ניתוח של טכנולוגיית עיבוד שבבי בהתבסס על חלקי חומר קשים לעיבוד

באמצעות ניתוח מעטפת האיטום של סגסוגת 4J29 Kovar וחומרי נירוסטה 022Cr17Ni12Mo2, מוצעת שיטה של ​​שימוש בטכנולוגיית כרסום וריזור במהירות גבוהה לעיבוד חומרים קשים לעיבוד, אשר לא רק משפרת את דיוק העיבוד ויעילות העיבוד של הצורה והחור הפנימי של החלקים, אבל גם חוסך באנרגיה. קיצוץ בעלויות הכלים.

1 הקדמה

על מנת לשפר את הביצועים וחיי השירות של חלליות בסביבות חלל עמוקות שונות, חלקי תעופה וחלל בוחרים בעיקר בחומרים בעלי עמידות טובה בחום כגון סגסוגות טיטניום וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה. לחומרי סגסוגת כאלה יש ביצועי עיבוד גרועים והם קשים לעיבוד. מבחר כלי חיתוך דרישות גבוהות ועלויות עיבוד גבוהות. על פי המאפיינים של חומרים קשים לעיבוד שכאלה, ביצוע מחקר על טכנולוגיית העיבוד של חומרים קשים לעיבוד והארכת חיי הכלי יעזור לשפר את הדיוק של חלקים תומכים בחללית ולשפר את יעילות העיבוד. במקביל, היא יכולה להרחיב את פוטנציאל השוק של החברה וליצור יתרונות כלכליים גדולים יותר. .

2 סקירת בעיות

מעטפת האיטום מסדרה מלבנית היא חלק מוצר חדש שפותח על ידי החברה בשנים האחרונות, כפי שמוצג באיור 1, החומר הוא בעיקר סגסוגת 4J29 Kovar ופלדת אל חלד. מכיוון שמבנה עיצוב המוצר מצריך שימוש בטכנולוגיית איטום זכוכית, מוצעות דרישות גבוהות יותר לחספוס פני השטח של פני השטח והחור הפנימי של סוג זה של חלקי מעטפת אטומים, וכתוצאה מכך קושי בעיבוד מוגבר, חיי הכלי מופחתים, עלות הכלים מוגדלת, ויעילות עיבוד מופחתת. שיעור המעבר נמוך.

3 ניתוח בעיות

אם לוקחים כדוגמה סגסוגת 4J29 Kovar ונירוסטה 022Cr17Ni12Mo2 לניתוח סוג מסוים של מעטפת איטום, המבנה של חלקי מעטפת האיטום דומה, ויש צורך לעבד את שורת החורים בחלל הפנימי. שורת החורים משמשת לסיכות איטום זכוכית, ואיטום הזכוכית. טכנולוגיית החיבור דורשת שערך החספוס הפנימי של חור השורה הוא Ra=0.8μm. בתהליך איטום הזכוכית מיוצרים פעמים רבות מוצרים לא מתאימים והתשואה נמוכה. על פי הניתוח של העיצוב והאומנים, לחספוס פני השטח של המשטח הפנימי של חור שורת מעטפת האיטום יש השפעה חשובה על התפוקה של איטום זכוכית. לא קל להסיר את הקוצים בשורת החורים ועיבוד הצורה והחריץ של החלל הפנימי, מה שמשפיע גם על אפקט האיטום של החלקים.

3.1 ניתוח הגורמים המשפיעים על איכות הקיר הפנימי של חור החלק

טכנולוגיית עיבוד שורת החורים המקורית המשמשת בקו הייצור היא קידוח → קידוח. מכיוון שלחומר סגסוגת 4J29 Kovar יש פלסטיות טובה, קל להיצמד לסכין במהלך העיבוד; בשל קשיות הטמפרטורה הגבוהה של נירוסטה (022Cr17Ni12Mo2) ופיזור חום לקוי, היא שונה מחומרי מתכת אחרים. זיקה חזקה [1], כך שהמקדחה נשחקת במהירות, בעיקר בהיבטים הבאים.

קצה החיתוך הראשי של המקדחה נשחק מהר מדי, ואפילו מתרחש סתתים. בעת קידוח חומרים קשים לעיבוד, הטמפרטורה גבוהה, עיוות חיתוך וצינון חמורים, וקל להדביק את הכלי כדי לייצר קצה בנוי, וכתוצאה מכך לחספוס פני השטח לא עקבי של חורים פנימיים שונים של אותו חלק, וכן לא ניתן לזהות ולשלוט במצב הבלאי של המקדח במהלך העיבוד. נסו לשפר את איכות פני השטח ויעילות העיבוד של החור הפנימי על ידי שימוש במקדחי קרביד צמנט טונגסטן-קובלט (YG, YT ו-YW), המתאימים יותר לעיבוד חומרים קשים לעיבוד. על פי עיקרון בלאי הכלים [2] נמצא שכלי YG עדיין נשלט על ידי בלאי דבק בזמן חיתוך במהירות נמוכה, אך כלי YT מלווה בכמות מסוימת של בלאי חמצוני ובלאי דיפוזיה בו זמנית. כמו ללבוש האג"ח; לכלי YW יש שלושה סוגי בלאי. מנגנון הבלאי תופס את אותו מיקום, כך שניתן להעדיף מקדחי קרביד YG לחיתוך במהירות נמוכה, וניתן להשתמש במקדחי קרביד YW או YG לחיתוך במהירות גבוהה. על פי עקרון בלאי זה, איכות פני השטח של החור הפנימי משתפרת לאחר בחירת המקדח המתאים לעיבוד שורת החורים. עם זאת, בשל המחיר הגבוה של מקדח טונגסטן-קובלט קרביד קטן בקוטר, עלות הכלי עולה, ויעילות הייצור והעיבוד ההמוני אינה גבוהה.

3.2 ניתוח הסיבות המשפיעות על צורת החלק ואיכות פני השטח של החלל הפנימי

בעת עיבוד חומר סגסוגת 4J29 Kovar וחומר נירוסטה (022Cr17Ni12Mo2), כלי הקרביד המוצק עם גודל גרגר רגיל משמש לעיבוד. הקצה התחתון והקצה הצדדי של חותך הכרסום נשחקים במהירות, וחיי הכלי קצרים, כך שמהירות החיתוך יכולה להיות נמוכה מ-50 מ' בלבד/אם נבחר טווח המינימום, יעילות העיבוד נמוכה. בהשוואה לעיבוד סגסוגות מבוססות אלומיניום, חיי השירות של חותכי כרסום הם רק 1/5 מזה של עיבוד סגסוגות מבוססות אלומיניום; בהשוואה לעיבוד פלדת אל חלד 314, חיי השירות של חותכי כרסום הם רק 1/3 מזה של עיבוד נירוסטה 314.

בתהליך חיתוך חומרים כה קשים לעיבוד, קל לייצר כמות גדולה של חום חיתוך באזור החיתוך, מה שפוגע קשות בדיוק הממדים ובביצועים של החלקים המעובדים. פיזור חום החיתוך יכול להתבצע רק על ידי חיתוך נוזלים וכלי קירור פנימיים. עבור המעטפת האטומה של סוג זה של מבנה, בשל הגודל הקטן של החור הפנימי והחלל הפנימי, משתמשים בעיקר בכלים בעלי קוטר קטן או כלים מעוצבים. כמות גדולה של חום חיתוך קשה להתפזר במהירות, והכלי נשחק מהר מדי, וכתוצאה מכך עלייה בחספוס פני השטח של החלק. אם הוא גבוה מדי ולא יעמוד בדרישות הטכניות, הוא ייבחן כלא כשיר. אם מרווח החור קטן, החריכה של הפתח תהרוס את גודל הפתח הסמוך; אם השיפוע קטן מדי, עדיין יהיו לקמטים צלעות, מה שישפיע על איכות האיטום.

4 פתרון בעיות

4.1 שיפור איכות הקיר הפנימי של החור

לאור חספוס פני השטח הבלתי עקבי של החור הפנימי של הקליפה האטומה, יש צורך לשפר את שיטת העיבוד ולבחור כלי מתאים. בתהליך חיתוך הניסיון, טכנולוגיית עיבוד שורת החורים משתנה תחילה לקידוח ← קידוח ← כרסום עדין של החור הפנימי, איכות פני השטח של החור הפנימי כמובן משופרת, אך מספר החורים גדול, והכלי עדיין שחוקים כאשר חותך הכרסום בקוטר הקטן משמש לכרסום עדין של החור הפנימי מהיר, ונוצר תופעת הסתבכות שבבים ופינוי כלי, יעילות העיבוד עדיין לא גבוהה, ועלות הכלי עולה. שנית, זה משתנה לקידוח ← קידוח ← משעמם עדין. חספוס פני השטח של החור הפנימי עומד בדרישות, ויעילות העיבוד של חור בודד משופרת, אך יש להתאים אישית את הכלי המשעמם הכולל בקוטר הקטן, עלות הכלי גבוהה, חיי הכלי המשעמם קצרים, והוא אינו יכול לעמוד בו. שורות מרובות של חורים. מְשַׁעֲמֵם.

על ידי התייחסות לטכנולוגיית גריפת החורים בקוטר קבוע, הצמצם של תהליך הקילוח הוא בדרך כלל 3 עד 100 מ"מ. בשל חוד החיתוך הארוך של החורש, כל חוד חיתוך משתתף בחיתוך בו-זמנית במהלך החרסום, כך שיעילות הייצור גבוהה, והוא נמצא בשימוש נרחב בגימור חורים. טכנולוגיית העיבוד הסופית נקבעת כקידוח → קידוח → קידוח. מכיוון שטכנולוגיית העיבוד של חורים בקוטר קטן (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">

באמצעות חישוב וחיתוך ניסיון, בחר פרמטרי חיתוך סבירים. העיקרון הוא כדלקמן.

בדוק את המידע על כלי הקידוח ופרמטרי הקידוח שנאספו, ועבד חומרים קשים לעיבוד כגון נירוסטה. מהירות הקורץ לא צריכה להיות גבוהה מדי [3], ובחרו את ערך הייחוס: מהירות חיתוך vc=(6 ~ 12) m/min, קצב הזנה f=(0. 05 ~ 0.1) מ"מ/ר. הקוטר של החלל הפנימי של המעטפת האטומה המלבנית הוא (1.7~1.8) מ"מ, כך שהקודר φ1.8 מ"מ נבחר כדי לחשב את מהירות הציר n ומהירות ההזנה vf במהלך העיבוד, כאשר vc=7m/min , f=0.06mm /r.

מכיוון שמהירות חיתוך vc=πDn/1000 (D הוא קוטר הכלי, n הוא מהירות הציר), אז מהירות הציר n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×1.8 )≈1238 (ר/דקה).

מכאן, ניתן לחשב את מהירות ההזנה vf=fn=0.06×1238≈74 (מ"מ/דקה).

לפי תוצאות החישוב, פרמטרי העיבוד והחיתוך בפועל נבחרים כ-n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm /min, ותהליך הקידוח ← סרימה ← הקידוח מאומץ. עקב איטום המעטפת מרווח החורים קומפקטי וקוטר החור קטן, כך שהשוליים לפני הקילוח נשלטים ל-0.05 מ"מ. השפעת העיבוד הסופית בפועל מוצגת באיור 3. כאשר לקוצר φ1.83 מ"מ יש יותר מ-1000 חורים מחורצים, חספוס פני השטח Ra של החור הפנימי עדיין יכול להגיע ל-0.8 מיקרומטר, מה שעומד בדרישות התהליך ומשפר את יעילות העיבוד.

4.2 שיפור איכות עיבוד פני השטח וחיי הכלי

על מנת לשפר את יעילות העיבוד וחיי הכלים של חומרים בעלי קשיות טמפרטורות גבוהות ופיזור חום לקוי, כגון סגסוגות בטמפרטורה גבוהה, סגסוגות טיטניום ופלדות אל חלד, משמשים לעתים קרובות כלי קרביד צמנט מיובאים לעיבוד גס וגימור, וה עלות השימוש בכלי גבוהה מאוד. ניתוח השוואתי של הפרש הבלאי של חומרי כלים שונים בעת חיתוך סגסוגות טיטניום במהירות גבוהה, כולל קרביד צמנטי לא מצופה, קרביד צמנטי מצופה TiAlN PVD ו-PCBN וכו', נמצא כי חומרי כלי PCBN נמצאים במהירות חיתוך גבוהה, קצב הזנה נמוך ונמוך בעת חיתוך סגסוגות טיטניום עם חיתוך אחורי, ניתן לקבל כוח חיתוך יציב יחסית וערך חספוס נמוך יותר של פני השטח [4]. על ידי יישום העיקרון של כרסום במהירות גבוהה ושימוש בכלי PCBN ביתיים, חיתוך גבוה יותר שיטת העיבוד של מהירות גבוהה והזנה קטנה מגדילה את חיי השירות של הכלי.

באמצעות חיתוך ואימות ניסויים מרובים, הניתוח מראה שכאשר חותכים חומרים קשים לעיבוד במהירות גבוהה, לאינטראקציה בין ההזנה לכל שן fz לבין ה-AP של החיבור האחורי יש השפעה משמעותית על חספוס פני השטח בהסתברות ביטחון גבוהה יחסית. לְהַשְׁפִּיעַ. תופעה זו מראה כי השפעת ההזנה לכל שן או עומק הכרסום על חספוס פני השטח קשורה קשר הדוק לבחירת עומק הכרסום וההזנה לכל שן. לעומת זאת, בתנאי חיתוך במהירות בינונית ונמוכה, האינטראקציה בין פרמטרי החיתוך השונים אינה ברורה, או שאין אינטראקציה. המשמעות היא שבתנאי חיתוך ספציפי, בחינת השפעת הגורם החד-פעמי של ההזנה לכל שן או כמות החיתוך האחורי על חספוס פני השטח אינה יכולה לחזות במדויק את הערך של חספוס פני השטח המעובד. לכן, על מנת לקבל את החספוס האידיאלי של פני השטח, בעת קביעת קצב ההזנה לכל שן, יש לבחור אותו בשילוב עם כמות ההתקשרות האחורית, ולהיפך.

חותך כרסום קרביד מוצק ביתי של 4-להב נבחר עבור עיבוד גס במהירות גבוהה של הצורה והחלל הפנימי. בשל נקודת החיבור האחורית הקטנה ועובי החיתוך הקטן ae, הוא יכול להגן ביעילות על הקצה התחתון והקצה הצדדי של הכלי. חום החיתוך שנוצר מוליך במהירות, מקטין את ההסתברות לקצה בנוי על קצה הכלי, ובהתאמה מגדיל את מהירות הכרסום vc ואת קצב ההזנה לכל שן fz, מה שלא רק מבטיח את איכות העיבוד, אלא גם משפר את יעילות העיבוד. כדי לחשב את זמן בלאי העיבוד של חותך הכרסום הגס, יש צורך רק לחתוך את החלק השחוק בשימוש יעיל, והחלק הנותר של החותך עדיין יכול לענות על צורכי החיספוס שוב לאחר השחזה, מה שמשפר מאוד את קצב הניצול של החותך ומפחית את עלות החותך.

עבור הקוצים שנוצרו על ידי חומרים קשים לעיבוד, הסרה ידנית קשה לעמוד בדרישות הטכניות הקיימות, ולכן נעשה שימוש בעיבוד שבבי CNC, וחומרי פלדה מהירים מצופים TiC נבחרים לעיבוד חותכי כרסום חיפוי. לאחר כרסום גס משפר את האיכות, חלקי המעטפת עדינים. הקוצים שנוצרים במהלך הכרסום קטנים יחסית, וחותך כרסום השפשוף צריך רק לעבד בהתאם למסלול המתאר של החלק כדי להבטיח מעבר חלק של קצוות חדים. עבור הפלנגות וקורות החורים של מעטפת האיטום, נעשה שימוש בשיטת העיבוד של כרסום חיפוי החורים עם חותך כרסום ← קידוח עדין עם חורש כדי להבטיח שהחורים יהיו נקיים מכתמים ומחוברים. פרמטרי החיתוך של הכלי לפני ואחרי השיפור מוצגים בטבלה 1, והשפעת העיבוד של הקליפה מוצגת באיור 4 ובאיור 5.

טבלה 1 פרמטרים של חיתוך כלי לפני ואחרי שיפור
תְמוּנָה

תְמוּנָה
איור 4 אפקט עיבוד של מעטפת סגסוגת 4J29 Kovar

תְמוּנָה
איור 5 אפקט עיבוד של מעטפת חומר נירוסטה (022Cr17Ni12Mo2)

5 פופוליזציה ויישום של טכנולוגיית גריצה לחומרים קשים לעיבוד

סוג מסוים של חלקי מוט דחיפה (ראה איור 6) עשוי מפלדת אל חלד 00Cr17Ni14Mo2, שהיא חומר קשה לעיבוד. החור העובר φ5 מ"מ במעגל החיצוני מעובד, העומק הוא 15 מ"מ, ונדרש ערך החספוס של פני השטח Ra=1.6μm. התהליך המקורי הוא: קידוח מתקין → ליטוש דופן החור. מאחר והחומר הוא נירוסטה, תהליך ההתאמה משתמש במקדחה כדי לקדוח חורים, המקדחה נשחקת במהירות, מיקום החור אינו סובלני ויעילות ליטוש החור הפנימי נמוכה. לכן, התהליך המשופר הוא: קידוח מחרטה → משעמם. מכיוון שתהליך הסיבוב צריך להשתמש בכלים מיוחדים כדי להדק את חלקי מוט הדחיפה, וגודל הכלי המיוחד גדול מדי, זה לא קל להתקנה. לכן, למרות שהעיבוד בפועל הבטיח את ערך החספוס של פני השטח Ra=1.6μm, יעילות העיבוד לא שופרה. 00גרמה מפלדת אל-חלד Cr17Ni14Mo2 הכלי המשעמם נשחק במהירות והעלות של הכלי גבוהה.

תמונה איור 6 תרשים דו מימדי של מוט הדחיפה
תוך שימוש בניסיון שנצבר מסילוף חורים בקוטר קטן, טכנולוגיית העיבוד של קידוח ← קידוח ← קידוח במרכז העיבוד משמשת לפתרון בעיות של יעילות עיבוד נמוכה של φ 5 מ"מ דרך חורים וקושי להבטיח את ערך החספוס של פני השטח Ra{{ 2}}.6 מיקרומטר. תהליך היישום הוא כדלקמן.

בחר את ערך הייחוס: מהירות חיתוך vc{{0}}(6~12) m/min, הזנה f=(0.15~0.2) mm/r. בחר את הפורץ φ5mm כדי לחשב את מהירות הכלי וקצב ההזנה במהלך העיבוד, קח vc=7m/min, f=0.18mm/r.

מכיוון שמהירות חיתוך vc=πDn/1000 (D הוא קוטר הכלי, n הוא מהירות הציר), אז מהירות הציר n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×5 )≈445 (ר/דקה), כמות הזנה vf=fn=0.18×445≈80 (מ"מ/דקה).

לפי תוצאות החישוב, פרמטרי העיבוד והחיתוך בפועל נבחרים כ: מהירות ציר n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) מ"מ/דקה, הקצבה לפני החפירה נשלטת ל-0.1 מ"מ, והעיבוד הסופי בפועל. האובייקט הסופי מוצג באיור 7. כאשר לפורץ φ5.02 מ"מ (ראה איור 8) יש יותר מ-500 חורים מחורצים, פני השטח החספוס Ra של החור הפנימי עדיין יכול להגיע ל-1.6 מיקרומטר, מה שעומד בדרישות התהליך ומשפר את יעילות העיבוד. לכלי המיקום המיוצר (ראה איור 9) יש מבנה פשוט וקל להדק אותו.

תְמוּנָה
איור 7 האובייקט האמיתי של מוט הדחיפה לאחר העיבוד

תְמוּנָה
איור 8 φ5.02mm reamer

תְמוּנָה
איור 9 השפעת כלי מיקום עבור עיבוד מוט דחיפה

6 האפקט שהושג

באמצעות מחקר זה, צברנו ניסיון טכני בעיבוד חומרים קשים לעיבוד. מחקר ופיתוח שלאחר מכן של חלקים העשויים מחומרים קשים לעיבוד כמו סגסוגות בטמפרטורה גבוהה וסגסוגות טיטניום ניתנים לעיבוד גם בהתייחסות לטכנולוגיית קידוח, והושגו תוצאות טובות. לדוגמה, שימוש בקוטר φ2.12 מ"מ, קידוח מלא של חומרי סגסוגת על, תמונות בקוטר וחורים עמוקים בעומק של יותר מ-40 מ"מ. טכנולוגיית עיבוד ה-Rerissing לא רק חוסכת את עלות הכלי, אלא גם משפרת את יעילות העיבוד. ראה טבלה 2-טבלה 4 להשוואה של השפעת עיבוד חלקים לפני ואחרי שיפור.

טבלה 2 עיבוד תמונות של חורי מעטפת איטום מלבניים לפני ואחרי שיפור

טבלה 3 עיבוד חורי מוט דחיפה לפני ואחרי שיפור
תְמוּנָה

טבלה 4 עלויות כלי עבודה לפני ואחרי שיפור
תְמוּנָה

מטבלה 2 לטבלה 4, ניתן להסיק שהשימוש בשיטת העיבוד המשופרת שיפר את איכות העיבוד, שיעור המעבר של חלקים עלה ל-99 אחוזים, יעילות הייצור עלתה ב-33 אחוזים, ועלות הכלי עלתה. הצטמצם מאוד.

7. מסקנה

החומרים החדשים המתפתחים והחומרים הקשים לעיבוד בתחום התעופה והחלל הציגו דרישות גבוהות יותר לטכנולוגיית עיבוד חיתוך. רק על ידי מחקר מעמיק על מאפייני החיתוך של חומרים קשים לעיבוד ושליטה בתכונות נוספות של חומרים חדשים נוכל לבחור כלים תואמים לחיתוך. מערכת ניטור מצב חיתוך הכלי מוצגת כדי לנטר את מצב השימוש של הכלי בזמן אמת. על פי חיי השירות השונים של חומרים שונים, ניתן לשפוט ולבחור את הכלי בזמן, מה שיכול להפחית את העלות ולהגדיל את היעילות תוך שיפור דיוק העיבוד של החלקים התומכים של החללית. השפעה.