Основные проблемы фрезерования с ЧПУ с высокотемпературным сплавом: стружка, удаление стружки и антилипкие инструменты
В аэрокосмической промышленности широко используются детали из высокотемпературного сплава, такие как Inconel 718 и Waspaloy, благодаря отличной температуре и коррозионной стойкости, но с низкой теплопроводностью.(около 11 Вт/м·К) и склонность к твердому обработке делают фрезерование ЧПУ чрезвычайно сложным. Основные режимы отказов сосредоточены на трех категориях: адгезия стружки приводит к усилению износа инструмента (липкий нож), стружка, связанная с заготовкой или шпинделем, что приводит к риску простоя (плохое удаление стружки), и длинные стружки затрудняют непрерывную обработку (трудности при разрыве стружки). Эти технологические проблемы напрямую влияют на качество поверхности, точность размеров и последовательность серийного производства и являются техническими показателями, на которые инженеры и поставщики технологий должны обращать особое внимание при оценке поставщиков.
Конкретный механизм влияния свойств материала на усилия резания
Высокотемпературный сплав все еще имеет высокую прочность при высокой температуре, температура резания намного выше, чем у углеродистой стали, что приводит к сильному износу передней поверхности ножа износа. Из-за плохой теплопроводности теплота трения концентрируется вблизи режущей кромки, что ускоряет диффузный износ и размягчение кромки резания.
- Отверживание обработки:При пластической деформации прочность материала быстро повышается, многократное резание одной и той же области приводит к повышению местной твердости и увеличению сопротивления резания.
- Низкая теплопроводность:Тепло не может быть вывезено стружкой, и около 80% тепла остается в зоне контакта заготовки и инструмента, что приводит к местной температуре выше 600 °C.
- Высокая прочность:Материал имеет высокую вязкость, не легко ломается, легко образуется непрерывная ленточная стружка, предъявляет более высокие требования к конструкции стружечного канава.
Оптимизация геометрии инструмента для стружки и удаления стружки
Тип стружки и логика выбора
Для таких сплавов, как Inconel 718, специальные канавки для стружки являются ключом к предотвращению стружки. Типичными являются синусоидальные, треугольные и двойные дуговые канаты. Синусоидальные канавы подходят для тонкой обработки и фрезерования глубоких полостей, обеспечивая стабильный эффект стружки, треугольные канавы для большой и большой обработки и большой обработки. Выбор производится в зависимости от диаметра фрезы и глубины резания. Обычно для концевых фрез диаметром менее 10 мм выбирается 3-4 ребра со стружкой, а для инструментов большого диаметра число зубьев уменьшается для обеспечения нагрузки на один зуб.
Влияние технологии покрытия на коэффициент трения и стружки
Для критически важных авиационных деталей обычно используются твердосплавные концевые фрезы с покрытием AlTiN с определенным углом спирали (40°-45°), чтобы оптимизировать пространство для удаления стружки и уменьшить накопление стружки в пазах стружки.
Стратегия параметров резания: комплексный баланс подачи, скорости и охлаждения
Для фрезерования высокотемпературных сплавов обычно рекомендуется низкая скорость резания (15-30 м/мин в зависимости от материала инструмента) и высокая скорость подачи, чтобы усилить эффект стружки. Низкая подача может привести к тому, что инструмент «пашнует» в затвердевшем слое, что приводит к износу, а слишком высокая подача может привести к вибрации.Сухая режущаяилиМикросмазка (MQL)Из-за того, что большой расход охлаждающей жидкости может унести тепло в зоне резания, в результате охлаждения инструмента образуется террания теплового напряжения, в то время как охлаждающая жидкость проникает в интерфейс стружки инструмента и усиливает трения.
| Марки материала | Скорость резания Vc (м/мин) | Подача fz (мм/tooth) на каждый зуб | Метод охлаждения. | Примечания |
|---|---|---|---|---|
| Inconel 718 | 20 - 30 | 0.05-0,12 | Сухой/ MQL | Следует обратить внимание на долговечность покрытия инструмента, рекомендуется проводить регулярные проверки шероховатости |
| Васпалой | 15 - 25 | 0.04-0,10 | Сухой/микромасляный туман | Очень легко клеить нож, рекомендуется двухдуговая канавка стружки для уменьшения подачи до нижнего предела |
| Stellite 4 | 10 - 20 | 0.03-0,08 | Сухие | Высокая твердость, быстрый износ, частые смены инструмента |
Технологические детали антилипкого ножа и меры контроля на месте
Буэлинг особенно распространен при обработке высокотемпературных сплавов, что приводит к обрушению инструмента и разрыву поверхности заготовки. Помимо выбора инструмента, детали процесса также важны:
- Концентрация масляного тумана:При использовании MQL концентрация масляного тумана должна строго контролироваться. Слишком много масляного тумана увеличивает сопротивление трения, слишком мало охлаждается. Обычно рекомендуется расход масла в диапазоне 50-100 мл/ч и регулярно очищать сопла.
- Тепловое управление шпинделем.Тепловая деформация шпинделя при высокой скорости может влиять на соосность и, следовательно, на форму стружки. Необходимо обеспечить достаточный подогрев шпинделя и контролировать повышение температуры.
- Состояние крепления ножа:Пассивные кромки легче склеивать стружку, чем острые. Установите систему управления сроком службы инструмента, чтобы принудительно заменить нож до достижения критической величины износа, чтобы избежать «работы с болезними».
- Глубина резания:Для обработки глубоких полостей применяется стратегия многоуровневого фрезерования, контролируемая глубиной от 0,5 до 1,0 мм в каждом слое, что позволяет избежать накопления стружки на полной глубине.
Прием качества: замкнутый контур от микроскопических следов до точности размеров
Для деталей из высокотемпературных сплавов приемка зависит не только от допуска размера (например, ±0,01 мм), но и от микрокачества. Типичными нежелательными признаками являются: разрывные пятна (шероховатость поверхности Ra > 1,6 мкм), осколки (мелкие морщины, параллельные направлению подачи) и локальный перегрев из-за плохого удаления стружки. Рекомендуется следующие методы обнаружения:
- Устройство шероховатости поверхности:Провести многоточечные измерения на поверхности ключевой посадки для подтверждения соответствия значения Ra требованиям чертежа (обычно Ra 0,4 - 0,8 мкм).
- Металлографический микроскоп:Выбороть внутреннюю организацию, убедиться, что нет аномального выделения или фазового перехода в результате нагрева обработки.
- Полный контроль размеров:С помощью трехкоординатной измерительной машины (CMM) проводится полноразмерный контроль, основное внимание уделяется стабильности размеров после высвобождения напряжения.
Вопросы и ответы (FAQ)
Почему для фрезерования высокотемпературных сплавов не рекомендуется большое количество охлаждающей жидкости?
Из-за плохой теплопроводности высокотемпературных сплавов большое количество охлаждающей жидкости может привести к резкому охлаждению инструмента, что приводит к возникновению трещин от термического напряжения. В то же время проникновение охлаждающей жидкости в фрикционный интерфейс увеличивает адгезию и усиливает явление клея. Сухая или микросмазка (MQL) является лучшим выбором.
Как определить, соответствует ли канавка стружки текущим параметрам резания?
Определение формы стружки: идеальная стружка составляет 10-30 мм. При появлении длинных ленточных стружек подача низкая или недостаточный объем стружки; если стружка слишком измельчена и приклеивается к поверхности инструмента, то это указывает на большую подачу или большую глубину канавки. Необходимо настроить скорость подачи или заменить инструмент.
В чем разница между Inconel 718 и Waspaloy в выборе инструмента?
Waspaloy имеет более высокую склонность к клеенному инструменту, обычно использующему двухдуговую или синусоидальную канавку и более низкую скорость резания;Inconel 718 имеет более высокую пластичность и имеет стандартные синусоидальные канавы и немного более высокую скорость резания. Оба инструмента требуют покрытия высокой твердости (AlTiN/TiAlN).
Как определить, влияет ли это на срок службы детали после появления следов клеветы?
Необходимо проводить оценку целостности поверхности. При наличии микротрещины или чрезмерной глубины пластических деформаций (> 100 мкм) поверхность может значительно снизить срок службы усталости, обычно отбракован или требует повторной обработки. Если шрамы имеют небольшие шрамы и не находятся в зоне концентрации напряжения, то их можно полностью отремонтировать.
Как обеспечить последовательность срока службы инструмента при массовом производстве?
Создавайте модель службы инструмента, регистрируя количество метров фрезерованных инструментов на каждый инструмент. Автоматическая компенсация или принудительная замена в сочетании с онлайновым мониторингом (например, звуковой эмиссия или контроль мощности) в режиме реального времени для обеспечения одинакового качества между партиями.
Выводы и сотрудничество руководство
Компания ShowyMetal имеет 72 устройства с ЧПУ, которые включают в себя 3/4/5 осей, которые обеспечивают обработку алюминия, стали, нержавеющей стали, высокотемпературных сплавов и пластмасс. Мы строго контролируем качество внешнего вида и соответствие размеров при производстве. Точность составляет ±0,01 мм и отделка поверхности составляет 0,4 мкм. Для быстрого производства требуется оптимизация DFM для деталей из высокотемпературных сплавов или запрос на поставку партии, мы рекомендуем вам отправить чертежи и технические спецификации. Наша команда инженеров предоставит оценку осуществимости и рекомендации по решению на основе практического опыта.
