Анализ операций механической обработки разрабатываемых изделий из алюминиевых сплавов
Внедрение новых материалов и технологий изготовления изделий, совершенствование существующих видов резания вызывают необходимость оценки обрабатываемости [3]. Это технологическое свойство материала заготовки определяет возможность достижения заданных технических и технологических требований при минимальной стоимости и необходимой производительности механической обработки резанием. Обрабатываемость материала резанием можно оценить одним или несколькими показателями. К ним относятся: качество обработанной поверхности; стойкость режущего инструмента; силы, возникающие при резании; допустимая скорость механической обработки; тип стружки; условия ее отвода из зоны резания и т.д. В зависимости от вида резания и условий обработки те или иные технологические показатели становятся определяющими. Например, при черновой обработке помимо получения максимально возможной производительности важны значения составляющих силы резания и условия транспортировки стружки из зоны резания. При чистовой обработке помимо производительности определяющими являются шероховатость обработанной поверхности и глубина наклепанного слоя; степень наклепа; величина и знак остаточных напряжений в этом слое. Наиболее достоверный метод оценки обрабатываемости материала - определение ее опытным путем по всему указанному комплексу показателей. Это позволяет при проектировании детали подобрать материал, удовлетворяющий не только эксплуатационным требованиям, но и обеспечивающий минимальную стоимость механической обработки резанием. Производительность и себестоимость обработки зависят главным образом от допустимой скорости резания, поэтому для любого вида резания основным показателем обрабатываемости является допустимая скорость резания.
Особенности операций механической обработки, входящих в состав технологического процесса изготовления диска блисковой конструкции
Совершенствование технологических процессов изготовления деталей ГТД должно решать задачу повышения экономических показателей процесса, а именно: увеличения КИМ; снижения трудоемкости изготовления деталей и затрат на технологическую подготовку производства [1].
Современное российское авиадвигателестроение в последние годы претерпевает значительные изменения в связи с разработкой следующего поколения ГТД для боевой авиации. Совершенствование технологии изготовления также должно решать задачу повышения качества получаемых поверхностей и точности размеров в соответствии с требованиями конструкции.
Получение деталей ГТД с требуемым качеством поверхности и заданной точностью размеров является комплексной задачей. Высокоточное формообразование деталей из алюминиевых сплавов в немалой степени достигается заданием определенных параметров механической обработки.
Обработанные поверхности лопаток должны иметь возможно меньшую шероховатость, около Ra 2.5 мкм, а в особо ответственных местах Ra 1,6 мкм. Данные требования можно обеспечить путем механической обработки поверхности на станках с ЧПУ, причем для финишной обработки необходимо использовать ряд особенностей:
в отличие от фрезерования других групп материалов, обработка алюминиевых сплавов должна всегда осуществляться с использованием СОЖ. Это обеспечивает низкую шероховатость поверхности и минимизирует налипание материала на режущую кромку;
в общем случае, обработка алюминиевых сплавов на высокой скорости более предпочтительна и не оказывает губительного воздействия на стойкость инструмента;
в связи с высокими значениями минутной подачи, обработку алюминия рекомендуется выполнять на станках с функцией расчёта траектории на основе упреждающего считывания и анализа кода программы, где корректировка подачи происходит автоматически;
стойкость инструмента ограничена появлением заусенцев на детали и низким качеством обработанной поверхности. В данном случае при определении периода стойкости инструмента сложно руководствоваться износом пластин;
в связи с конструктивной нежесткостью лопастей блиска и особенностями финишной механической обработки предусматривают ряд мер, направленных на демпфирование вибраций возникающих при фрезеровании пера лопасти.
Разрабатывая маршрут технологического процесса, следует по возможности использовать типовые и групповые технологические процессы, высокопроизводительное оборудование, станки с ЧПУ способные обеспечить жесткие требования для осуществления высокоскоростной обработки. Вид применяемого оборудования также зависит от способа обработки, габаритов заготовки, степени автоматизации и типа производства.
Рассматриваемая в нашем случае заготовка рабочего колеса, подвергается сверлильным и фрезерным операциям механообработки. Для использования в финишных операциях пяти осевой обработки методов адаптивного базирования, необходимо наличие контактной измерительной системы на обрабатывающем центре (например таких известных ведущих фирм в этой области как Renishaw или Heidenhain).
Последовательность обработки поверхностей заготовки, зависит от ее размеров, геометрических форм поверхностей. В первую очередь обрабатываются поверхности, принятые за технологические базы. Затем обрабатывают остальные поверхности в последовательности обратной степени их точности. Сначала производят черновую обработку для снятия большого объема металла, а затем чистовую. Последовательность обработки так же зависит от системы простановки размеров, в первую очередь следует обрабатывать ту поверхность, относительно которой на чертеже забазировано большее число других поверхностей. Завершают маршрут обработки обработкой легко повреждающихся поверхностей.
Техпроцесс механической обработки блиска подразделяется по числу входящих в состав изделия элементов. В общем случае базовый техпроцесс обработки диска включает в себя следующие операции:
входной контроль заготовки;
промывка;
ряд токарных операций;
фрезерная с ЧПУ;
слесарные;
контрольные;
шлифовальные (возможно виброшлифовальные);
полировальные;
контрольные.
В связи с тем, что на данном этапе технологического процесса в операции «фрезерная с ЧПУ» почти полностью формируется готовое изделие, необходим комплекс мер, исключающий обработку заранее бракованного изделия. Это использование высокоскоростной обработки, определение оптимального припуска с использованием обмера по лопаткам, применение стратегий получистовых и чистовых операций обработки пера лопатки с использованием моделирования станочной системы, создание с помощью CAM-системы новой УП на основе скорректированной твердотельной модели.
Современные схемы управления станков позволяют перед началом операции ощупать базовые точки профиля и довернуть заготовку в нужное угловое положение для совпадения нулевой точки отсчета перемещений инструмента с началом его движения по программе.
Первый этап работы – разработка трехмерной модели моноколеса (рис. 1) согласно информации, представленной на чертеже и конвертирование её в удобный формат CAM-системы. Для компрессорного блиска основными базовыми элементами являются: ось диска; поверхности торца; центральное отверстие под вал ГТД.
Рис. 1. Трехмерная модель лопатки под ЛСТ
Для закрепления заготовки блиска, как правило, применяются простые по конструкции и обеспечивающие максимальную жесткость закрепления зажимные приспособления. Для многоцелевых вертикальных сверлильно-фрезерно расточных станков можно применить поворотный стол, устанавливаемый в рабочей зоне оборудования. Поворотный стол с горизонтальной осью вращения обеспечит устойчивое вращение и точность индексации обрабатываемой детали.
В связи с тем, что блиск является металлической деталью сложной пространственной формы, обрабатываемый поверхностным пластическим деформированием при чистовой обработке могут возникнуть вибрации, приводящие к погрешности формы и ухудшению качества обработанной поверхности. Для уменьшения таких вибраций, применяется специальное приспособление (рис. 2). Устройство прикладывает сжимающие или растягивающие нагрузки через бобышку на хвостовике, после этой операции бобышки срезаются.
Рис. 2 Схематическое закрепление лопатки блиска в приспособлении
Кроме того, в связи с тем, что на этапе окончательной обработки блиска почти полностью формируется готовое изделие, необходим комплекс мер, исключающий обработку заранее бракованного изделия. Это использование высокоскоростной обработки и других научно-технологических приемов позволяющих получить обрабатываемые поверхности максимально близкие к номинальным, пригодные для последующей безразмерной полировки.