérieur et le trou intérieur de l'extrémité gauche pour vous assurer que la taille du cercle extérieur est de mm, la taille du cercle extérieur de la marche est mm, la dimension de longueur est de (65 ± 0.065) mm et la longueur du pas (9 ± 0.08) mm, l'angle du trou intérieur est de 15 ° ± 10 ′, la longueur du biseau est de (20 ± 0.08) mm et l'angle de chanfreinage est de 0.5 mm × 45°.

2 Amélioration du montage de la pièce.

Réalisez une griffe souple inclusive pour réduire la déformation de serrage de la pièce. Les dents d'extrémité au bas de la griffe souple sont positionnées sur le mandrin pour maintenir une précision d'installation répétée élevée. La griffe souple en forme de secteur est soudée sur le mandrin et alésée à un diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de la pièce. Le trou intérieur est généralement 0.02 à 0.04 mm plus grand que le diamètre extérieur de la pièce, ce qui maximise la zone de serrage et répartit uniformément la force de serrage sur la pièce, ce qui peut réduire efficacement la déformation de la pièce et garantir que les mâchoires sont étroitement combinées. avec la pièce à usiner. Pour assurer la stabilité du serrage. Comme le montre la figure 4.

Figure 4 Schéma de principe du dispositif pour l'usinage des trous intérieurs

Placez la buse inversée après la transformation CNC semi-finie en la griffe souple traitée et traitez l'étape d'extrémité droite et le trou intérieur. Ensuite, réalisez une paire de renforts circulaires (voir Figure 5) et utilisez le trou intérieur de mm de l'image de taille sur le côté droit de la figure 3 comme surface de serrage pour traiter les surfaces coniques intérieure et extérieure à l'extrémité gauche.

Figure 5 Diagramme schématique du support circulaire

3 Choisissez le bon outil

Pendant le processus de coupe, les performances du matériau de l'outil sont étroitement liées à l'efficacité de coupe et à la qualité de la surface usinée. Par conséquent, choisir un outil raisonnable peut garantir la qualité et l’efficacité de la production du produit. Le tableau 1 montre les outils d'usinage que l'auteur a explorés au cours du processus d'usinage. Par rapport aux outils précédemment sélectionnés, il peut mieux réduire la génération de force de coupe et contrôler efficacement la déformation des pièces.

Tableau 1 Outils d'usinage et nuances

4 Choisissez des paramètres de coupe raisonnables

En fonction du matériau de la pièce, des exigences de taille et des exigences de rugosité de surface, déterminez les paramètres de coupe, voir le tableau 2.

Tableau 2 Paramètres de coupe
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Inspection et mesure

1 Méthode de mesure du diamètre du chemin de roulement

Le diamètre du chemin de roulement de conception est l'image en mm, et le pied à coulisse ordinaire ne peut pas être mesuré directement en raison de limitations structurelles, un outil d'inspection spécial doit donc être fabriqué et la méthode de comparaison est utilisée pour la mesure. La méthode spécifique est la suivante : retirez l'écrou d'extrémité du comparateur à cadran avec une précision de mesure minimale de 0.01 mm et une plage de 10 mm, fabriquez une tige d'extension faite maison d'un diamètre de 8 mm et d'une longueur de 25 mm, et comptez sur un M2.5. vis à tête creuse. Fixez-le, connectez-le au comparateur à cadran, traitez l'autre extrémité de la tige d'extension en un arc d'un rayon de 4 mm, faites en sorte que la longueur de la vis reliée au comparateur à cadran soit > 140 mm et ajustez le micromètre de diamètre extérieur avec une plage. de 125-150 mm à 139 mm, calibrez le comparateur.

Lorsque vous utilisez l'indicateur à cadran pour mesurer le diamètre du chemin de roulement, le cadran fait face à l'opérateur et la valeur maximale du sommet de l'arc est mesurée. La différence entre la valeur maximale mesurée par le comparateur à cadran et la valeur d'étalonnage est la surépaisseur d'usinage. L'outil de mesure du diamètre du chemin de roulement fabriqué par nos soins (voir Figure 6) peut mesurer avec précision la valeur réelle du diamètre du chemin de roulement traité, fournissant ainsi des données pour le document du processus de conception.

Figure 6 Outil de mesure fait maison pour le diamètre du chemin de roulement

2 Méthode de mesure du rayon de l'arc du chemin de roulement

Le rayon de l'arc du chemin de roulement est de mm sur la photo. La bille d'acier de φ12.0 mm est placée au fond de la rainure du chemin de roulement pour la mesure, et la jauge d'épaisseur est utilisée pour la détecter. Lorsque , il est jugé que le rayon d'arc du chemin de roulement est qualifié et répond aux exigences de conception.

Aperçu de l'usinage CNC Tuofa - tuofa-cncmachining.com

En analysant les caractéristiques du processus des pièces métalliques rotatives à paroi mince et les éléments clés qui affectent la qualité de l'usinage, l'usinage CNC Tuofa expose les défauts du montage général pour l'usinage par tournage CNC et adopte le schéma de serrage optimisé, les outils et les paramètres de tournage CNC pour proposer un ensemble de solutions de tournage pour pièces métalliques de révolution à parois fines. La pratique a montré que ce schéma de traitement est adapté au traitement de telles pièces à paroi mince, et ce schéma améliore le taux de qualification de traitement des pièces de 55 % à 99.7 %.