1. Kontrola deformacji układu technologicznego pod wpływem naprężeń: zwiększenie sztywności i optymalizacja obciążenia
Odkształcenie siłowe systemu technologicznego bezpośrednio powoduje, że elementy mają niewłaściwy rozmiar. Przykładowo, w przypadku użycia frezarki bramowej do wykonania dużych płaskich powierzchni, belka poprzeczna może ugiąć się pod ciężarem oprawki narzędziowej o 0,1–0,3 mm, co bezpośrednio powoduje, że obrabiany przedmiot jest zbyt płaski. Aby rozwiązać tego rodzaju problemy, należy przeprowadzić optymalizację z trzech następujących punktów widzenia:
Wzmocnienie sztywności kontaktowej
Sztywność styku można znacznie poprawić, upewniając się, że ważne części, takie jak prowadnice obrabiarek i łożyska wrzeciona, są lepiej dopasowane. Na przykład wstępne naprężenie nakrętki za pomocą technologii-wstępnie dokręconych łożysk tocznych powoduje usunięcie przestrzeni między wałem głównym a łożyskiem. Zwiększa to rzeczywistą powierzchnię styku o 30% do 50%, a sztywność styku ponad dwukrotnie. Po zastosowaniu tej technologii firma produkująca części samochodowe zmniejszyła błąd okrągłości szyjki korbowodu wału korbowego z 0,015 mm do 0,005 mm.
Usztywnienie przedmiotu obrabianego
Aby zwiększyć sztywność elementów cienkościennych, takich jak bloki cylindrów i obudowy skrzyń biegów, potrzebne są podpory pomocnicze. Do obróbki osłonek cienkościennych-stosuje się kompozytową metodę mocowania „wałek ochronny + końcówka”. Najpierw otwór wewnętrzny jest obrabiany do odpowiedniego rozmiaru. Następnie wkłada się trzpień ochronny pasujący do szczeliny pomiędzy otworem wewnętrznym i mocuje go przednią i tylną końcówką. Dzięki temu obrabiany przedmiot jest 4-6 razy sztywniejszy podczas obróbki koła zewnętrznego i utrzymuje błąd walcowości w granicach 0,02 mm. Ponadto elementy takie jak uchwyty narzędzi i ramy środkowe mogą pomóc w zapobieganiu nadmiernym wibracjom smukłych wałów. Studium przypadku dotyczące obróbki wału napędowego wykazało, że zastosowanie pływającego układu podporowego z dwoma kołami zmniejszyło amplitudę wibracji podczas obróbki o 80%, a współczynnik pęknięć z 15% do mniej niż 2%.
Optymalizacja alokacji obciążeń
Jeśli prawidłowo zaprojektujesz kierunek i punkt przyłożenia siły mocowania, możesz uniknąć lokalnej koncentracji naprężeń. Na przykład podczas pracy z felgami ze stopów aluminium zamiast osiowego stosuje się mocowanie promieniowe. Dzięki temu siła mocowania rozkłada się równomiernie na całej tarczy, co ogranicza odkształcenie przedmiotu obrabianego o 60%. Analizę elementów skończonych (FEA) można wykorzystać do modelowania rozkładu siły mocowania i ulepszania konstrukcji mocowania w przypadku elementów, które nie są regularne.
2. Kontrolowanie odkształceń termicznych: równoważenie pola temperaturowego i poprawa odprowadzania ciepła
Głównym powodem odkształcania się kawałków podczas cięcia jest ciepło. Przykładowo przy toczeniu z dużą prędkością temperatura krawędzi skrawającej narzędzia może przekroczyć 850 stopni, a oprawka może rozciągnąć się o 0,05–0,1 mm/m, co bezpośrednio powoduje zmianę wielkości obróbki. Aby rozwiązać problem odkształceń termicznych, musimy przyjrzeć się dwóm rzeczom: kontroli źródła i kompensacji procesu:
Oddzielenie źródła ciepła i ułatwienie jego ucieczki
Umieść części grzewcze, takie jak silniki elektryczne i pompy hydrauliczne, na zewnątrz obrabiarki i użyj materiałów izolacyjnych, takich jak płyty z włókien ceramicznych, aby zapobiec przemieszczaniu się ciepła. Układ wymuszonego chłodzenia powietrzem może utrzymać wzrost temperatury w granicach 5 stopni w przypadku ważnych części, takich jak łożyska wrzeciona i szyny prowadzące. Pewien producent obrabiarek CNC ulepszył układ obiegu chłodziwa w taki sposób, że odkształcenie termiczne korpusów cylindrów ze stopu aluminium podczas frezowania wzrosło z 0,08 mm do 0,02 mm.
Projekt równowagi pola temperaturowego
Podczas obróbki korpusu przekładni koła zębate i łożyska są rozmieszczone symetrycznie, aby zapewnić równomierny wzrost temperatury ścianki przekładni i zmniejszyć o połowę odkształcenia. Aby zmniejszyć narastanie naprężenia osiowego i zapewnić miejsce na rozszerzalność cieplną, w przypadku cienkich części wału stosuje się metodę mocowania „z jednym końcem nieruchomym, z jednym końcem elastyczną końcówką”.
Poprawa ustawień cięcia
Możliwe jest cięcie szybsze (Vc), co może skrócić czas skrawania, ale ważne jest kontrolowanie ciepła skrawania i zużycia narzędzia. Testy wykazały, że zwiększenie Vc ze 100 m/min do 200 m/min obniża ciepło skrawania urządzenia o 30%, ale skraca żywotność narzędzia o 40%. Zatem najlepszą kombinację parametrów należy wybrać w oparciu o rodzaj materiału (np. stop aluminium lub żeliwo). Na przykład podczas pracy z żeliwnymi korpusami cylindrów można utrzymać odkształcenie termiczne w granicach 0,03 mm, ustawiając posuw na f=0.2mm/r i prędkość skrawania na Vc=150m/min.
3. Zarządzanie stresem wewnętrznym: projektowanie trasy zabiegu i przygotowanie ślepej próby
Napięcie wewnętrzne jest głównym powodem zmiany kształtu części po obróbce. Naprężenia szczątkowe mogą wynosić od 30% do 50% granicy plastyczności hartowanych części stalowych. Może to spowodować wygięcie lub pęknięcie części podczas przechowywania lub użytkowania. Jeśli chodzi o napięcie wewnętrzne, należy je kontrolować na dwa sposoby:
Optymalizacja trasy procesu
Ponad 80% naprężeń szczątkowych można usunąć, wykonując etapy „obróbka zgrubna → wyżarzanie odprężające → obróbka precyzyjna”. Na przykład podczas pracy z wałami korbowymi, wyżarzanie odprężające w temperaturze 600–650 stopni po obróbce zgrubnej, wytrzymywanie przez 4–6 godzin, a następnie precyzyjna obróbka z dokładnością wymiarową może zapobiec zmianie kształtu przy ponownym użyciu. W przypadku przedmiotów o cienkich ściankach stosuje się metodę „obróbki symetrycznej”. Oznacza to najpierw przycięcie jednej strony na określoną głębokość, a następnie obrócenie drugiej strony w celu zmniejszenia naprężenia.
Przygotowanie surowców
Użyj kucia, walcowania i innych metod, aby wyrównać pustą strukturę i pozbyć się wad wewnętrznych. Na przykład jedna firma stosuje technikę „kucia izotermicznego” do wytwarzania półfabrykatów korbowodów. Technologia ta poprawia wielkość ziarna do poziomu ASTM 6-8 i zmniejsza zniekształcenia o 70% po obróbce. Ponadto metoda grupowania półfabrykatów (grupowanie według rozmiaru i twardości) może sprawić, że naddatek na skrawanie będzie za każdym razem taki sam i ograniczyć liczbę błędów.
