چگونه سوراخ عمیق پوشش آلومینیومی-منیزیمی موتور هواپیما را پردازش کنیم؟

مقدمه

با توجه به مشکلات ناشی از براده‌برداری دشوار، الزامات صافی بالا و طراحی دشوار ابزار در ماشینکاری سوراخ عمیق پوسته‌های موتور هواپیما، راندمان ماشینکاری عموماً پایین است [1]. سوراخ عمیق نوع خاصی از پوسته گیربکس لوازم جانبی موتور هواپیما همیشه با حفاری و سوراخکاری پردازش شده است که نیاز به جمع شدن مکرر ابزار برای برداشتن براده‌ها دارد و 80% از زمان پردازش را به خود اختصاص می‌دهد. همچنین لازم است سرعت چرخش و سرعت پیشروی در حین کار ابزار کاهش یابد تا از برش ابزارها جلوگیری شود. این روش پردازش با خراشیدن خروجی سوراخ، نه تنها ناکارآمد است، بلکه تضمین موقعیت و صافی سوراخ نیز دشوار است و خطر کیفی قطعات اوراق شده وجود دارد. اگر قطعات اوراق شوند، هر قطعه بیش از 100000 یوان ضرر خواهد کرد که منجر به ضررهای اقتصادی بیشتر و فشار کاری بیشتر برای اپراتورها می‌شود. بهبود و نوآوری این فناوری پردازش ضروری است، در غیر این صورت سازگاری با توسعه سریع شرکت‌ها دشوار خواهد بود. این مقاله با استفاده از بهینه‌سازی یکپارچه‌سازی فرآیند، بهبود ابزار و بهینه‌سازی طرح فنی ماشینکاری، بر فناوری کلیدی ماشینکاری NC با سوراخکاری عمیق متناوب غلبه می‌کند که ضمن تضمین کیفیت ماشینکاری، راندمان ماشینکاری را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد.

تحلیل دشواری فرآیند

۲.۱ الزامات پردازش قطعات معمولی

شکل 1 الزامات فنی برای ماشینکاری سوراخ‌های عمیق متناوب در محفظه درایو جانبی را نشان می‌دهد. عمق سوراخ 790.5 میلی‌متر و نسبت ابعاد آن 44:1 است. سوراخ توسط قسمت توخالی با طول 181.7 میلی‌متر در وسط به دو بخش تقسیم می‌شود. قطر نیمه اول سوراخ 19 میلی‌متر و قطر نیمه دوم سوراخ 18 میلی‌متر است. دو بخش سوراخ‌ها متحدالمرکز هستند و مقدار زبری سطح Ra سوراخ‌ها باید 1.6 میکرومتر باشد.

شکل 1 الزامات فنی برای سوراخ عمیق متناوب در یک محفظه

۲.۲ مشکلات پردازش قطعات معمولی

مشکلات پردازش به شرح زیر است.

۱) دو سوراخی که قرار است ماشینکاری شوند، سوراخ‌های عمیقی با نسبت ابعادی بزرگ هستند. ابزارهای مورد نیاز برای ماشینکاری بسیار باریک، با استحکام ضعیف، مشکل در حذف براده و راندمان ماشینکاری پایین هستند.

۲) سوراخ‌کاری عمیق متناوب در شکل ۲ نشان داده شده است. قرار دادن مته در مرکز ناپیوستگی توخالی دشوار است و سوراخ‌کاری آن آسان است. سوراخ باید از دو صفحه دنده‌دار عبور کند. پس از پردازش، ضخامت دیواره صفحه دنده‌دار تنها ۲.۰ تا ۲.۵ میلی‌متر است. اگر موقعیت سوراخ‌کاری به خوبی کنترل نشود، از صفحه نگهدارنده عبور می‌کند و منجر به قطعات خرد شده می‌شود. این یکی از انواع معمول سوراخ‌های عمیق است که ماشینکاری آنها دشوار است.

فناوری ماشینکاری سوراخکاری عمیق

۳.۱ طرح فناوری پردازش اولیه

روش اصلی فرآیند سوراخکاری عمیق (شکل ۳ را ببینید) عبارت است از: مته مدفون φ ۲۴ میلی‌متری (قسمت انتهایی سوراخ مسطح مدفون) → مته مرکزی φ۱۰ میلی‌متری (سوراخ مرکزی مته) → مته ۱۶ میلی‌متری که نیمه اول سوراخ را خشن‌کاری می‌کند → ابزار سوراخکاری φ۱۹ میلی‌متری که در محل سوراخ سوراخکاری می‌کند. → حفاری زیرسطحی کف تخت φ۱۹ میلی‌متری (پردازش قطعه با قطر φ۱۹ میلی‌متر و فرو بردن قسمت انتهایی سوراخ φ۱۸ میلی‌متری در محل ناپیوستگی). → مته به طول φ۱۸ میلی‌متر برای ایجاد سوراخ عمیق با سرعت کم → حفاری زیرسطحی φ۱۸ میلی‌متری و اتمام سوراخ φ۱۸ میلی‌متری.

۳.۲ مشکلات مربوط به روش‌های پردازش

1. ابزارهای زیادی، مراحل کاری زیاد و پارامترهای برش پایین ابزارها وجود دارد. زمان پردازش سوراخ تا 150 دقیقه است، راندمان بسیار پایین است، پردازش ابزار سوراخ عمیق متناوب است.
2. ضرر ناشی از تلرانس بیش از حد سوراخ زیاد است. مته مارپیچی دارای مرکزگرایی ضعیف، براده‌برداری دشوار، دقت حفاری پایین، انحراف آسان حفاری، کیفیت ناپایدار و ضرری نزدیک به ۳۰۰۰۰۰ یوان در سال است.

طرحی جدید برای ماشینکاری سوراخکاری عمیق متناوب گیت آلومینیوم منیزیم

۴.۱ راهکارهای جدید برای پردازش

طراحی یک طرح ماشینکاری سوراخ عمیق جدید در شکل 4 نشان داده شده است.

(1) روش پردازش سوراخ راهنما را تغییر دهید. 4 مرحله کاری سطح انتهایی مدفون، سوراخ مرکزی ماشینکاری، سوراخکاری خشن و سوراخکاری با مته را به پردازش تک مرحله‌ای سوراخکاری سه تیغه‌ای تغییر دهید. با استفاده از ویژگی‌های مرکزگرایی خوب مته سه تیغه‌ای و دقت موقعیت سوراخ که می‌تواند به 0.03 ~ 0.1 میلی‌متر برسد، می‌توان به اثر پردازش چهار تیغه در روش فرآیند اصلی دست یافت و راندمان در مقایسه با روش فرآیند اصلی 7 برابر افزایش می‌یابد.

(2) بهبود مته برای پردازش سوراخ‌های عمیق به جای مته مارپیچی بلند φ18 میلی‌متری، از مته تفنگی φ18 میلی‌متری استفاده کنید. مته تفنگی مزایای زیادی دارد، از جمله استحکام خوب، سرعت تا 3000 دور در دقیقه، خنک‌کننده داخلی ابزار، حذف آسان براده، عدم انقباض چرخه‌ای مکرر در حین پردازش و سرعت بالای خط برش که می‌تواند سرعت پردازش را بیش از 10 برابر افزایش دهد و همچنین می‌تواند دقت موقعیت سوراخ و کیفیت سطح را بهبود بخشد.

(3) کاهش ابزارهای ماشینکاری 7 ابزار اصلی به 3 ابزار کاهش یافته است. دو مته آزمایشی سه تیغه‌ای φ18 میلی‌متری با طول 200 میلی‌متر و 410 میلی‌متر برای پردازش سوراخ‌های آزمایشی و یک مته تفنگی φ18 میلی‌متری برای پردازش سوراخ‌های متناوب استفاده می‌شوند. مقایسه طرح ابزار قبل و بعد از بهبود در شکل 5 نشان داده شده است.

(4) جایگزینی تجهیزات پردازش تجهیزات پردازش اولیه یک مرکز ماشینکاری چهار محوره افقی بدون خنک کننده داخلی و بدون خنک کننده خارجی است که به دلیل خنک کننده ضعیف و اثرات حذف براده، انتخاب پارامترهای برش را محدود می‌کند. پس از بهبود، یک مرکز ماشینکاری دروازه‌ای پنج محوره با خنک کننده داخلی مرکز فشار بالا انتخاب شد که دارای اثرات خنک کننده، روان کننده و حذف براده خوبی است و پایه و اساس ماشینکاری با سرعت بالا را بنا می‌نهد.

الف) طرح اولیه ابزار     ب) طرح ابزار جدید

شکل 5 مقایسه طرح‌های ابزار قبل و بعد از بهبود

۴.۲ الزامات تطبیق مته تفنگی و مته آزمایشی و عمق پردازش سوراخ آزمایشی

برای ماشینکاری سوراخ عمیق با نسبت ابعاد بزرگ، هنگام استفاده از مته تفنگی [2]، یک مته راهنما با دقت مناسب مورد نیاز است. برای مته تفنگی φ18 میلی‌متری مورد استفاده، دقت خود مته باید در محدوده ±0.01 میلی‌متر کنترل شود و تلرانس قطر سوراخ راهنما نیز باید در محدوده ±0.008 میلی‌متر کنترل شود. علاوه بر دقت تولید، مقدار فاصله بین مته تفنگی و مته راهنما نیز بسیار مهم است، زیرا اگر فاصله خیلی زیاد باشد، سوراخ راهنما نقش هدایت دقیق را از دست می‌دهد. طبق آزمایش پردازش، فاصله تطبیقی بین سوراخ راهنما و مته تفنگی باید در محدوده 0.01-0.02 میلی‌متر کنترل شود. مته‌های راهنما عموماً دارای لبه‌های برش کوتاه و استحکام خوب هستند، اما عمق حفاری کم است. برای اینکه سوراخ راهنما مطمئن شود که مته تفنگی کج نشده و بهترین اثر هدایت را دارد، آزمایش پردازش با توجه به طول غلاف مته مورد استفاده هنگام پردازش سوراخ‌های عمیق توسط ماشین‌های حفاری معمولی انجام می‌شود. نتایج آزمایش نشان می‌دهد که عمق سوراخ راهنما باید 2.5 قطر مته تفنگی باشد. ~ 3 بار، مانند پردازش یک سوراخ عمیق φ18mm، عمق سوراخ راهنما 54mm است.

۴.۳ برنامه‌نویسی

تنها با تکیه بر طرح پردازش فوق نمی‌توان پردازش سوراخ‌ها را تحقق بخشید و این طرح باید به زبانی تبدیل شود که توسط دستگاه قابل تشخیص باشد، یعنی برنامه‌نویسی NC. برنامه‌نویسی باید به طور جامع در نظر گرفته شود، مانند نصب ابزار، توالی ماشینکاری ابزار، مسیر ابزار، پارامترهای برش و اینکه آیا تداخلی با عملکرد دارد یا خیر [3].

(1) نکات اصلی برنامه پردازش مته تفنگی دستور پردازش مته تفنگی CYCLE83[4] را انتخاب می‌کند، اما قبل از اجرای CYCLE83، مته تفنگی باید به طور روان و دقیق وارد سوراخ آزمایشی نیز شود. ابتدا از سرعت پایین S50 و تغذیه آهسته F200 برای اجرای دستور G01 استفاده کنید، وارد سوراخ راهنمای از قبل ماشینکاری شده با عمق 48 میلی‌متر شوید، سپس خنک‌سازی داخلی را شروع کنید و برای اجرای CYCLE83 آماده شوید. سرعت در CYCLE83 به S600 افزایش می‌یابد، نرخ تغذیه F90 است و اولین عمق حفاری دستور CYCLE83 روی 1 برابر قطر، یعنی 18 میلی‌متر، و اولین نرخ تغذیه روی 50%، یعنی F45 تنظیم می‌شود. در حین ماشینکاری، از روش شکستن براده استفاده کنید، فاصله عقب‌نشینی روی ۰ تنظیم می‌شود، پس از ماشینکاری تا عمق مشخص شده، به سرعت به عمق سوراخ راهنما برمی‌گردد، سرعت به S50 کاهش می‌یابد، دستور چرخه پایان می‌یابد و سپس از دستور G01 استفاده می‌شود و نرخ تغذیه روی F3000 تنظیم می‌شود تا به سرعت خارج شود.

عمق حفاری اول مته تفنگی روی ۱۸ میلی‌متر تنظیم شده است و نرخ تغذیه به میزان ۵۰۱TP3T کاهش یافته است. هدف، پردازش روان نوک مته پس از مته آزمایشی و دستیابی به اثر مرکزگیری تحت "مهار" سوراخ آزمایشی است. در فرآیند حفاری، مته تفنگی تا ته مته نمی‌کند، بلکه هر عمق را با سرعت متغیر سوراخ می‌کند و نرخ تغذیه از F90→F0→F90 است. هدف، شکستن خوب براده‌ها و ایجاد زمان برای تخلیه براده‌های بریده شده است. علاوه بر سوراخ‌های عمیق، می‌توان تنش ماشینکاری مته تفنگی را آزاد کرد و عمر مفید ابزار را بهبود بخشید.

(2) اقدامات احتیاطی برای پردازش مته‌های آزمایشی بلند روش سوراخکاری سریع S600 و F360 برای عبور از اولین لایه سوراخ‌های ماشینکاری شده استفاده می‌شود. مته گیر کرده و خفه می‌شود.

(3) الزامات کنترل سیال برش حتماً فشار و جریان سیال برش را در حین پردازش بررسی کنید و فشار خنک کننده داخلی معمولاً 2 تا 5 مگاپاسکال است. برای اطمینان از تمیز بودن، تمیز بودن و عدم خراب شدن سیال برش، نشانگر سطح مایع روی مخزن سیال برش باید نشان دهد که سطح مایع باید در محدوده طبیعی باشد [5] و توجه داشته باشید که آیا خنک کننده در حین پردازش طبیعی است یا خیر، در غیر این صورت چاقو گیر کرده و شکسته می شود و در نتیجه قطعات از بین می روند.

سخنان پایانی

با استفاده از یک مته تفنگی با فناوری پیشرفته و یک مته راهنمای مناسب، اندازه بهینه سوراخ راهنمای ماشینکاری بررسی شد و از طریق طراحی منطقی برنامه کنترل عددی، یک راه حل نوآورانه برای سوراخکاری عمیق متناوب در پوشش آلومینیومی-منیزیمی موتور هواپیما توسعه داده شد. مشکلات پایداری ماشینکاری و راندمان ماشینکاری حل شد. نکات فنی کلیدی عبارتند از: تطابق فاصله بین مته تفنگی و سوراخ راهنما و انتخاب صحیح عمق ماشینکاری سوراخ راهنما. همچنین به نکات و جزئیات کلیدی برنامه ماشینکاری NC توجه کنید تا عمر مفید ابزار بهبود یابد.

از روش جدید برای تأیید پردازش پوشش استفاده می‌شود. صافی سوراخ از 0.2 تا 0.4 میلی‌متر به 0.05 تا 0.1 میلی‌متر افزایش یافته است؛ مقدار زبری سطح Ra از 3.2 میکرومتر به 1.6 میکرومتر کاهش یافته است؛ زمان پردازش اولیه 150 دقیقه است که اکنون به 18 دقیقه کاهش یافته است، راندمان 7 برابر افزایش یافته است. کل فرآیند پردازش سریع، روان و بدون سر و صدای غیرعادی است و کیفیت و راندمان قطعات تا حد زیادی بهبود یافته است. این فناوری به طور کامل در پردازش پوشش آلومینیوم-منیزیم شرکت ما ارتقا یافته و به کار گرفته شده است.