При прецизионной обработке деталей с ЧПУ основная трудность контроля размеров заключается в том, что остаточное напряжение, возникающее в сочетании с пластиковой деформацией, может привести к деформации деформации тонкостенных деталей из алюминиевого сплава после зажима на 0,02 - 0,05 мм, что значительно превышает обычные допуски. В данной статье будут использованы данные измерений с тремя координатами и сравнение моделирования конечных элементов, анализ механизма влияния остаточного напряжения на деформацию авиационных конструкций, предоставление варианта оптимизации технологических параметров, помощь инженерам в предотвращении риска дрейфа размеров в серийном производстве.
Основные источники остаточных напряжений при обработке деталей с ЧПУ и экспериментальные эталоны
Для авиационных конструкций используются высокопрочные алюминиевые сплавы 7050-T7451, 7055-T7351, с низким модулем упругости и высокой теплочувствительностью резания, является высоким материалом для проблемы остаточного напряжения. В ходе эксперимента выбирается образец кольца 7050-T7451 диаметром 80 мм х толщина 6 мм, проводится лестница на 3-осевом центре обработки ЧПУ, скорость вращения шпинделя 8000 об/мин, скорость подачи 300 мм/мин, используется твердосплавная фрез для крепления (диаметр 6 мм, покрытие TiAlN). Сразу же после завершения обработки измеряют базовую плоскость, после чего в течение 72 часов при комнатной температуре снова измеряют данные той же партии.
В результате исследования, проведенного рентгеновским дифрактором (дифрактором) на поверхности обработки и подповерхности на глубине 0,5 мм, было установлено, что давление сжатия составляет около-80 МПа, а на подповерхности-около +40 МПа, что является основным фактором для последующих деформаций.
Количественное влияние остаточных напряжений на деформацию авиационных деталей
Экспериментальные данные показывают, что при глубине фрезерования более 0,5 мм деформация от остаточного напряжения возрастает нелинейно с глубиной резания. В следующей таблице сравниваются измеренные деформации при различных технологических параметрах с прогнозами моделирования конечных элементов:
| Глубина резания (мм) | Измеренная деформация | Прогнозируемое значение конечных элементов | Отклонение от |
|---|---|---|---|
| 0.3 | 0.012 | 0.011 | ± 9,1% |
| 0.8 | 0.035 | 0.031 | ±12,9 % |
| 1.5 | 0.048 | 0.044 | ± 9,1% |
Исключением измеренного и аналогового отклонения не более 13%, что подтверждает инженерную пригодность модели остаточного напряжения-деформации. При увеличении глубины резания с 0,3 мм до 1,5 мм деформация увеличивается на 300%, это означает, что при обработке тонкостенных деталей необходимо строго контролировать глубину срезания сгина во избежание концентрированного накопления напряжения.
Результаты экспериментов по управлению остаточными напряжениями путем обработки и методом зажима
В ходе эксперимента сравнивались четыре варианта зажима: зажим с односторонним зажимом, двусторонняя симметричная прижимная планка, вакуумная адсорбция, гибкая подкладочная приспособление. Результаты показали, что зажим с двусторонней симметричной нажимной планки (давление равномерно распределено, усилие предварительного натяжения контролируется в 8-12 Н) может снизить деформацию на 42%, а зажим однобокого зажима несимметрично из-за высвобождения напряжения, деформация достигает 0052мм. Для пути обработки применяется стратегия контроля последовательности «сначала грубая, затем шлифовальная, пластовая фрезеровка в основном », поставить путь тонкой обработки на конец и не проходить через обработанную поверхность, можно уменьшить коробление, вызванное тепловым напряжением, примерно на 28%.
Кроме того, компенсация смещения инструмента имеет решающее значение для управления деформацией. Эксперименты показали, что около 35% отклонения от размеров отработки происходит от теплового дрейфа шпинделя без компенсации (коэффициент теплового удлинения подшипника класса H6 11,5 х 10 °C). Перед обработкой рекомендуется выполнить механический цикл (15 мин.) и записать значение компенсации теплового удлинения инструмента в параметры станка.
Экспериментальная проверка высвобождения остаточных напряжений после механической обработки
Для проверки эффекта кратковременной износа (ST, 150℃ ×4 ч) после обработки машины на высвобождение остаточного напряжения, разделили одну партию образцов на две группы: одну группу непосредственно измерили, другую группу измерили после обработки. XRDD показали, что сжатие поверхностного слоя после истечения срока годности снизилось с-80МПа до-25МПа, напряжение растяжения с +40МПа до +15МПа. Соответствующая деформация уменьшилась с 0048мм до 0018мм, снижение составило 62,5%.
При этом следует учитывать, что при обработке материала с высокой степенью прочности он может снизить прочность материала примерно на 5- 8%(прочность на растяжение с 570 до 530 МПа). При этом следует учитывать, что при обработке материала с высокой степенью прочности требуется баланс между стабильностью размера и механическими свойствами. При этом следует применять метод отжига при удалении 200 °C х 2 ч., при этом коэффициент утечки составляет около 40%.
Сравнение чувствительности к остаточным напряжениям различных марок алюминиевых сплавов
В дополнение к 7050 были испытаны марки 6082-T651 и 2024-T4. 6082 является деформацией алюминия и имеет более низкие абсолютные значения остаточного напряжения (поверхностный слой около-45 МПа), при равной глубине резания деформация примерно на 30% ниже 7050, но более чувствительна к теплоте резания, доля тепловой деформации выше. В 2024 году из-за высокого содержания меди (3,8 - 4,9%), большого тепла резания и быстрого высвобождения напряжения, деформация в течение 24 часов после обработки является в основном стабильной, подходит для аварийной воздушной неаксосовой детали в период перегрузки.
При выборе материалов необходимо учитывать комплексный баланс: высокая сцена 7050/7055 и поставляется с технологией устаревания, универсальная конструкция 6082 и оптимизированная стратегия зажима, быстрая доставка некритических деталей может быть рассмотрена с учетом сокращения технологической цепи 2024.
Контроль остаточного напряжения для массового производства
- Блокирование технологических параметровГлубина резания при грубой обработке ≤0,8мм, скорость вращения 8000- 1000rpm, подача 0,05 - 0,1мм/зубьев; глубина резания при тонкой обработке ≤0,15мм, скорость вращения 12000 об/мин, подача 0,02мм/зубьев, на протяжении всего процесса используется охлаждающая жидкость (концентрация 5- 8%)
- Симметризация зажимаДля тонкостенных деталей (толщина стенки/диаметр <0,08) необходимо применять двустороннюю симметричную нажимную планку или гибкую приспособление, усилие предварительного натяжения принимается по 5- 10% предела текучести материала.
- Стандартизация управления порядком:: управление третьей последовательностью грубой-полутонкой-тонкой, между управлением каждой последовательностью высвобождается напряжение зажима (размягкая планка → статический режим 30 мин → пересимметричный зажим)
- Предварительный контроль:: первая деталь и каждые 20 деталей отбираются по трем координатам, чтобы иметь полный размер, основное внимание уделяется плоскостности и параллельности; с помощью электростатора проводится выборочный контроль напряжения поверхности на 3 штуках из каждой партии
- Импортируйте процесс: После тонкой обработки чувствительные детали имплантируют SST со сроком годности, в течение 12 часов после истечения срока годности выполняется контроль окончательных размеров, во избежание вторичного теплового цикла
Обычные режимы отказов остаточного напряжения и варианты уклонения
- Деформация деформации: Больше см. тонкостенные кольцевые детали, избежать симметричности и управления глубиной резания с помощью зажима, при необходимости добавить установочный штифт
- Размер дрейфаПостоянное изменение размеров в течение 48 часов после обработки, чтобы избежать отжига с помощью обработки времени или снятия напряжения, окно контроля перемещается после удаления
- Усталостная трещина: зона поверхностного растяжения может растрескиваться под переменными нагрузками, чтобы избежать входного напряжения давления с помощью дробеструйной уплотнения, или шлифовать слой напряжения
FAQ: Высокочастотные проблемы, связанные с остаточным напряжением авиационных частей
Как быстро стабилизировать остаточное напряжение после обработки CNC?
Тонкостенные 7050/7055 рекомендуемые ST регресс (150℃ ×4 ч), скорость выпуска превышает 60%; чувствительные к прочности детали опционально отжиг 200℃ ×2 ч для снятия напряжения, потеря прочности контролируется в пределах 2%, деформация высвобождения около 40%.
Линейна ли степень деформации остаточного напряжения от глубины резания?
Нелинейный. Экспериментальные данные показывают, что деформация увеличивается с 0012 мм до 0048 мм (увеличение на 300%) при глубине резания 0,3 мм → 1,5 мм, градиент напряжения увеличивается с большей глубиной резания, ускорение роста деформации и относительно небольшое влияние толстостенных деталей (глубина резания>3 мм).
В чем разница между прямым и обратным фрезерованием и остаточным напряжением в авиационном оборудовании?
Сила резания по вертикали вниз, давление заготовки к станку, тепловой ввод немного ниже, напряжение поверхностного сжатия немного больше; сила резания обратной фрезеровки вверх, заготовки имеют тенденцию к отложению, тепловой ввод немного выше. Тонкостенные детали преимущественно фрезеруются, глубина резания ≤0,5 мм влияет на деформацию меньше влияния способа зажима.
Как контролировать соответствие остаточных напряжений акцептов при серийном производстве?
При постоянном напряжении зажима (предварительная натяжение ключа крутящего момента), периодической калибровке компенсации инструмента (корректировка компенсации теплового удлинения каждые 100 ч), проверке равномерности температуры печи (метод черного цвета ±3 °С), контроль колебаний внутри партии в пределах ±10 % обеспечивает соответствие деформации.
В чем разница между 7050 и 7055 в остаточном стрессовом поведении?
7055 имеет более высокое содержание цинка (6,4 - 7,2% против 5,6 - 6,4% от 7050), усиленное уплотнение твердого растворения, абсолютное значение остаточного напряжения поверхности при равных условиях резания немного выше (около 15%), деформация немного больше, требования к контролю затяжки и глубины резания более жесткие; оба окна устаревания близки, параметры ST являются общими.
Заключение
Изготовление деталей с ЧПУ представляет собой предсказуемую и управляемую инженерную проблему, которая заключается в том, чтобы внедрить в производственный процесс контроль глубины резания, симметричный зажим, стандартизацию контроля последовательности и сроков давности. На основе экспериментальных данных, полученных в настоящем документе, деформацию тонкостенного стенка 7050 деталей можно контролировать в пределах 0,02 мм при рациональных технологических параметрах, что соответствует большинству требований к допуску конструкций авиастроения. Для оценки влияния остаточных напряжений и настройки технологического решения для конкретных деталей можно отправить чертежи и технические спецификации, чтобы получить предложения и предложения по технологии.
