ZCCCT－Эффективная обработка с ЧПУ деталей авиационных конструкций из титановых сплавов.

Титановые сплавы находят все более широкое применение в авиационной промышленности благодаря своей высокой прочности, хорошим механическим свойствам и стойкости к коррозии. С увеличением доли титановых сплавов в авиационной промышленности возрастает влияние численного управления эффективностью обработки деталей аэрокосмических конструкций из титановых сплавов на авиационные компании-производители. Титановый сплав - труднообрабатываемый материал. Его относительная обрабатываемость составляет от 0,15 до 0,25, а эффективность обработки составляет всего 10% по сравнению с алюминиевым сплавом. Таким образом, низкая эффективность обработки деталей аэрокосмических конструкций из титановых сплавов серьезно ограничивает массовое производство современных самолетов. Обеспечение эффективной обработки деталей аэрокосмических конструкций из титановых сплавов стало общей задачей для предприятий аэрокосмической промышленности, производителей оборудования с ЧПУ и инструментов.

Режущая способность титанового сплава.

Титановый сплав обладает хорошими механическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью и малым удельным весом. Однако при механической обработке характеристики резания титанового сплава очень низкие, главным образом, в следующих аспектах:

(1) Высокая сила резания. Материалы из титановых сплавов обладают высокой прочностью и высокой стойкостью к резанию при резке, что приводит к выделению большого количества тепла на режущей кромке;

(2) Низкая теплопроводность. Титановый сплав обладает низким коэффициентом теплопроводности, и в зоне резания концентрируется большое количество тепла, выделяемого при резании;

(3) Острие лезвия подвергается большой нагрузке. Титановый сплав обладает низкой пластичностью, а стружка, образующаяся в результате механической обработки, очень легко изгибается, что приводит к небольшой длине контакта стружки с режущей поверхностью, поэтому на единицу площади режущей кромки приходится повышенное усилие, что приводит к концентрации напряжений на кончике;

(4) Высокое трение. Титановый сплав обладает малым модулем упругости, что приводит к повышенному трению между передней и боковой поверхностями;

(5) Высокая химическая активность. При высоких температурах резания титан может легко вступать в реакцию с такими газами, как водород, кислород и азот, содержащимися в воздухе, образуя твердый слой на поверхности и ускоряя износ инструмента.

Эффективное оборудование для обработки титановых сплавов.

Для обеспечения эффективной обработки конструкционных деталей из титановых сплавов новое оборудование для обработки титановых сплавов демонстрирует следующие тенденции развития:

(1) Высокий крутящий момент. Титановый сплав обладает высокой прочностью и высоким усилием резания при обработке. Одной из очевидных характеристик станков для обработки титановых сплавов является большой крутящий момент шпинделя и угол поворота.

(2) Применение электрического шпинделя. Для обработки титановых сплавов используются мощные электрические шпиндели с высоким крутящим моментом.

(3) Для обработки титановых сплавов используется горизонтальный обрабатывающий центр. Горизонтальный обрабатывающий центр удобен для удаления стружки, что способствует повышению эффективности и качества обработки. Сменный рабочий стол позволяет легко выполнять многопозиционную обработку и настраивать гибкие производственные линии для повышения эффективности использования оборудования.

(4) Внутреннее охлаждение под высоким давлением. При обработке титанового сплава тепло от резания концентрируется на кончике, что легко может привести к износу или повреждению инструмента. Внутреннее охлаждение под высоким давлением позволяет точно распределить тепло, выделяющееся при резании.

Эффективный режущий инструмент для механической обработки из титанового сплава.

Титановый сплав плохо поддается резанию, а скорость резания при традиционных методах обработки обычно не превышает 60 м/мин. При черновой обработке титановых сплавов в основном используется метод с большой глубиной резания, низкой скоростью и низкой подачей для получения максимальной скорости съема металла. Твердосплавные режущие инструменты с PVD-покрытием используются для чистовой обработки при высокоскоростном фрезеровании с малой шириной резания и большой глубиной резания для обеспечения эффективного резания. Поэтому обрабатывающие инструменты из титановых сплавов в основном ориентированы на то, чтобы избежать дребезжания, снизить усилие резания и температуру резания при резке с высокой нагрузкой:

(1) Торцевое фрезерование из титановых сплавов: при торцевом фрезеровании деталей из титановых сплавов для эффективной обработки используется фрезерование с малой глубиной резания и большой подачей. Принцип фрезерования с высокой подачей заключается в уменьшении основного угла отклонения инструмента, что позволяет инструменту сохранять небольшую толщину стружки при высоких подачах. Чтобы уменьшить усилие резания при высоких подачах и достичь низкой скорости резания, обеспечивается большая подача, что увеличивает скорость съема металла на единицу глубины резания. При этом часть усилия резания направлена вертикально вверх, тангенциальное усилие невелико, и потребляемая мощность также невелика. Этот способ обработки не требует высокой мощности и жесткости станка и широко применяется.

(2) Обработка полостей из титановых сплавов: щелевая полость является основной особенностью деталей аэрокосмических конструкций из титановых сплавов. Скорость удаления материала высока, а нагрузка велика. Таким образом, обработка щелевых полостей является ключом к эффективной обработке деталей из титановых сплавов. Надежное резание с большой глубиной резания, низкой скоростью и малой подачей для получения максимальной скорости съема металла является эффективным методом черновой обработки титановых сплавов. В настоящее время для черновой обработки титановых сплавов широко используются мощные фрезы с максимальной производительностью по сравнению с кукурузными фрезами.

(3) Технология обработки со скруглением: чтобы уменьшить вес самолета, скругление в углу паза конструкции самолета обычно небольшое, и для обработки требуется фреза меньшего диаметра. Из-за резкого резания на скруглении усилие резания сильно варьируется. При резком резании инструмент легко вибрирует и даже оставляет сколы, что приводит к серьезному износу инструмента и снижению эффективности обработки. Фрезерование с углублением - лучший способ повысить эффективность обработки углов. Процесс погружного фрезерования характеризуется меньшей вибрацией, чем обычное фрезерование, а метод резки обеспечивает высокую эффективность при удалении углового припуска. Вставка и фрезерование углов с помощью вставных и фрезерных инструментов разного диаметра можно удалить большую часть оставшегося края углов, а затем использовать концевую фрезу для удаления остатков, образующихся при вставке и фрезеровании, что может значительно повысить эффективность обработки.

(4) Технология прецизионного бокового фрезерования: при чистовой обработке боковой стенки прерывание фрезерования используется для достижения цели высокоскоростной резки с целью улучшения качества поверхности и эффективности обработки детали. При чистовой обработке боковой поверхности из-за небольшой ширины резания время резания на каждый оборот зубьев фрезы очень короткое, то есть время охлаждения очень большое. При достаточном охлаждении можно эффективно регулировать температуру резания, что позволяет значительно увеличить скорость резания для повышения эффективности обработки. Высокоскоростная резка и чистовая обработка титановых сплавов может значительно повысить эффективность и точность обработки.

(5) Технология оптимизации и моделирования: припуск на резание конструкционных деталей из титанового сплава будет постоянно изменяться во время черновой обработки. Программа ЧПУ, составленная с помощью текущего программного обеспечения CAM, может устанавливать только фиксированные параметры резания. Чтобы избежать воздействия локальной программы на инструмент и станок из-за чрезмерного объема резания, общий метод заключается в снижении общих параметров резания для обеспечения стойкости инструмента и качества детали, что приводит к крайне низкой эффективности обработки. Технология оптимизации имитационного моделирования Vericut может хорошо решить эту проблему. Библиотека оптимизации параметров резания настраивается программным обеспечением Vericut, и это программное обеспечение используется для моделирования. В ходе моделирования вычисляются фактические припуски на обработку и условия резания, а параметры резания в программе оптимизируются в соответствии с припусками на обработку и условиями резания. Это не только продлевает срок службы инструмента, гарантирует качество деталей, но и повышает эффективность обработки.