ZCCCT: mecanizado eficiente por control numérico de partes estructurales de aleación de titanio para aviación.

Las aleaciones de titanio se utilizan cada vez más en la industria de la aviación debido a su alta resistencia, buenas propiedades mecánicas y fuerte resistencia a la corrosión. Con la creciente proporción de aleaciones de titanio en las aeronaves, el impacto del control numérico de la eficiencia de procesamiento de partes estructurales aeroespaciales de aleación de titanio en las empresas de fabricación de aviación también está aumentando. La aleación de titanio es un material difícil de mecanizar. Su maquinabilidad relativa es de 0, 15 a 0, 25 y la eficiencia de procesamiento es solo del 10% en comparación con la aleación de aluminio. Por lo tanto, la baja eficiencia de procesamiento de las piezas estructurales aeroespaciales de aleación de titanio restringe severamente la producción en masa de aviones modernos. Lograr un mecanizado eficiente de las partes estructurales aeroespaciales de aleación de titanio se ha convertido en una preocupación común para las empresas de fabricación aeroespacial, los fabricantes de equipos CNC y los fabricantes de herramientas.

Rendimiento de corte de la aleación de titanio.

La aleación de titanio tiene características de buenas propiedades mecánicas, fuerte resistencia a la corrosión y baja gravedad específica. Sin embargo, en el mecanizado, el rendimiento de corte de la aleación de titanio es muy pobre, principalmente en los siguientes aspectos:

(1) Alta fuerza de corte. Los materiales de aleación de titanio tienen alta resistencia y una gran resistencia al corte, lo que resulta en una gran cantidad de calor de corte en el filo de corte.

(2) Baja conductividad térmica. La aleación de titanio tiene baja difusividad térmica, por lo que una gran cantidad de calor de corte se concentra en el área de corte.

(3) Estrés pesado en la punta de la herramienta. La aleación de titanio tiene baja plasticidad, y las virutas generadas durante el mecanizado son muy fáciles de doblar, lo que resulta en un contacto corto entre las virutas y la superficie de arranque, haciendo que la fuerza unitaria en el borde de corte incremente y se produzca una concentración de estrés en la punta de la herramienta.

(4) Alta fricción. La aleación de titanio tiene un módulo de elasticidad pequeño, lo que provoca un aumento de la fricción entre la cara de arranque y la cara del flanco.

(5) Alta actividad química. A altas temperaturas de corte, el titanio puede reaccionar fácilmente con gases como el hidrógeno, oxígeno y nitrógeno presentes en el aire para formar una capa dura en la superficie y acelerar el desgaste de la herramienta.

Equipo de procesamiento eficiente para aleaciones de titanio.

Para cumplir con el procesamiento eficiente de piezas estructurales de aleación de titanio, el nuevo equipo de procesamiento de aleaciones de titanio muestra las siguientes tendencias de desarrollo:

(1) Alto par de torsión. La aleación de titanio tiene alta resistencia y fuerza de corte durante el mecanizado. Una de las características evidentes de las máquinas herramienta de procesamiento de aleaciones de titanio es el alto par de torsión del husillo y el par de torsión del ángulo de oscilación.

(2) Aplicación de husillo eléctrico. Se han aplicado husillos eléctricos de alta potencia y alto par de torsión al procesamiento de aleaciones de titanio.

(3) Uso de centros de mecanizado horizontales para el procesamiento de aleaciones de titanio. El centro de mecanizado horizontal es conveniente para la eliminación de virutas, lo que favorece la mejora de la eficiencia y calidad del procesamiento. La mesa de trabajo intercambiable facilita el mecanizado en múltiples estaciones y permite configurar líneas de producción flexibles para mejorar la utilización del equipo.

(4) Refrigeración interna de alta presión. Durante el mecanizado de aleaciones de titanio, el calor de corte se concentra en la punta, lo que puede provocar desgaste o daños en la herramienta. La refrigeración interna de alta presión puede rociar con precisión el área de corte para eliminar el calor de corte.

Herramientas de corte eficientes para el mecanizado de aleaciones de titanio.

La maquinabilidad de la aleación de titanio es deficiente y la velocidad de corte de los métodos de procesamiento tradicionales generalmente no supera los 60 m/min. El mecanizado en bruto de las aleaciones de titanio se realiza principalmente mediante una gran profundidad de corte, baja velocidad y baja avance para lograr la máxima tasa de remoción de metal. Se utilizan herramientas de corte de carburo recubiertas con PVD para el acabado en fresado de alta velocidad con un ancho de corte pequeño y una gran profundidad de corte para obtener un corte eficiente. Por lo tanto, las herramientas de mecanizado de aleaciones de titanio se centran principalmente en cómo evitar las vibraciones, reducir la fuerza de corte y disminuir la temperatura de corte durante el corte intenso.

(1) Fresado de cara en aleaciones de titanio: Cuando se realiza el fresado de cara en piezas de aleaciones de titanio, se utiliza un fresado con una pequeña profundidad de corte y un avance grande para obtener un procesamiento eficiente. El principio del fresado de avance alto consiste en reducir el ángulo principal de deflexión de la herramienta, de manera que esta pueda mantener un espesor de viruta pequeño incluso con altos avances, lo que permite reducir la fuerza de corte a altos avances y lograr una baja velocidad de corte. Se obtiene un gran avance, aumentando así la tasa de remoción de metal por unidad de profundidad de corte. Al mismo tiempo, la parte de la fuerza de corte se dirige verticalmente hacia arriba, la fuerza tangencial es pequeña y el consumo de energía también es bajo. Este método de procesamiento no requiere una alta potencia ni rigidez de la máquina herramienta, y se utiliza ampliamente.

(2) Procesamiento de cavidades en aleaciones de titanio: La cavidad ranurada es una característica principal de las partes estructurales aeroespaciales de aleaciones de titanio. La tasa de remoción de material es alta y la carga de trabajo es grande. Por lo tanto, el procesamiento de cavidades ranuradas es clave para el procesamiento eficiente de piezas de aleaciones de titanio. Un método efectivo para desbaste de aleaciones de titanio es realizar un corte fuerte con una gran profundidad de corte, baja velocidad y bajo avance para obtener la máxima tasa de remoción de metal. En la actualidad, las herramientas de fresado potentes para el desbaste de aleaciones de titanio que ofrecen la mayor eficiencia son ampliamente utilizadas.

(3) Tecnología de procesamiento de filetes: Con el fin de reducir el peso de la aeronave, generalmente los filetes en las esquinas de las ranuras de la estructura de la aeronave son pequeños, lo que requiere el uso de una fresa con un diámetro más pequeño para el procesamiento. Debido a la cantidad de corte abrupta en el filete, la fuerza de corte varía significativamente. En caso de fuerzas de corte abruptas, la herramienta puede generar fácilmente vibración e incluso astillarse, lo que resulta en un desgaste severo de la herramienta y baja eficiencia de mecanizado. El fresado en penetración es la mejor manera de resolver la eficiencia del procesamiento de esquinas. El proceso de fresado en penetración tiene menos vibración que el fresado convencional y el método de corte tiene una alta eficiencia para eliminar la holgura de las esquinas. La inserción y fresado en las esquinas mediante herramientas de inserción y fresado con diferentes diámetros permite eliminar la mayor parte del margen restante de las esquinas, y luego utilizar la fresa de extremo para eliminar los residuos generados por el proceso de inserción y fresado, lo que puede mejorar considerablemente la eficiencia de procesamiento.

(4) Tecnología de fresado lateral de precisión: Al terminar la pared lateral, se utiliza la interrupción del fresado para lograr el corte a alta velocidad y mejorar la calidad superficial y la eficiencia de procesamiento de la pieza. Al terminar el lateral, debido al ancho de corte pequeño, el tiempo de corte para cada revolución de las plaquitas del cortador es muy corto, es decir, el tiempo de enfriamiento es muy largo. En caso de un enfriamiento suficiente, se puede controlar eficazmente la temperatura de corte, por lo que se puede aumentar considerablemente la velocidad de corte para mejorar la eficiencia de procesamiento. El fresado y acabado a alta velocidad de aleaciones de titanio puede mejorar considerablemente la eficiencia y precisión del mecanizado.

(5) Tecnología de optimización de simulación: La asignación de corte de las piezas estructurales de aleación de titanio se modificará continuamente durante el mecanizado bruto. El programa de control numérico (NC) compilado por el software CAM actual solo puede establecer parámetros de corte fijos. Con el fin de evitar el impacto del programa local en la herramienta y la máquina debido a una cantidad excesiva de corte, el método general es reducir los parámetros totales de corte para garantizar la vida útil de la herramienta y la calidad de la pieza. Por lo tanto, la eficiencia del procesamiento es extremadamente baja. La tecnología de optimización de simulación de Vericut puede resolver este problema de manera efectiva. Vericut configura la biblioteca de optimización de parámetros de corte y se utiliza para la simulación. A través de la simulación, se estiman las tolerancias y condiciones de corte reales, y se optimizan los parámetros de corte en el programa de acuerdo con las tolerancias y condiciones de corte. Esto no solo prolonga la vida útil de la herramienta y garantiza la calidad de las piezas, sino que también mejora la eficiencia del procesamiento.