Effektive metoder for å forhindre deformasjon av tynnveggede rørkomponenter i produksjon

 

I faktisk produksjon er det vanlig å møte bearbeiding av tynnveggede rørdeler av ulike former og størrelser, som er utsatt for deformasjon under bearbeiding. Det er avgjørende å utforske metoder for å forhindre deformasjon, for å sikre at delene oppfyller dimensjons- og stabilitetskravene. Tynnveggede komponenter utgjør et utfordrende problem i dreie- og freseprosesser, først og fremst på grunn av deres lave stivhet og styrke. Under bearbeiding er de svært utsatt for deformasjon, noe som øker form- og dimensjonsfeil, noe som gjør det vanskelig å sikre jevn delkvalitet.

 

 

I Hovedfaktorer som påvirker presisjonen til tynnveggede rørarbeidsstykker

 

1. Mottakelighet for deformasjon på grunn av kraft

Tynnveggede arbeidsstykker er svært utsatt for deformasjon under klemkrefter, noe som påvirker både dimensjons- og formnøyaktigheten. For eksempel, når du bruker en trekjeft chuck for å klemme den ytre diameteren mens du behandler den indre diameteren, kan den ytre diameteren deformeres litt til en trekantet form på grunn av klemkraften. Selv om det produseres et sylindrisk hull, når chucken slippes, vil den ytre diameteren gå tilbake til sin sylindriske form, mens det indre hullet blir bueformet eller trekantet.

 

2. Varmeindusert deformasjon

Skjærevarme kan forårsake termisk deformasjon av arbeidsstykket, noe som gjør det vanskelig å kontrollere dimensjonene. Tynnveggede metallkomponenter, spesielt de med høye koeffisienter for lineær ekspansjon, er spesielt utsatt for termisk deformasjon indusert av skjærevarme, noe som i betydelig grad påvirker deres dimensjonsnøyaktighet.

 

3. Vibrasjonsindusert deformasjon

Under skjærekrefter kan radielle komponenter få arbeidsstykket til å bøye seg. Hvis den ytre overflaten av arbeidsstykket har funksjoner som spor eller hakk, kan skjæreverktøyet oppleve ujevne krefter, noe som fører til vibrasjoner. Denne vibrasjonen kan ha en negativ innvirkning på arbeidsstykkets dimensjons-, form- og posisjonsnøyaktighet, så vel som dets overflateruhet.

 

 

II Metoder for å redusere og forhindre deformasjon av tynnveggede deler

 

1. Bruk av aksiale klemmefiksturer

Ved dreiing og fresing av tynnveggede arbeidsstykker er det tilrådelig å bruke aksial oppspenning fremfor radiell oppspenning. Den aksiale klemmemetoden, som benytter en aksial klemhylse (gjenget hylse), sikrer at klemkreftene fordeles langs arbeidsstykkets akse. Siden arbeidsstykkets aksiale stivhet er høyere, reduserer denne metoden risikoen for deformasjon.

 

2. Økende klemkontaktområde

Bruk av spaltehylser eller spesialdesignede myke kjever øker kontaktflaten, noe som hjelper til med å fordele klemkraften jevnt over arbeidsstykket. Dette reduserer sannsynligheten for lokalisert deformasjon under innspenning.

 

3. Optimalisering av skjæreverktøygeometri og skjæreparametere

For å minimere skjærekrefter og varme, er det viktig å nøye velge geometrien til skjæreverktøy og skjæreparametere. Lavere skjærekrefter og varme vil redusere sannsynligheten for deformasjon.

 

4. Tilstrekkelig påføring av skjærevæsker

Kutting genererer varme, som først og fremst er konsentrert i spon og skjæreverktøy. Skjærevæsker spiller en avgjørende rolle i kjøling, smøring, sponfjerning og rustforebygging. Ved tilstrekkelig påføring av skjærevæsker kan skjæretemperaturen reduseres, noe som forhindrer termisk deformasjon av arbeidsstykket.

 

5. Legge til prosessribber

Noen tynnveggede arbeidsstykker har spesialdesignede prosessribber ved klempunktene for å øke stivheten. Klemkraften påføres disse ribbene, noe som reduserer deformasjonen. Etter bearbeiding kan prosessribbene fjernes.

 

 

III Kasusstudie: Aksialkraftanvendelse for dreiing og fresing av tynnveggede arbeidsstykker

 

1. Analyse av vanskelighetsgrad for tynnveggede arbeidsstykker

Valgt materiale er hardt aluminium 2A12T4, og det er brukt et hult sylindrisk grovt materiale. Det innvendige hulrommet krever fresing på fire sider, og ytterveggen har fire store hull (Φ26mm), samt noen monteringsrelaterte skruehull og gjengede hull. Maksimal ytre diameter er 180mm ±0.05mm, og minimum veggtykkelse er 3mm. Deformasjonen av rundheten må ikke overstige 0,15 mm. I tillegg til de iboende deformasjonsutfordringene til tynnveggede deler, krever dette arbeidsstykket også bearbeiding av fire innvendige sider og hull på ytre diameter, noe som fører til ujevne og asymmetriske veggtykkelser som øker deformasjonen. Nøyaktig posisjonering er nødvendig for å sikre presisjonen til de interne og eksterne funksjonene.

 

▲ tynnvegget deler

 

2. Rute for før-forbedringsprosessen

1). Snu den innvendige diameteren, grovdrein den ytre diameteren med en trekjeftchuck, og la det være 1 mm tilskudd på begge sider for innvendige og utvendige diametere.

2). Bruk et bearbeidingssenter til å grovfrese det indre hulrommet med en 1 mm kvote på hver side, og juster de indre flatene til å grovfrese fire Φ26 store hull med en 2 mm kvote.

3). Avstressende behandling.

4). På dreiebenken, utfør sekundær grovfresing av det indre trinnet med en 0.5 mm kvote på hver side, og den ytre diameteren med en 0 .5 mm kvote.

5). Bruk bearbeidingssenteret til å grovfrese det indre hulrommet med en 0,5 mm kvote.

6). Avstressende behandling.

7). På dreiebenken flater du de to endeflatene til størrelse, utfør semi-finish dreining av den indre diameteren, og fullfør dreiningen til den endelige størrelsen.

8). Bruk bearbeidingssenteret til å ferdigfrese det indre hulrommet til størrelse.

9). På dreiebenken, snu den ytre diameteren til mål.

10). Finfres alle ytre hull og funksjoner på maskineringssenteret.

 

3. Problemer før forbedringsprosessen

1). Fixturen som ble brukt til grov- og finfresing av det indre hulrommet var en spaltehylsefestet fastklemt med en trekjeftchuck. Dette oppsettet forårsaker radiell kraft på arbeidsstykket, noe som resulterer i deformasjon på grunn av den lave stivheten til tynnveggede komponenter. Arbeidsstykket, under bearbeiding, har en tendens til å deformeres til en trekantet form. Klemkraften ble justert under grovfresing for å frigjøre spenning, men dette førte til at arbeidsstykket ble ustabilt, noe som førte til bevegelse eller tilt under bearbeiding. Verktøybanen måtte bremses, noe som forlenger produksjonssyklusene.

 

2). For innvendig dreiing ble det brukt spesialiserte myke kjever av messing for å klemme den ytre diameteren for å dreie den indre diameteren, men det oppstod fortsatt deformasjon ved fastspenning og frigjøring av arbeidsstykket, på grunn av arbeidsstykkets tendens til å absorbere skjærevarme og frigjøre indre spenninger. De indre og ytre diametrene ville endre seg når arbeidsstykket ble fjernet, noe som gjorde det vanskelig å kontrollere deformasjonen.

 

3). For etterbehandling av ytre hull og spor ble det brukt topunktsstøtte, med klemkraft gitt av bolter. Den tynne veggen og den lave stivheten forårsaket imidlertid vibrasjoner, spesielt ved boring, noe som påvirker presisjonen.

 

4. Analyse av prosessflyt etter forbedring

1) Bruk en trekjeft chuck på dreiebenken for å reversere klemme den indre diameteren, utfør grovvending på den ytre diameteren, og klem deretter den ytre diameteren igjen for å grovdreie den indre diameteren.

2) Bruk et maskineringssenter til å grovfrese det indre hulromsfirkanten og grovfrese fire store hull med en kvote på 1 mm på hver side.

3) Utfør avstressende behandling.

4) Bruk dreiebenken til å flate ut begge endeflatene, la det være en 0,5 mm kvote på den ytre diameteren, og halvbehandle den indre diameteren.

5) Utfør avstressende behandling.

6). Bruk dreiebenken til å fullføre begge endeflatene og den indre diameteren til endelig størrelse.

7) Bruk maskineringssenteret til å presisjonsfrese den indre hulromsformen.

8) På dreiebenken, snu den ytre diameteren ferdig for å møte krav til rundhet og dimensjon.

9) Bruk maskineringssenteret til å presisjonsfrese alle eksterne funksjoner.

 

5. Hovedbehandlingsmetoder og oppnådde resultater etter forbedring

 

1) Grovfresing av indre hulrom

Prosessen med grovfresing av det indre hulrommet skiller seg ikke fra forforbedringsmetoden. En spaltehylsefeste brukes til å klemme den ytre diameteren, mens en tre-kjeft chuck holder festet for å frese de indre firkantede funksjonene. For grovfresing av de ytre hullene, brukes en spesiell stor myk kjeve for å klemme den høyre enden av arbeidsstykkets ytre diameter, og justere den med den indre firkantede formen til venstre. Under presisjonsfresing av det indre hulrommet brukes følgende armaturdesign (Figur 2 og Figur 3):

 

▲ presisjonsfresing av armaturet

 

▲ presisjonsfresing

 

Note:

1. Spiralhette– Spiralhetten tres inn i den lyseblå delen i den øvre enden av fiksturen, og fester og komprimerer den øvre delen av arbeidsstykket. Den gjennomgående hulldiameteren til spiralhetten er 2 mm større enn den indre diameteren til arbeidsstykket, med en veggtykkelse på arbeidsstykket på 3 mm, noe som skaper en 2 mm bred kompresjonskontaktflate. Denne utformingen forstyrrer ikke skjæreverktøyets evne til å forme arbeidsstykkets indre hulrom.

 

2. Øvre støttering– Den ytre blå veggen til støtteringen er på linje med den øvre blå delen av armaturet, mens den indre veggen passer med arbeidsstykkets ytre diameter. Dette forhindrer bevegelse i alle retninger (venstre, høyre, foran, bak) av arbeidsstykkets øvre ende og sikrer presis posisjonering, og garanterer at arbeidsstykkets rotasjonssenter forblir konsistent med hvert oppsett.

 

3. Arbeidsstykke– Arbeidsstykket som skal bearbeides.

 

4. Armaturhus(Figur 3) – Den nedre innvendige enden av fiksturkroppen har et 15 mm dypt avtrappet sirkulært spor som passer med arbeidsstykkets nedre ytre diameter. Den sentrale lilla delen er laget av sort gummimateriale som passer til gapet mellom armaturet og ytterveggen på delen for å forhindre vibrasjon og skravling under maskinering.

 

5. Liten stoppblokk– Denne delen er nøkkelfunksjonen til armaturet. Den griper inn i de ytre sporhullene til fiksturkroppen, med den utstikkende delen berører den indre veggen av arbeidsstykkets Φ26-sirkel. Dette både blokkerer arbeidsstykket og begrenser dets rotasjon med klokken. Stoppblokken spiller også en avgjørende rolle i justeringen. Fordi verktøyet roterer med klokken, utsettes arbeidsstykket for en kraft med klokken, som stoppblokken motvirker. Skruehullet og gjengede hullet på fiksturkroppen fester stoppblokken godt, og forhindrer vibrasjon eller forskyvning under bearbeiding. Samspillet mellom den lille stoppblokken og den indre veggen til arbeidsstykkets Φ26-sirkel er vist i figur 4.

 

▲ interaksjon

 

Oppnådd effekt:

 

Denne fiksturen krever kun minimal aksial klemkraft fra spiralhetten for å begrense alle seks frihetsgrader til arbeidsstykket. Dette sikrer at arbeidsstykket ikke deformeres av radielle krefter. I tillegg hjelper selve den lille stoppblokken med posisjonering og justering, og spiller en kritisk rolle for å forhindre at arbeidsstykket roterer. Arbeidsstykket er sikkert plassert inne i armaturet, med en støttering på plass for stabilitet, gummimateriale i midten for vibrasjonsdemping, og et 15 mm dypt avtrappet sirkulært spor i bunnen for posisjonering. Systemets stivhet er forbedret, noe som muliggjør betydelig høyere skjæreparametere, noe som forbedrer den totale produksjonseffektiviteten. Før forbedringen tok denne prosessen 30 minutter; etter forbedringen er behandlingstiden redusert til 15 minutter. Videre kan denne armaturen også brukes under presisjonsdreiing av det indre hulrommet, noe som reduserer de totale produksjonskostnadene.

 

2) Grov og findreining av indre hulrom

Fixturen designet for grov- og findreiing av det indre hulrommet følger samme prinsipp som presisjonsfresingen av det indre hulrommet. Den lille stoppblokken tjener imidlertid bare til å begrense rotasjonen av arbeidsstykket, som vist i figur 5.

 

▲ Grov og findreining av indre hulrom

 

Arbeidsstykket er aksialt klemt av spiralhetten, og forhindrer deformasjon på grunn av klemkrefter. Når du snur det indre hullet, forblir arbeidsstykket nesten helt fritt, noe som sikrer at det bearbeidede hullet oppfyller de nødvendige tekniske spesifikasjonene. Før forbedringen, for å redusere radiell klemkraft og forhindre deformasjon, måtte klemkraften minimeres, noe som også reduserte skjæreparametere. Etter forbedringen er det ingen grunn til å bekymre seg for klemdeformasjon, noe som gir mulighet for høyere skjæreparametere og økt produksjonseffektivitet. Prosesstiden ble redusert fra 35 minutter til 25 minutter.

 

3) Presisjonsfresing av utvendige vegghull

 

▲ Presisjonsfresing

 

Fixturen for presisjonsfresing av yttervegghullene er vist i figur 6. Fixturdesignet fokuserer på hoveddelen av fiksturen helt til høyre:

 

Armaturdesign: Armaturhuset er festet og justert til det fireaksede roterende bordet. Forhåndsmaskinerte bunnhull og inngangsspor forhindrer verktøyinterferens under maskinering. Den lyse lilla delen av armaturet er på linje med det indre hullet i høyre ende av arbeidsstykket, mens venstre side passer med den indre firkantede formen til arbeidsstykket, noe som gir justering og forhindrer rotasjon. Etter å ha installert topp- og spiralhettene, posisjonerer fiksturen arbeidsstykket sikkert, noe som eliminerer behovet for omplassering. Fikturen tillater en klaring på ca. 0.03 mm mellom fiksturen og arbeidsstykket for å ta hensyn til liten deformasjon av arbeidsstykket og sikre enkel fjerning.

 

Effekt: Under bearbeiding forblir arbeidsstykket stabilt, og det er ingen uønsket vibrasjon, noe som gir mulighet for høyere skjæreparametere og forbedret presisjon. Sammenlignet med den forrige armaturen, reduserer denne designen oppsetttiden betydelig, forbedrer systemets stivhet og sikrer at arbeidsstykket forblir stabilt under bearbeiding. Som et resultat er den totale bearbeidingstiden redusert fra 55 minutter til 35 minutter.