Yuqori oqimli frezalash (HFM) - bu murakkab ishlov berish strategiyasi bo'lib, u kompyuterning raqamli boshqaruvi (CNC) bilan ishlov berish sohasida, ayniqsa titanium qotishmalari kabi qiyin materiallar uchun sezilarli tortishuvga erishdi. O'zining kuchli-og'irlik nisbati, korroziyaga chidamliligi va yuqori haroratga chidamliligi bilan mashhur titanium qotishmalari aerokosmik, biotibbiyot va avtomobilsozlik kabi sohalarda keng qo'llaniladi. Biroq, ularning past issiqlik o'tkazuvchanligi, yuqori kimyoviy reaktivligi va ishlov berish jarayonida qattiq ishlashga moyilligi yuqori beslemeli frezalash kabi ilg'or texnikani talab qiladigan noyob muammolarni keltirib chiqaradi. Ushbu maqola yuqori beslemeli frezalashni optimallashtirish va qo'llashni o'rganadi CNC ishlov berish titanium qotishmalari uchun maxsus ishlab chiqilgan dasturlar, asosiy tamoyillarni, kesish parametrlarini, asboblar dizaynini, mashina dinamikasini va amaliy qo'llanmalarni o'rganadi. Muhokamaning ilmiy jiddiyligini oshirish uchun ishlov berish strategiyalari, asboblar materiallari va ishlash ko'rsatkichlarini batafsil taqqoslash jadval shaklida taqdim etiladi.

Yuqori yemli frezalash tamoyillari

Yuqori beslemeli frezalash - ishlov beriladigan qismning aşınmasını va termal shikastlanishini minimallashtirganda yuqori materiallarni olib tashlash tezligiga (MRR) erishish uchun kichik chuqurlikdagi kesish, yuqori besleme tezligi va maxsus asbob geometriyalaridan foydalanish bilan tavsiflangan ishlov berish usuli. An'anaviy frezalashdan farqli o'laroq, ko'pincha kesishning katta chuqurligi va o'rtacha besleme tezligiga tayanadi, HFM sayoz eksenel chuqurlikdan (odatda 0.5-2 mm) foydalanadi va har bir tish uchun sezilarli darajada yuqori besleme qiymatiga ega (ko'pincha 1 mm / tishdan oshadi). Ushbu yondashuv kesish kuchlarini asosan eksenel yo'nalishga siljitadi, asbob va ish qismidagi radial kuchlarni kamaytiradi, bu titan qotishmalarini qayta ishlashda ayniqsa foydalidir.

HFM mexanikasi chiplarni yupqalash kontseptsiyasiga asoslanadi, bu erda kesish asbobining geometriyasi (ko'pincha kichik burchak burchagi (10-15 °) yoki kavisli kesish qirrasi) oziqlanish tezligiga nisbatan ingichka chip qalinligini keltirib chiqaradi. Bu kesish paytida hosil bo'ladigan issiqlikni pasaytiradi, bu titanium qotishmalari uchun muhim omil bo'lib, ular issiqlik o'tkazuvchanligi taxminan 7-20 Vt / m · K (po'latning 40-50 Vt / m · K bilan solishtirganda). Titanning past issiqlik o'tkazuvchanligi issiqlikning asbob va ishlov beriladigan qism interfeysida to'planishiga olib keladi, bu asbobning aşınmasını tezlashtiradi va sirt yaxlitligini buzishi mumkin. Besleme tezligi va kesish chuqurligini optimallashtirish orqali HFM bu termal effektlarni yumshatadi, asbobning ishlash muddatini va ishlov berish samaradorligini oshiradi.

Titan qotishmalari: Materiallar xususiyatlari va ishlov berish muammolari

Ti-6Al-4V (5-sinf), Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Ti-6242) va Ti-10V-2Fe-3Al (Ti-1023) kabi titanium qotishmalari mikro tuzilishiga koʻra alfa, alfa-beta va beta fazalarga boʻlinadi. Ti-6Al-4V, alfa-beta qotishmasi, muvozanatli mexanik xususiyatlari tufayli titandan foydalanishning 50% dan ortig'ini tashkil qiladi: taxminan 900-1000 MPa valentlik kuchi, 830-900 MPa oquvchanlik va 10-15% cho'zilish. Biroq, bu qotishmalar CNC ishlov berishni murakkablashtiradigan bir nechta xususiyatlarga ega:

1. Past issiqlik o'tkazuvchanligi: Ta'kidlanganidek, titanning yomon issiqlik tarqalishi kesish zonasida ko'tarilgan haroratga olib keladi, ko'pincha 1000 ° C dan oshadi, bu esa asboblarning aşınmasını tezlashtiradi.
2. Yuqori kimyoviy reaktivlik: Titan sementlangan karbidlardagi kobalt yoki atmosferadagi kislorod kabi asbob materiallari bilan reaksiyaga kirishib, titanium oksidlari yoki kesish asboblarini buzadigan diffuziya qatlamlarini hosil qiladi.
3. Ishni qattiqlashtirish: Materialning deformatsiya paytida qotib qolish tendentsiyasi kesish kuchlarini oshiradi va asbobning tirqishi yoki parchalanishiga yordam beradi.
4. Past elastiklik moduli: Taxminan 110 GPa da (po'latning 200 GPa bilan solishtirganda) titanning egiluvchanligi o'lchov aniqligiga ta'sir ko'rsatuvchi tebranish va tebranishlarni keltirib chiqaradi.

Yuqori beslemeli frezalash issiqlik kiritishini kamaytirish, asbob-ishlab chiqarish qismining aloqa vaqtini minimallashtirish va kesish kuchlarini samarali boshqarish uchun kesish sharoitlarini optimallashtirish orqali ushbu muammolarni hal qiladi.

Yuqori yemli frezalash parametrlarini optimallashtirish

Titanium qotishmalari uchun HFM ni optimallashtirish kesish parametrlarini, asboblar materiallarini va mashina sozlamalarini tanlashga tizimli yondashuvni o'z ichiga oladi. Asosiy o'zgaruvchilarga kesish tezligi (Vc), tish boshiga o'tish (fz), kesishning eksenel chuqurligi (ap), kesishning radial chuqurligi (ae) va asbob yo'li strategiyasi kiradi. Ushbu parametrlar MRRni maksimal darajada oshirish, asboblarning aşınmasını kamaytirish va sirt sifatini ta'minlash uchun muvozanatlangan bo'lishi kerak, odatda aerokosmik komponentlar uchun 0.8 mkm dan past pürüzlülük (Ra) qiymatlari bilan o'lchanadi.

Kesish tezligi (Vc)

Daqiqada metrda (m/min) ifodalangan kesish tezligi asbobning ishlash muddati va issiqlik hosil bo'lishiga ta'sir qiluvchi muhim parametrdir. Titan qotishmalari uchun HFMda tavsiya etilgan kesish tezligi odatda 40-80 m/min oralig'ida bo'ladi, bu titanning termal sezgirligi tufayli po'latlarga (100-200 m/min) nisbatan ancha past. Haddan tashqari tezlik haroratni oshirib, asboblarning diffuziya aşınmasına yordam beradi, haddan tashqari konservativ tezlik esa mahsuldorlikni pasaytiradi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, 50-60 m / min Vc qoplamali karbid asboblari bilan birlashtirilganda Ti-6Al-4V uchun optimal muvozanatga erishadi.

Har bir tish uchun ozuqa (fz)

HFMda har bir tish uchun ozuqa odatda 0.5-2.0 mm / tishni tashkil qiladi, bu an'anaviy frezalash qiymatlaridan (0.1-0.3 mm / tish) ancha yuqori. Bu yuqori oziqlantirish tezligi tish boshiga issiqlik va kesish kuchlarini kamaytirish uchun chiplarni yupqalashdan foydalanadi. Titan uchun, asbob diametri va qattiqligiga qarab, odatda 1.0-1.5 mm / tish bo'lgan besleme tezligi idealdir. Yuqori oqimlar MRR ni oshiradi, lekin chalkashmaslik uchun mustahkam mashina shpindellari va barqaror sozlashlarni talab qiladi.

Kesish chuqurligi (ap va ae)

HFMda kesishning eksenel chuqurligi (ap) radial kuchlar va issiqlik hosil bo'lishini minimallashtirish uchun sayoz, odatda 0.5-1.5 mm saqlanadi. Kesishning radial chuqurligi (ae) yoki bosqichma-bosqich, operatsiyaga (qo'pol ishlov berish va pardozlash) qarab, asbob diametrining 20-70% gacha o'zgarib turadi. Titanni qo'pol ishlov berish uchun 50-60% ae MRRni maksimal darajada oshiradi va asbob barqarorligini saqlaydi.

Asboblar yo'li strategiyalari

Troxoidal frezalash, spiral ramping yoki moslashuvchan tozalash kabi asboblar yo'lini tanlash HFMni optimallashtirishda muhim rol o'ynaydi. Troxoidal frezalash, dumaloq asboblar yo'llari bilan, izchil chip yuklarini ushlab turadi va to'satdan kuch ko'tarilishini kamaytiradi, bu uni titanning tebranish sezgirligi uchun ideal qiladi. Moslashuvchan tozalash ae-ni dinamik ravishda moslashtirib, asbobning doimiy ishlashini ta'minlaydi va samaradorlikni yanada oshiradi.

Asbob dizayni va materiallari

Titan qotishmalari uchun HFM muvaffaqiyati tegishli geometriya va materiallarga ega bo'lgan kesish asboblarini tanlashga bog'liq. Yuqori ozuqa tegirmonlari odatda past burchakli burchakka (10-15 °), bir nechta nayzaga (4-6) va eksenel kuchlarga bardosh beradigan mustahkam yadroga ega. Umumiy asboblar materiallariga quyidagilar kiradi:

1. Qoplangan karbid: TiAlN (titanium alyuminiy nitridi) yoki AlCrN (alyuminiy xrom nitridi) kabi qoplamali volfram karbid 900 ° C gacha mukammal aşınma qarshiligini ta'minlaydi. TiAlN oksidlanishga chidamliligi tufayli titan uchun keng qo'llaniladi.
2. Polikristal olmos (PCD): PCD asboblari yuqori qattiqlik va issiqlik o'tkazuvchanligini ta'minlaydi, ammo qo'pol ishlov berish uchun xarajatlarni cheklaydi.
3. Kub bor nitridi (CBN): CBN titanni yuqori tezlikda tugatish uchun javob beradi, lekin xarajat va mo'rtlik tufayli HFMda kamroq tarqalgan.

Asbob qoplamalari ishqalanishni kamaytiradi va titaniumning asbob yuzasiga yopishishini oldini oladi, bu hodisa "gallash" deb nomlanadi. Masalan, TiAlN bilan qoplangan asboblar 0.3-0.4 ishqalanish koeffitsientini ko'rsatadi, qoplanmagan karbid uchun 0.6-0.8.

Mashina dinamikasi va sozlash

HFM titanning tebranish tendentsiyalarini boshqarish uchun yuqori shpindel quvvatiga (15–30 kVt), qattiqlik va damping sig'imiga ega CNC mashinalarini talab qiladi. 8,000 15,000–2 195 rpm shpindel tezligi odatiy bo'lib, moment egri chiziqlari past aylanishli, yuqori besleme sharoitlari uchun optimallashtirilgan. Sovutgich strategiyalari - toshqinni sovutish, minimal miqdordagi moylash (MQL) yoki suyuq azot bilan kriogen sovutish - samaradorlikka yanada ta'sir qiladi. Kriogen sovutish, LN30 ni -50 ° C da etkazib berish, kesish haroratini 200-XNUMX% ga kamaytiradi, ba'zi tadqiqotlarda asbobning ishlash muddatini XNUMX% gacha uzaytiradi.

Sanoatdagi amaliy qo'llanmalar

Titan qotishmalarini yuqori quvvatli frezalash aerokosmosda turbinalar, konstruktiv ramkalar va qo'nish kabi komponentlar uchun keng qo'llaniladi. tishli, bu erda Ti-6Al-4V ustunlik qiladi. Biyomedikal muhandislikda HFM titanning biomoslashuvidan foydalangan holda murakkab geometriyali implantlarni ishlab chiqaradi. Avtomobil ilovalari engil titaniumli egzoz tizimlari va suspenziya qismlarini o'z ichiga oladi, bu erda HFM ishlab chiqarish vaqtini qisqartiradi.

Qiyosiy tahlil: HFM va an'anaviy frezalash

Quyidagi jadvallar eksperimental ma'lumotlar va sanoat standartlari asosida titanium qotishmalari uchun HFM va an'anaviy frezalashning batafsil taqqoslashlarini taqdim etadi.

1-jadval: Kesish parametrlarini solishtirish

2-jadval: Asbobning ishlash muddati va sirt sifati

3-jadval: Xarajatlar va samaradorlik ko'rsatkichlari

Case Studies va Experimental Insights

2023 yilda Milliy standartlar va texnologiyalar instituti (NIST) tomonidan o'tkazilgan tadqiqotda Ti-6Al-4V aerokosmik braketi uchun HFM va an'anaviy frezalash solishtirildi. 5 mm yuqori to'sar (TiAlN bilan qoplangan) bo'lgan 12 eksa CNC mashinasi yordamida HFM Vc = 75 m / min, fz = 55 mm / tish va ap = 1.2 mm da MRR 1 sm³ / min ga erishdi, asbobning ishlash muddati 85 daqiqa. Vc = 16 m / min, fz = 40 mm / tish va ap = 0.2 mm da 3 mm so'nggi tegirmon bilan an'anaviy frezalash MRR 35 sm³ / min va asbobning ishlash muddati 30 daqiqani tashkil etdi. Yuzaki pürüzlülük HFM uchun 0.6 mkm va an'anaviy frezalash uchun 1.5 mkm bo'lib, HFM ning titan uchun ustunligini ta'kidladi.

Kengaytirilgan optimallashtirish texnikasi

1. Cheklangan elementlar tahlili (FEA): FEA modellari kesish kuchlarini, issiqlik taqsimotini va asbob burilishlarini simulyatsiya qiladi, bu esa ishlov berishdan oldin parametrlarni optimallashtirish imkonini beradi. Ti-6Al-4V uchun FEA an'anaviy frezalashda 500-800 N ga nisbatan HFMda 1200-1500 N cho'qqi kuchlarini bashorat qiladi.
2. Mashin o'rganish (ML): ML algoritmlari besleme tezligini dinamik ravishda sozlash uchun CNC sensorlaridan real vaqt rejimidagi ma'lumotlarni tahlil qiladi (tebranish, harorat, kuch), samaradorlikni 15-20% ga oshiradi.
3. Gibrid ishlov berish: HFMni ultratovushli tebranish yoki lazer yordamida frezalash bilan birlashtirish kesish kuchlarini 25-30% ga kamaytiradi, ayniqsa beta-fazali titanium qotishmalari uchun.

Kelajakdagi yo'nalishlar

Titan qotishmalari uchun HFM kelajagi Industry 4.0 texnologiyalari - o'rnatilgan sensorlar bilan aqlli asboblar, real vaqtda simulyatsiya uchun raqamli egizaklar va barqaror sovutish tizimlarini integratsiyalashda yotadi. Nanokompozit qatlamlar (masalan, TiSiN) kabi asboblar qoplamalaridagi yutuqlar aşınma qarshiligini yanada yaxshilashni va'da qiladi. Kosmosni tadqiq qilishda titandan foydalanish ortib borayotganligi sababli (masalan, SpaceX Starship komponentlari), HFMni optimallashtirish muhim tadqiqot sohasi bo'lib qoladi.

Xulosa

Yuqori beslemeli frezalash titanium qotishmalarini CNC ishlov berishda paradigmaning o'zgarishini ifodalaydi, bu yuqori mahsuldorlik, uzoqroq asbob ishlash muddati va yuqori sirt sifatining kuchli kombinatsiyasini taklif qiladi. Optimallashtirilgan parametrlar, ilg'or asboblar va mustahkam mashina sozlamalaridan foydalangan holda, HFM titanning o'ziga xos qiyinchiliklarini engib, uni nozik sanoat uchun ajralmas qiladi. Bu erda keltirilgan batafsil taqqoslashlar va ilmiy tushunchalar uning o'zgaruvchan salohiyatini ta'kidlab, kengroq qabul qilish va doimiy takomillashtirishga yo'l ochadi.

Qayta chop etish bayonoti: Agar maxsus ko'rsatmalar bo'lmasa, ushbu saytdagi barcha maqolalar asl nusxadir. Qayta chop etish uchun manbani ko'rsating: https: //www.cncmachiningptj.com/，tashakkur！

3, 4 va 5 o'qli nozik CNC ishlov berish xizmatlari alyuminiy bilan ishlov berish, berilliy, karbonli po'lat, magniy, titandan ishlov berish, Inconel, platina, superalloy, asetal, polikarbonat, fiberglas, grafit va yog'och. 98 dyuymgacha bo'lgan qismlarga ishlov berishga qodir. va +/-0.001 dyuymli to'g'rilikka chidamlilik. Jarayonlarga frezalash, tornalash, burg'ulash, burg'ulash, tishlash, teginish, shakllantirish, tishlash, qarama-qarshi burg'ulash, qarama-qarshilik, raybalash va lazer bilan kesish. Yig'ish, markazsiz silliqlash, issiqlik bilan ishlov berish, qoplama va payvandlash kabi ikkilamchi xizmatlar. Prototip va eng ko'p 50,000 XNUMX dona taklif qilingan past va yuqori hajmli ishlab chiqarish. Suyuqlik quvvati, pnevmatika, gidravlika va uchun javob beradi klapan ilovalar. Aerokosmik, aviatsiya, harbiy, tibbiyot va mudofaa sanoatiga xizmat qiladi. PTJ maqsadingizga erishishingizga yordam beradigan eng tejamkor xizmatlarni taqdim etish uchun siz bilan strategiya tuzadi, Biz bilan bog'lanishga xush kelibsiz ( sales@pintejin.com ) to'g'ridan-to'g'ri yangi loyihangiz uchun.