Grâce à l'analyse de la coque d'étanchéité en alliage 4J29 Kovar et en acier inoxydable 022Cr17Ni12Mo2, une méthode d'utilisation de la technologie de fraisage et d'alésage à grande vitesse pour traiter les matériaux difficiles à usiner est proposée, qui améliore non seulement la précision d'usinage et l'efficacité d'usinage de la forme et le trou intérieur des pièces, mais économise également de l'énergie. coût des outils de coupe.
1 préambule
Afin d'améliorer les performances et la durée de vie des engins spatiaux dans divers environnements de l'espace lointain, les pièces aérospatiales choisissent principalement des matériaux offrant une bonne résistance à la chaleur tels que les alliages de titane et les alliages à haute température. De tels alliages ont des performances de traitement médiocres et sont difficiles à traiter. La sélection des outils de coupe Des exigences élevées et des coûts de traitement élevés. Selon les caractéristiques de ces matériaux difficiles à usiner, effectuer des recherches sur la technologie de traitement des matériaux difficiles à usiner et prolonger la durée de vie de l'outil contribuera à améliorer la précision des pièces de support des engins spatiaux et à améliorer l'efficacité du traitement. En même temps, cela peut élargir le potentiel de marché de l'entreprise et créer de plus grands avantages économiques. .
2 Aperçu du problème
La coque d'étanchéité de la série rectangulaire est une pièce de produit nouvellement développée par la société ces dernières années, comme le montre la figure 1, le matériau est principalement un alliage 4J29 Kovar et de l'acier inoxydable. Étant donné que la structure de conception du produit nécessite l'utilisation de la technologie d'étanchéité du verre, des exigences plus élevées sont mises en avant pour la rugosité de surface de la surface et du trou intérieur de ce type de pièces de coque scellées, ce qui entraîne une difficulté de traitement accrue, une durée de vie réduite de l'outil, une augmentation du coût de l'outil, et une efficacité de traitement réduite. Le taux de réussite est faible.
3 Analyse du problème
Prenant l'alliage 4J29 Kovar et l'acier inoxydable 022Cr17Ni12Mo2 comme exemple pour analyser un certain type de coque d'étanchéité, la structure des pièces de la coque d'étanchéité est similaire et il est nécessaire de traiter la rangée de trous dans la cavité interne. La rangée de trous est utilisée pour les goupilles d'étanchéité en verre et l'étanchéité en verre. La technologie de connexion nécessite que la valeur de rugosité de la surface intérieure du trou de la rangée soit Ra=0.8μm. Dans le processus de scellement du verre, des produits non qualifiés sont fabriqués à plusieurs reprises et le rendement est faible. Selon l'analyse de la conception et des artisans, la rugosité de surface de la surface intérieure du trou de rangée de coque d'étanchéité a un impact important sur le rendement de l'étanchéité du verre. Les bavures au niveau de la rangée de trous et le traitement de la forme et des rainures de la cavité interne ne sont pas faciles à éliminer, ce qui affecte également l'effet d'étanchéité des pièces.
3.1 Analyse des causes affectant la qualité de la paroi interne du trou partiel
La technologie originale de traitement des rangées de trous utilisée dans la chaîne de production est le perçage → l'alésage. Étant donné que le matériau en alliage 4J29 Kovar a une bonne plasticité, il est facile de coller au couteau pendant le traitement. en raison de la dureté à haute température de l'acier inoxydable (022Cr17Ni12Mo2) et d'une mauvaise dissipation thermique, il est différent des autres matériaux métalliques. Forte affinité [1], donc le foret s'use rapidement, principalement dans les aspects suivants.
L'arête de coupe principale du foret s'use trop vite et même des éclats se produisent. Lors du perçage de matériaux difficiles à usiner, la température est élevée, la déformation de coupe et le refroidissement sont graves, et l'outil est facile à coller pour produire des arêtes rapportées, ce qui entraîne une rugosité de surface incohérente des différents trous intérieurs de la même pièce, et l'état d'usure du foret ne peut pas être détecté et contrôlé pendant le traitement. Essayez d'améliorer la qualité de surface et l'efficacité de traitement du trou intérieur en utilisant des forets en carbure de tungstène-cobalt (YG, YT et YW), qui conviennent mieux au traitement de matériaux difficiles à usiner. Selon le principe de l'usure de l'outil [2], on constate que l'outil YG est toujours dominé par l'usure adhésive lors de la coupe à basse vitesse, mais l'outil YT s'accompagne d'une certaine quantité d'usure oxydative et d'usure par diffusion en même temps. au fur et à mesure de l'usure du lien ; l'outil YW a trois types d'usure. Le mécanisme d'usure occupe la même position, de sorte que les forets en carbure YG peuvent être préférés pour la coupe à basse vitesse, et les forets en carbure YW ou YG peuvent être utilisés pour la coupe à grande vitesse. Selon ce principe d'usure, la qualité de surface du trou intérieur est améliorée après avoir sélectionné le foret approprié pour traiter la rangée de trous. Cependant, en raison du prix élevé du foret en carbure de tungstène-cobalt de petit diamètre, le coût de l'outil augmente et l'efficacité de la production et du traitement de masse n'est pas élevée.
3.2 Analyse des raisons affectant la forme de la pièce et la qualité de surface de la cavité interne
Lors du traitement du matériau en alliage 4J29 Kovar et du matériau en acier inoxydable (022Cr17Ni12Mo2), l'outil en carbure cémenté avec une granulométrie ordinaire est utilisé pour le traitement. Le bord inférieur et le bord latéral de la fraise s'usent rapidement et la durée de vie de l'outil est courte, de sorte que la vitesse de coupe ne peut être inférieure à 50 m/ Si la plage de min est sélectionnée, l'efficacité du traitement est faible. Par rapport au traitement des alliages à base d'aluminium, la durée de vie des fraises n'est que de 1/5 de celle du traitement des alliages à base d'aluminium ; par rapport au traitement de l'acier inoxydable 314, la durée de vie des fraises n'est que de 1/3 de celle du traitement de l'acier inoxydable 314.
Lors du processus de découpe de ces matériaux difficiles à usiner, il est facile de générer une grande quantité de chaleur de coupe dans la zone de coupe, ce qui nuit gravement à la précision dimensionnelle et aux performances des pièces traitées. La dissipation de la chaleur de coupe ne peut être réalisée que par le liquide de coupe et le refroidissement interne des outils. Pour la coque étanche de ce type de structure, en raison de la petite taille du trou intérieur et de la cavité intérieure, on utilise le plus souvent des outils de petit diamètre ou des outils façonnés. Une grande quantité de chaleur de coupe est difficile à dissiper rapidement et l'outil s'use trop vite, ce qui entraîne une augmentation de la rugosité de surface de la pièce. S'il est trop élevé et ne répond pas aux exigences techniques, il sera jugé comme non qualifié. Si l'espacement des trous est petit, le chanfreinage de l'orifice détruira la taille de l'ouverture adjacente ; si le chanfreinage est trop petit, la bavure aura toujours un bordage, ce qui affectera la qualité de l'étanchéité.
4 résolution de problèmes
4.1 Amélioration de la qualité de la paroi interne du trou
Compte tenu de la rugosité de surface irrégulière du trou intérieur de la coque scellée, il est nécessaire d'améliorer la méthode de traitement et de sélectionner un outil approprié. Grâce au processus de coupe d'essai, la technologie de traitement des rangées de trous est d'abord modifiée en forage → alésage → fraisage fin du trou intérieur, la qualité de surface du trou intérieur est évidemment améliorée, mais le nombre de trous est grand et l'outil est toujours porté lorsque la fraise de petit diamètre est utilisée pour le fraisage fin du trou intérieur Rapide, et le phénomène d'enchevêtrement des copeaux et de dégagement de l'outil est généré, l'efficacité du traitement n'est toujours pas élevée et le coût de l'outil augmente. Deuxièmement, il est changé en perçage → alésage → alésage fin. La rugosité de surface du trou intérieur répond aux exigences et l'efficacité de traitement du trou unique est améliorée, mais l'outil d'alésage global de petit diamètre doit être personnalisé, le coût de l'outil est élevé, la durée de vie de l'outil d'alésage est courte et il ne peut pas répondre plusieurs rangées de trous. ennuyeux.
En se référant à la technologie d'alésage des trous à diamètre fixe, l'ouverture du processus d'alésage est généralement de 3 à 100 mm. En raison du long tranchant de l'alésoir, chaque tranchant participe à la coupe en même temps pendant l'alésage, de sorte que l'efficacité de la production est élevée et qu'il est largement utilisé dans la finition des trous. La technologie de traitement finale est déterminée comme forage → alésage → alésage. Parce que la technologie de traitement d'alésage des trous de petit diamètre (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Grâce au calcul et à la coupe d'essai, sélectionnez des paramètres de coupe raisonnables. Le principe est le suivant.
Vérifiez les informations sur l'outil d'alésage et les paramètres d'alésage collectés, et traitez des matériaux difficiles à usiner tels que l'acier inoxydable. La vitesse de l'alésoir ne doit pas être trop élevée [3] et sélectionnez la valeur de référence : vitesse de coupe vc=(6 ~ 12) m/min, vitesse d'avance f=(0. 05 ~ 0,1) mm/tr. Le diamètre de la cavité interne de la coque scellée rectangulaire est de (1,7 ~ 1,8) mm, de sorte que l'alésoir de φ1,8 mm est sélectionné pour calculer la vitesse de broche n et la vitesse d'alimentation vf pendant le traitement, où vc=7m/min , f=0.06mm /r.
Parce que la vitesse de coupe vc=πDn/1000 (D est le diamètre de l'outil, n est la vitesse de la broche), donc la vitesse de la broche n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (tr/min).
À partir de là, la vitesse d'avance vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min) peut être calculée.
Selon les résultats du calcul, les paramètres réels d'usinage et de coupe sont sélectionnés comme n{{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm /min, et le processus de perçage → alésage → alésage est adopté. En raison de l'étanchéité de la coque, l'espacement des trous est compact et le diamètre du trou est petit, de sorte que la marge avant alésage est contrôlée à 0.05mm. L'effet de traitement réel final est illustré à la figure 3. Lorsque l'alésoir de φ1,83 mm comporte plus de 1 000 trous alésés, la rugosité de surface Ra du trou intérieur peut encore atteindre 0,8 μm, ce qui répond aux exigences du processus et améliore l'efficacité du traitement.
4.2 Amélioration de la qualité du traitement de surface et de la durée de vie de l'outil
Afin d'améliorer l'efficacité de traitement et la durée de vie des matériaux à haute dureté et à faible dissipation thermique, tels que les alliages à haute température, les alliages de titane et les aciers inoxydables, les outils en carbure cémenté importés sont souvent utilisés pour l'usinage grossier et de finition, et le le coût d'utilisation des outils est très élevé. Analyse comparative de la différence d'usure de différents matériaux d'outils lors de la coupe d'alliages de titane à grande vitesse, y compris le carbure cémenté non revêtu, le carbure cémenté revêtu TiAlN PVD et le PCBN, etc. et faible Lors de la coupe d'alliages de titane avec coupe arrière, une force de coupe relativement stable et une valeur de rugosité de surface inférieure peuvent être obtenues [4]. En appliquant le principe du fraisage à grande vitesse et en utilisant des outils PCBN domestiques, une coupe plus élevée La méthode de traitement à grande vitesse et à petite avance augmente la durée de vie de l'outil.
Grâce à de multiples essais de coupe et de vérification, l'analyse montre que lors de la coupe à grande vitesse de matériaux difficiles à usiner, l'interaction entre l'avance par dent fz et l'engagement arrière ap a un effet significatif sur la rugosité de surface avec une probabilité de confiance relativement élevée. Influence. Ce phénomène montre que l'effet de l'avance par dent ou de la profondeur de fraisage sur la rugosité de surface est étroitement lié au choix de la profondeur de fraisage et de l'avance par dent. En revanche, dans les conditions de coupe à moyenne et basse vitesse, l'interaction entre les différents paramètres de coupe n'est pas évidente, ou il n'y a pas d'interaction. Cela signifie que dans des conditions de coupe spécifiques, le simple examen de l'effet à facteur unique de l'avance par dent ou de la quantité de contre-coupe sur la rugosité de surface ne peut pas prédire avec précision la valeur de la rugosité de surface traitée. Par conséquent, afin d'obtenir la rugosité de surface idéale, lors de la détermination de la vitesse d'avance par dent, elle doit être sélectionnée en conjonction avec la quantité d'engagement arrière, et vice versa.
La fraise en carbure monobloc à lame 4-domestique est sélectionnée pour l'usinage grossier à grande vitesse de la forme et de la cavité interne. En raison du petit engagement arrière ap et de la faible épaisseur de coupe ae, il peut protéger efficacement le bord inférieur et le bord latéral de l'outil. La chaleur de coupe générée conduit rapidement, réduit la probabilité d'arête accumulée sur la pointe de l'outil et augmente en conséquence la vitesse de fraisage vc et la vitesse d'avance par dent fz, ce qui non seulement garantit la qualité du traitement, mais améliore également l'efficacité du traitement. Pour calculer le temps d'usure d'usinage de la fraise d'ébauche, il suffit de couper la partie usée effectivement utilisée, et la partie restante de la fraise peut encore répondre aux besoins d'ébauche après l'affûtage, ce qui améliore considérablement le taux d'utilisation de la fraise et réduit le coût de la fraise.
Pour les bavures générées par des matériaux difficiles à usiner, l'élimination manuelle est difficile pour répondre aux exigences techniques existantes, c'est pourquoi l'usinage CNC est utilisé et des matériaux en acier rapide revêtus de TiC sont sélectionnés pour le traitement des fraises à chanfreiner. Après que le fraisage grossier améliore la qualité, les pièces de coque sont fines Les bavures générées pendant le fraisage sont relativement petites, et la fraise à chanfrein n'a besoin de traiter qu'en fonction du contour de la pièce pour assurer une transition en douceur des arêtes vives. Pour le bordage et les bavures des trous de la coque d'étanchéité, la méthode de traitement consistant à fraiser le chanfreinage des trous avec une fraise à chanfrein → alésage fin avec un alésoir est utilisée pour s'assurer que les trous sont exempts de bavures et collés. Les paramètres de coupe de l'outil avant et après l'amélioration sont indiqués dans le tableau 1, et l'effet de traitement de la coque est illustré dans la figure 4 et la figure 5.
Tableau 1 Paramètres de coupe de l'outil avant et après amélioration
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Figure 4 Effet de traitement de la coque en alliage 4J29 Kovar
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Figure 5 Effet de traitement de la coque en acier inoxydable (022Cr17Ni12Mo2)
5 Vulgarisation et application de la technologie d'alésage pour les matériaux difficiles à usiner
Un certain type de pièces de tige de poussée (voir Figure 6) est fabriqué en acier inoxydable 00Cr17Ni14Mo2, qui est un matériau difficile à usiner. Le trou traversant de φ5 mm sur le cercle extérieur est traité, la profondeur est de 15 mm et la valeur de rugosité de surface Ra=1.6μm est requise. Le processus d'origine est le suivant : perçage d'un installateur → polissage de la paroi du trou. Étant donné que le matériau est en acier inoxydable, le processus d'ajustement utilise une perceuse pour percer des trous, le foret s'use rapidement, la position du trou est hors tolérance et l'efficacité du polissage du trou intérieur est faible. Par conséquent, le processus amélioré est : perçage au tour → Alésage. Étant donné que le processus de tournage nécessite l'utilisation d'un outillage spécial pour serrer les pièces de la tige de poussée et que la taille de l'outillage spécial est trop grande, il n'est pas facile à installer. Par conséquent, bien que le traitement réel ait garanti la valeur de rugosité de surface Ra=1.6μm, l'efficacité du traitement n'a pas été améliorée. 00 Acier inoxydable Cr17Ni14Mo2 causé L'outil d'alésage s'use rapidement et le coût de l'outil est élevé.
Photo Figure 6 Schéma bidimensionnel de la tige de poussée
En utilisant l'expérience acquise dans l'alésage de trous de petit diamètre, la technologie de traitement du perçage → alésage → alésage dans le centre d'usinage est utilisée pour résoudre les problèmes de faible efficacité de traitement des trous traversants de φ 5 mm et de la difficulté à garantir la valeur de rugosité de surface Ra{{ 2}}.6μm. Le processus de mise en œuvre est le suivant.
Sélectionnez la valeur de référence : vitesse de coupe vc{{0}}(6~12) m/min, avance f=(0.15~0.2) mm/r. Choisissez l'alésoir φ5 mm pour calculer la vitesse de l'outil et l'avance pendant le traitement, prenez vc=7m/min, f=0.18mm/r.
Parce que la vitesse de coupe vc=πDn/1000 (D est le diamètre de l'outil, n est la vitesse de la broche), donc la vitesse de la broche n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (r/min), quantité d'avance vf=fn=0.18×445≈80 (mm/min).
Selon les résultats du calcul, les paramètres réels d'usinage et de coupe sont sélectionnés comme : vitesse de broche n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) mm/min, la tolérance avant alésage est contrôlée à 0,1 mm et l'usinage final réel L'objet final est illustré à la Figure 7. Lorsque l'alésoir de φ5,02 mm (voir Figure 8) comporte plus de 500 trous alésés, la surface la rugosité Ra du trou intérieur peut encore atteindre 1,6 μm, ce qui répond aux exigences du procédé et améliore l'efficacité du traitement. L'outil de positionnement fabriqué (voir Figure 9) a une structure simple et est facile à serrer.
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Figure 7 L'objet réel de la tige de poussée après traitement
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Figure 8 Alésoir φ5,02 mm
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Figure 9 Effet du positionnement de l'outillage pour le traitement des tiges de poussée
6 L'effet obtenu
Grâce à cette recherche, nous avons accumulé une expérience technique dans le traitement des matériaux difficiles à usiner. La recherche et le développement ultérieurs de pièces en matériaux difficiles à usiner tels que les alliages à haute température et les alliages de titane peuvent également être traités en référence à la technologie d'alésage, et de bons résultats ont été obtenus. Par exemple, à l'aide d'un alésoir de φ2,12 mm, alésage complet des matériaux en superalliage, des images de diamètre et des trous profonds d'une profondeur supérieure à 40 mm. La technologie de traitement d'alésage permet non seulement d'économiser le coût de l'outil, mais améliore également l'efficacité du traitement. Voir le tableau 2-tableau 4 pour la comparaison de l'effet de traitement des pièces avant et après l'amélioration.
Tableau 2 Traitement des images de trous de coque d'étanchéité rectangulaires avant et après amélioration
Tableau 3 Traitement des trous de tige de poussée avant et après amélioration
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Tableau 4 Coûts des outils avant et après amélioration
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Du tableau 2 au tableau 4, on peut conclure que l'utilisation de la méthode de traitement améliorée a amélioré la qualité du traitement, le taux de réussite des pièces a augmenté à 99 %, l'efficacité de la production a augmenté de 33 % et le coût de l'outil a augmenté. été fortement réduite.
7. Conclusion
Les nouveaux matériaux émergents et les matériaux difficiles à usiner dans le domaine aérospatial ont imposé des exigences plus élevées pour la technologie de traitement de coupe. Ce n'est que par une recherche approfondie sur les caractéristiques de coupe des matériaux difficiles à usiner et en maîtrisant davantage les propriétés des nouveaux matériaux que nous pouvons choisir des outils de coupe adaptés. Le système de surveillance de l'état de coupe de l'outil est introduit pour surveiller l'état d'utilisation de l'outil en temps réel. Selon la durée de vie différente des différents matériaux, l'outil peut être jugé et sélectionné à temps, ce qui peut réduire le coût et augmenter l'efficacité tout en améliorant la précision d'usinage des pièces de support du vaisseau spatial. Effet.
