Effektiva metoder för att förhindra deformation av tunnväggiga rörkomponenter vid tillverkning

 

I själva produktionen är det vanligt att man stöter på bearbetning av tunnväggiga rördelar av olika former och storlekar, som är benägna att deformeras under bearbetningen. Att utforska metoder för att förhindra deformation, för att säkerställa att delarna uppfyller dimensions- och stabilitetskraven, är avgörande. Tunnväggiga komponenter utgör en utmanande fråga i svarvnings- och fräsprocesser, främst på grund av deras låga styvhet och styrka. Under bearbetning är de mycket känsliga för deformation, vilket ökar form- och dimensionsfel, vilket gör det svårt att säkerställa en jämn detaljkvalitet.

 

 

I Huvudfaktorer som påverkar precisionen hos tunnväggiga rörarbetsstycken

 

1. Mottaglighet för deformation på grund av kraft

Tunnväggiga arbetsstycken är mycket benägna att deformeras under spännkrafter, vilket påverkar både deras dimensions- och formnoggrannhet. Till exempel, när man använder en trekäftschuck för att klämma fast ytterdiametern under bearbetning av innerdiametern, kan ytterdiametern lätt deformeras till en triangulär form på grund av klämkraften. Även om ett cylindriskt hål skapas, återgår den yttre diametern till sin cylindriska form när chucken släpps, medan det inre hålet blir bågformat eller triangulärt.

 

2. Värmeinducerad deformation

Skärvärme kan orsaka termisk deformation av arbetsstycket, vilket gör det svårt att kontrollera dess dimensioner. Tunnväggiga metallkomponenter, särskilt de med höga linjära expansionskoefficienter, är särskilt känsliga för termisk deformation inducerad av skärvärme, vilket avsevärt påverkar deras dimensionella noggrannhet.

 

3. Vibrationsinducerad deformation

Under skärkrafter kan radiella komponenter få arbetsstycket att böjas. Om den yttre ytan av arbetsstycket har egenskaper som spår eller skåror, kan skärverktyget utsättas för ojämna krafter, vilket leder till vibrationer. Denna vibration kan negativt påverka arbetsstyckets dimensions-, form- och positionsnoggrannhet, såväl som dess ytråhet.

 

 

II Metoder för att minska och förhindra deformation av tunnväggiga delar

 

1. Användning av axiella fastspänningsfixturer

Vid svarvning och fräsning av tunnväggiga arbetsstycken är det lämpligt att använda axiell fastspänning istället för radiell fastspänning. Den axiella klämmetoden, som använder en axiell klämhylsa (gängad hylsa), säkerställer att klämkrafterna fördelas längs arbetsstyckets axel. Eftersom arbetsstyckets axiella styvhet är högre, minskar denna metod risken för deformation.

 

2. Öka klämkontaktytan

Användning av slitshylsor eller specialdesignade mjuka käftar ökar kontaktytan, vilket hjälper till att fördela spännkraften jämnt över arbetsstycket. Detta minskar sannolikheten för lokal deformation under fastspänning.

 

3. Optimera skärverktygets geometri och skärparametrar

För att minimera skärkrafter och värme är det viktigt att noggrant välja geometri för skärverktyg och skärparametrar. Lägre skärkrafter och värme minskar sannolikheten för deformation.

 

4. Adekvat applicering av skärvätskor

Skärning genererar värme, som främst är koncentrerad till spånen och skärverktyget. Skärvätskor spelar en avgörande roll för kylning, smörjning, borttagning av spån och rostskydd. Genom att på lämpligt sätt applicera skärvätskor kan skärtemperaturen sänkas, vilket förhindrar termisk deformation av arbetsstycket.

 

5. Lägga till Process Ribs

Vissa tunnväggiga arbetsstycken har specialdesignade processribbor vid klämpunkterna för att öka styvheten. Klämkraften appliceras på dessa ribbor, vilket minskar deformationen. Efter bearbetning kan processribborna tas bort.

 

 

III Fallstudie: Applicering av axiell kraft för svarvning och fräsning av tunnväggiga arbetsstycken

 

1. Analys av tunnväggiga arbetsstyckessvårigheter

Det valda materialet är hård aluminium 2A12T4 och ett ihåligt cylindriskt grovt material används. Det inre hålrummet kräver fräsning på fyra sidor, och ytterväggen har fyra stora hål (Φ26mm), samt några monteringsrelaterade skruvhål och gängade hål. Den maximala ytterdiametern är 180mm ±0,05 mm, och den minsta väggtjockleken är 3 mm. Deformationen av rundheten får inte överstiga 0,15 mm. Förutom de inneboende deformationsutmaningarna med tunnväggiga delar, kräver detta arbetsstycke också bearbetning av fyra inre sidor och hål på den yttre diametern, vilket leder till ojämna och asymmetriska väggtjocklekar som ökar deformationen. Noggrann positionering krävs för att säkerställa precisionen hos de interna och externa funktionerna.

 

▲ tunnväggig delar

 

2. Rutt för förbättringsprocessen

1). Vrid den inre diametern, grovvrid ytterdiametern med hjälp av en trekäftschuck och lämna ett utrymme på 1 mm på båda sidor för inre och yttre diametrar.

2). Använd ett bearbetningscenter för att grovfräsa det inre hålrummet med 1 mm mått på varje sida, och rikta in de inre ytorna till att grovfräsa fyra Φ26 stora hål med 2 mm utrymme.

3). Avstressande behandling.

4). På svarven utför du sekundär grovfräsning av det inre steget med en 0,5 mm mått på varje sida och den yttre diametern med en 0 ,5 mm bredd.

5). Använd bearbetningscentret för att sekundärt grovfräsa det inre hålrummet med en 0,5 mm tillägg.

6). Avstressande behandling.

7). På svarven, plana de två ändytorna till storlek, utför halvfinishsvarvning av innerdiametern och avsluta svarven till den slutliga storleken.

8). Använd bearbetningscentret för att färdigfräsa den inre kaviteten till storlek.

9). Vrid ytterdiametern till storlek på svarven.

10). Finfräsa alla yttre hål och funktioner på bearbetningscentret.

 

3. Förbättringsprocessproblem

1). Fixturen som användes för grov- och finfräsning av den inre kaviteten var en slitshylsfixtur fastklämd med en trekäftschuck. Denna uppställning orsakar radiell kraft på arbetsstycket, vilket resulterar i deformation på grund av den låga styvheten hos tunnväggiga komponenter. Arbetsstycket, under bearbetning, tenderar att deformeras till en triangulär form. Spännkraften justerades under grovfräsning för att släppa påfrestningar, men detta gjorde att arbetsstycket blev instabilt, vilket ledde till rörelse eller lutning under bearbetning. Verktygsbanan var tvungen att bromsas, vilket förlängde produktionscyklerna.

 

2). För invändig svarvning användes specialiserade mjuka käftar i mässing för att klämma fast ytterdiametern för att vrida innerdiametern, men deformation inträffade fortfarande vid fastspänning och frigöring av arbetsstycket, på grund av arbetsstyckets tendens att absorbera skärvärme och släppa inre spänningar. De inre och yttre diametrarna skulle förskjutas när arbetsstycket togs bort, vilket gjorde det svårt att kontrollera deformation.

 

3). För att avsluta de yttre hålen och spåren användes tvåpunktsstöd, med klämkraft som tillhandahålls av bultar. Den tunna väggen och den låga styvheten orsakade dock vibrationer, särskilt vid borrning, vilket påverkade precisionen.

 

4. Analys av processflöde efter förbättring

1) Använd en chuck med tre käftar på svarven för att omvända klämma fast innerdiametern, utför grovvridning av ytterdiametern, spänn sedan fast ytterdiametern igen för att grovvrida innerdiametern.

2) Använd ett bearbetningscenter för att grovfräsa den inre hålighetens fyrkant och grovfräsa fyra stora hål med 1 mm utrymme på varje sida.

3) Utför avstressande behandling.

4) Använd svarven för att platta till båda ändytorna, lämna en 0,5 mm marginal på ytterdiametern och halvfärdiga innerdiametern.

5) Utför avstressande behandling.

6). Använd svarven för att avsluta båda ändytorna och innerdiametern till slutlig storlek.

7) Använd bearbetningscentret för att precisionsfräsa den inre kavitetsformen.

8) På svarven, avsluta ytterdiametern för att uppfylla kraven på rundhet och dimension.

9) Använd bearbetningscentret för att precisionsfräsa alla externa funktioner.

 

5. Huvudsakliga bearbetningsmetoder och uppnådda resultat efter förbättring

 

1) Grovfräsning av inre kavitet

Processen med grovfräsning av den inre kaviteten skiljer sig inte från förförbättringsmetoden. En fixtur med slitshylsa används för att klämma fast den yttre diametern, medan en trekäftschuck håller fixturen för att fräsa de inre fyrkantiga detaljerna. För grovfräsning av de yttre hålen används en speciell stor mjuk käft för att klämma fast den högra änden av arbetsstyckets ytterdiameter och rikta in den med den inre kvadratiska formen till vänster. Under precisionsfräsning av den inre kaviteten används följande fixturdesign (Figur 2 och Figur 3):

 

▲ precisionsfräsning av fixturen

 

▲ precisionsfräsning

 

Notera:

1. Spirallock– Spiralkåpan träs in i den ljusblå delen i den övre änden av fixturen och säkrar och komprimerar den övre delen av arbetsstycket. Den genomgående håldiametern på spiralkåpan är 2 mm större än arbetsstyckets inre diameter, med en väggtjocklek på 3 mm för arbetsstycket, vilket skapar en 2 mm bred kompressionskontaktyta. Denna design stör inte skärverktygets förmåga att forma arbetsstyckets inre hålrum.

 

2. Övre stödring– Den yttre blå väggen på stödringen är i linje med den övre blå delen av fixturen, medan den inre väggen passar med arbetsstyckets ytterdiameter. Detta förhindrar rörelse i alla riktningar (vänster, höger, fram, bak) av arbetsstyckets övre ände och säkerställer exakt positionering, vilket garanterar att arbetsstyckets rotationscentrum förblir konsekvent med varje uppsättning.

 

3. Arbetsstycke– Arbetsstycket som ska bearbetas.

 

4. Fixturkropp(Figur 3) – Den nedre inre änden av fixturkroppen har ett 15 mm djupt avtrappat cirkulärt spår som passar med arbetsstyckets nedre ytterdiameter. Den centrala lila sektionen är gjord av svart gummimaterial som passar till springan mellan fixturen och delens yttervägg för att förhindra vibrationer och skrammel under bearbetning.

 

5. Litet stoppblock– Den här delen är huvuddelen av armaturen. Den griper in i de yttre spårhålen på fixturkroppen, med den utskjutande delen vidrör den inre väggen av arbetsstyckets Φ26-cirkel. Detta både blockerar arbetsstycket och begränsar dess rotation medurs. Stoppblocket spelar också en avgörande roll vid uppriktningen. Eftersom verktyget roterar medurs utsätts arbetsstycket för en kraft medurs, vilket stoppblocket motverkar. Skruvhålet och det gängade hålet på fixturkroppen håller fast stoppblocket, vilket förhindrar vibrationer eller förskjutning under bearbetning. Samspelet mellan det lilla stoppblocket och den inre väggen av arbetsstyckets Φ26-cirkel visas i figur 4.

 

▲ interaktion

 

Uppnådd effekt:

 

Denna fixtur kräver endast minimal axiell klämkraft från spirallocket för att helt begränsa alla sex frihetsgrader för arbetsstycket. Detta säkerställer att arbetsstycket inte deformeras av radiella krafter. Dessutom hjälper själva det lilla stoppblocket till med positionering och inriktning och spelar en avgörande roll för att förhindra att arbetsstycket roterar. Arbetsstycket är säkert placerat inuti fixturen, med en stödring på plats för stabilitet, gummimaterial i mitten för vibrationsdämpning och ett 15 mm djupt avtrappat cirkulärt spår i botten för positionering. Systemets styvhet förbättras, vilket möjliggör betydligt högre skärparametrar, vilket förbättrar den totala produktionseffektiviteten. Innan förbättringen tog denna process 30 minuter; efter förbättringen har handläggningstiden minskat till 15 minuter. Dessutom kan denna fixtur också användas vid precisionssvarvning av den inre kaviteten, vilket minskar de totala produktionskostnaderna.

 

2) Grov och finsvarvning av det inre hålrummet

Fixturen utformad för grov- och finsvarvning av den inre kaviteten följer samma princip som precisionsfräsningen av den inre kaviteten. Det lilla stoppblocket tjänar dock bara till att begränsa arbetsstyckets rotation, som visas i figur 5.

 

▲ Grov och finsvarvning av det inre hålrummet

 

Arbetsstycket är axiellt fastspänt av spiralkåpan, vilket förhindrar deformation på grund av klämkrafter. Vid vridning av det inre hålet förblir arbetsstycket nästan helt fritt, vilket säkerställer att det bearbetade hålet uppfyller de tekniska specifikationerna. Före förbättringen, för att minska den radiella klämkraften och förhindra deformation, var klämkraften tvungen att minimeras, vilket också minskade skärparametrarna. Efter förbättringen finns det ingen anledning att oroa sig för klämdeformation, vilket möjliggör högre skärparametrar och ökad produktionseffektivitet. Processtiden minskade från 35 minuter till 25 minuter.

 

3) Precisionsfräsning av yttre vägghål

 

▲ Precisionsfräsning

 

Fixturen för precisionsfräsning av ytterväggshålen visas i figur 6. Fixturdesignen fokuserar på fixturens huvuddel längst till höger:

 

Fixturdesign: Fixturkroppen är fixerad och inriktad mot det fyraxlade roterande bordet. Förbearbetade bashål och ingångsöppningar förhindrar verktygsstörningar under bearbetning. Den ljuslila delen av fixturen är i linje med arbetsstyckets inre hål i högra änden, medan den vänstra sidan passar in i arbetsstyckets inre kvadratiska form, vilket ger inriktning och förhindrar rotation. Efter att ha installerat topp- och spirallocken, positionerar fixturen arbetsstycket säkert, vilket eliminerar behovet av ompositionering. Fixturen tillåter en spelpassning på cirka 0.03 mm mellan fixturen och arbetsstycket för att ta hänsyn till lätt deformation av arbetsstycket och säkerställa enkel borttagning.

 

Effekt: Under bearbetning förblir arbetsstycket stabilt och det finns inga oönskade vibrationer, vilket möjliggör högre skärparametrar och förbättrad precision. Jämfört med den tidigare fixturen minskar denna design avsevärt inställningstiden, vilket förbättrar systemets styvhet och säkerställer att arbetsstycket förblir stabilt under bearbetningen. Som ett resultat har den totala bearbetningstiden minskat från 55 minuter till 35 minuter.