Utengenezaji wa Sehemu Maalum za Metali kwa Uchimbaji wa Mihimili 5

Utengenezaji wa Sehemu Maalum za Metali kwa Uchimbaji wa Mihimili 5

Mwandishi:PFT, Shenzhen

Muhtasari:Utengenezaji wa hali ya juu unadai vipengele vya chuma vinavyozidi kuwa ngumu, vya usahihi wa hali ya juu katika sekta ya anga, matibabu na nishati. Uchanganuzi huu hutathmini uwezo wa utenaji wa kisasa wa udhibiti wa nambari za kompyuta wa mhimili 5 (CNC) katika kukidhi mahitaji haya. Kwa kutumia jiometri za kielelezo wakilishi cha visukuku changamano na vile vya turbine, majaribio ya kutengeneza mitambo yalifanywa kwa kulinganisha mhimili 5 dhidi ya mbinu za jadi za mhimili 3 kwenye titani ya anga ya anga (Ti-6Al-4V) na chuma cha pua (316L). Matokeo yanaonyesha punguzo la 40-60% la muda wa uchakataji na ukali wa uso (Ra) uboreshaji wa hadi 35% na uchakataji wa mhimili 5, unaotokana na kupunguzwa kwa usanidi na mwelekeo wa zana ulioboreshwa. Usahihi wa kijiometri kwa vipengele vilivyo ndani ya uwezo wa ±0.025mm uliongezeka kwa 28% kwa wastani. Ingawa inahitaji utaalamu na uwekezaji wa mapema wa programu, uchakataji wa mhimili 5 huwezesha utayarishaji wa kuaminika wa jiometri zisizotekelezeka kwa ufanisi wa hali ya juu na umaliziaji. Uwezo huu unaweka teknolojia ya mhimili 5 kama muhimu kwa uundaji wa sehemu ya chuma ya thamani ya juu na changamano.

1. Utangulizi
Msukumo usiokoma wa uboreshaji wa utendaji katika sekta zote kama vile anga (zinazohitaji sehemu nyepesi, zenye nguvu zaidi), matibabu (zinazohitaji vipandikizi vinavyoendana na kibayolojia, mahususi kwa mgonjwa), na nishati (zinazohitaji vipengee changamano vya kushughulikia ugiligili) umesukuma mipaka ya ugumu wa sehemu ya chuma. Uchakataji wa jadi wa mhimili-3 wa CNC, unaozuiliwa na ufikiaji mdogo wa zana na usanidi mwingi unaohitajika, hupambana na mtaro tata, matundu ya kina, na vipengele vinavyohitaji pembe za mchanganyiko. Vikwazo hivi husababisha usahihi kuathiriwa, muda ulioongezwa wa uzalishaji, gharama kubwa zaidi na vikwazo vya muundo. Kufikia 2025, uwezo wa kutengeneza sehemu za chuma changamano na za usahihi si anasa tena bali ni hitaji la ushindani. Uchimbaji wa kisasa wa mhimili 5 wa CNC, unaotoa udhibiti kwa wakati mmoja wa shoka tatu za mstari (X, Y, Z) na shoka mbili za mzunguko (A, B au C), hutoa suluhisho la mageuzi. Teknolojia hii inaruhusu zana ya kukata kukaribia kiboreshaji kutoka kwa mwelekeo wowote katika usanidi mmoja, ikishinda kimsingi vikwazo vya ufikiaji vilivyomo katika utengenezaji wa mhimili-3. Makala haya yanachunguza uwezo mahususi, manufaa yaliyokadiriwa, na masuala ya utekelezaji wa vitendo ya uchakataji wa mhimili 5 kwa ajili ya utengenezaji wa sehemu maalum za chuma.

2. Mbinu
2.1 Usanifu na Kuweka alama
Sehemu mbili za alama ziliundwa kwa kutumia programu ya Siemens NX CAD, inayojumuisha changamoto za kawaida katika utengenezaji maalum:

Kisukuma:Inaangazia vile vile vilivyosokotwa na uwiano wa hali ya juu na vibali vikali.

Blade ya Turbine:Inajumuisha mikunjo ya kiwanja, kuta nyembamba, na nyuso za kupachika kwa usahihi.
Miundo hii ilijumuisha kwa makusudi njia za chini, mifuko ya kina, na vipengele vinavyohitaji ufikiaji wa zana zisizo za orthogonal, hasa zinazolenga vikwazo vya uchakataji wa mhimili-3.

2.2 Nyenzo na Vifaa

Nyenzo:Titanium ya kiwango cha angani (Ti-6Al-4V, hali iliyozuiliwa) na Chuma cha pua cha 316L zilichaguliwa kwa umuhimu wake katika matumizi mengi na sifa mahususi za uchakataji.

Mashine:

5-Axis:DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (Udhibiti wa Heidenhain TNC 640).

3-Axis:HAAS VF-4SS (Udhibiti wa HAAS NGC).

Vifaa:Vinu vilivyofunikwa vya mwisho vya CARBIDE (vipenyo mbalimbali, pua-mpira, na ncha tambarare) kutoka Kennametal na Sandvik Coromant vilitumika kwa ukali na umaliziaji. Vigezo vya kukata (kasi, malisho, kina cha kukata) viliboreshwa kwa kila nyenzo na uwezo wa mashine kwa kutumia mapendekezo ya mtengenezaji wa zana na kupunguzwa kwa majaribio yaliyodhibitiwa.

Kufanya kazi:Ratiba maalum za msimu zilizoundwa kwa usahihi zilihakikisha ukandamizaji thabiti na eneo linaloweza kurudiwa kwa aina zote mbili za mashine. Kwa majaribio ya mhimili-3, sehemu zinazohitaji kuzungushwa ziliwekwa upya kwa kutumia dowels za usahihi, kuiga mazoezi ya kawaida ya sakafu ya duka. Majaribio ya mhimili 5 yalitumia uwezo kamili wa kuzunguka wa mashine ndani ya usanidi mmoja wa kurekebisha.

2.3 Upataji na Uchambuzi wa Data

Saa ya Mzunguko:Inapimwa moja kwa moja kutoka kwa vipima muda vya mashine.

Ukali wa Uso (Ra):Inapimwa kwa kutumia Mitutoyo Surftest SJ-410 profilometer katika maeneo matano muhimu kwa kila sehemu. Sehemu tatu zilitengenezwa kwa mchanganyiko wa nyenzo/mashine.

Usahihi wa kijiometri:Imechanganuliwa kwa kutumia Zeiss CONTURA G2 kuratibu mashine ya kupimia (CMM). Vipimo muhimu na uvumilivu wa kijiometri (flatness, perpendicularity, profile) zililinganishwa dhidi ya mifano ya CAD.

Uchambuzi wa Takwimu:Thamani za wastani na mikengeuko ya kawaida ilikokotolewa kwa muda wa mzunguko na vipimo vya Ra. Data ya CMM ilichanganuliwa kwa kupotoka kutoka kwa vipimo vya kawaida na viwango vya uzingatiaji wa uvumilivu.

Jedwali la 1: Muhtasari wa Usanidi wa Majaribio

3. Matokeo & Uchambuzi
3.1 Mafanikio ya Ufanisi
Utengenezaji wa mhimili 5 ulionyesha uokoaji mkubwa wa wakati. Kwa kisukuma cha titani, uchakataji wa mhimili 5 ulipunguza muda wa mzunguko kwa 58% ikilinganishwa na uchakataji wa mhimili 3 (saa 2.1 dhidi ya saa 5.0). Blade ya turbine ya chuma cha pua ilionyesha kupunguzwa kwa 42% (masaa 1.8 dhidi ya masaa 3.1). Mafanikio haya yalitokana na kuondoa uwekaji mipangilio mingi na muda unaohusishwa wa kushughulikia/kurekebisha upya, na kuwezesha njia bora zaidi za zana zenye mikazo mirefu, inayoendelea kutokana na uelekezaji wa zana ulioboreshwa.

3.2 Uboreshaji wa Ubora wa uso
Ukwaru wa uso (Ra) umeboreshwa mara kwa mara kwa kutumia mhimili 5 wa kuchakata. Kwenye nyuso changamano za blade ya kisukumizi cha titani, thamani za wastani za Ra zilipungua kwa 32% (0.8 µm dhidi ya 1.18 µm). Uboreshaji kama huo ulionekana kwenye blade ya turbine ya chuma cha pua (Ra ilipungua kwa 35%, wastani wa 0.65 µm dhidi ya 1.0 µm). Uboreshaji huu unachangiwa na uwezo wa kudumisha pembe ya mguso isiyobadilika, bora zaidi na kupunguza mtetemo wa zana kupitia uthabiti bora wa zana katika viendelezi vifupi vya zana.

3.3 Uboreshaji wa Usahihi wa kijiometri
Uchanganuzi wa CMM ulithibitisha usahihi wa hali ya juu wa kijiometri kwa usindikaji wa mhimili 5. Asilimia ya vipengele muhimu vilivyowekwa ndani ya uvumilivu mkali wa ± 0.025mm iliongezeka kwa kiasi kikubwa: kwa 30% kwa impela ya titani (kufikia 92% ya kufuata dhidi ya 62%) na kwa 26% kwa blade ya chuma cha pua (kufikia 89% ya kufuata dhidi ya 63%). Uboreshaji huu unatokana moja kwa moja na uondoaji wa makosa limbikizi yaliyoletwa na usanidi nyingi na uwekaji upya wa mwongozo unaohitajika katika mchakato wa mhimili-3. Vipengele vinavyohitaji pembe za mchanganyiko vilionyesha faida kubwa zaidi za usahihi.

*Kielelezo cha 1: Vipimo vya Utendaji Linganishi (Mhimili 5 dhidi ya mhimili 3)*

4. Majadiliano
Matokeo yanaweka wazi faida za kiufundi za usindikaji wa mhimili 5 kwa sehemu ngumu za chuma. Kupunguzwa kwa kiasi kikubwa kwa muda wa mzunguko hutafsiri moja kwa moja kwa gharama ya chini kwa kila sehemu na kuongezeka kwa uwezo wa uzalishaji. Umalizaji wa uso ulioboreshwa hupunguza au huondoa shughuli za ukamilishaji wa pili kama vile kung'arisha mikono, kupunguza gharama zaidi na muda wa risasi huku ukiimarisha uthabiti wa sehemu. Kurukaruka kwa usahihi wa kijiometri ni muhimu kwa utendakazi wa hali ya juu kama vile injini za angani au vipandikizi vya matibabu, ambapo utendakazi wa sehemu na usalama ni muhimu.

Faida hizi kimsingi hutokana na uwezo wa msingi wa uchakataji wa mhimili 5: harakati za wakati mmoja za mhimili mingi kuwezesha uchakataji wa usanidi mmoja. Hii huondoa makosa yanayotokana na usanidi na wakati wa kushughulikia. Zaidi ya hayo, uelekezaji wa zana bora unaoendelea (kudumisha upakiaji bora wa chip na nguvu za kukata) huongeza umaliziaji wa uso na kuruhusu mikakati mikali zaidi ya uchakachuaji ambapo uthabiti wa zana unaruhusu, na hivyo kuchangia mafanikio ya kasi.

Hata hivyo, kupitishwa kwa vitendo kunahitaji kukubali mapungufu. Uwekezaji wa mtaji kwa mashine yenye uwezo wa mhimili 5 na zana zinazofaa ni kubwa zaidi kuliko vifaa vya mhimili-3. Utata wa programu huongezeka kwa kasi; kutengeneza njia za zana za mhimili 5 bora, zisizo na mgongano hudai watengenezaji programu wenye ujuzi wa hali ya juu wa CAM na programu za kisasa. Uigaji na uthibitishaji huwa hatua za lazima kabla ya machining. Urekebishaji lazima utoe ugumu na kibali cha kutosha kwa usafiri kamili wa mzunguko. Mambo haya huinua kiwango cha ujuzi kinachohitajika kwa waendeshaji na watayarishaji programu.

Maana ya kiutendaji ni wazi: uchakataji wa mhimili 5 hufaulu kwa vipengee vya thamani ya juu, changamano ambapo faida zake katika kasi, ubora, na uwezo huhalalisha uendeshaji wa juu na uwekezaji. Kwa sehemu rahisi, machining ya mhimili-3 inabaki kuwa ya kiuchumi zaidi. Mafanikio hutegemea kuwekeza katika teknolojia na wafanyakazi wenye ujuzi, pamoja na CAM thabiti na zana za kuiga. Ushirikiano wa mapema kati ya muundo, uhandisi wa utengenezaji, na duka la mashine ni muhimu ili kutumia kikamilifu uwezo wa mhimili 5 wakati wa kuunda sehemu za utengenezaji (DFM).

5. Hitimisho
Uchimbaji wa kisasa wa mhimili 5 wa CNC hutoa suluhisho bora zaidi kwa utengenezaji wa sehemu ngumu za chuma, za usahihi wa hali ya juu ikilinganishwa na mbinu za jadi za mhimili-3. Matokeo muhimu yanathibitisha:

Ufanisi Muhimu:Kupunguzwa kwa muda wa mzunguko wa 40-60% kupitia usanidi wa usanidi mmoja na njia za zana zilizoboreshwa.

Ubora Ulioimarishwa:Ukwaru wa uso (Ra) uboreshaji wa hadi 35% kutokana na uelekeo bora wa zana na mguso.

Usahihi wa hali ya juu:Wastani wa ongezeko la 28% katika kushikilia ustahimilivu muhimu wa kijiometri ndani ya ±0.025mm, kuondoa hitilafu kutoka kwa usanidi nyingi.
Teknolojia hiyo huwezesha utengenezaji wa jiometri tata (mashimo ya kina kirefu, njia za chini, mikondo michanganyiko) ambayo haifanyiki kazi au haiwezekani kwa utengenezaji wa mhimili-3, ikishughulikia moja kwa moja mahitaji yanayobadilika ya sekta ya anga, matibabu na nishati.

Ili kuongeza faida kwenye uwekezaji katika uwezo wa mhimili 5, watengenezaji wanapaswa kuzingatia sehemu za utata wa juu, za thamani ya juu ambapo usahihi na muda wa kuongoza ni vipengele muhimu vya ushindani. Kazi ya baadaye inapaswa kuchunguza uunganishaji wa mhimili 5 na metrolojia inayochakatwa kwa udhibiti wa ubora wa wakati halisi na uchapaji wa kitanzi, kuboresha zaidi usahihi na kupunguza chakavu. Utafiti unaoendelea katika mikakati ya utenaji inayobadilika inayotumia kunyumbulika kwa mhimili 5 kwa nyenzo ambazo ni ngumu kutumia mashine kama vile Inconel au vyuma vigumu pia huwasilisha mwelekeo muhimu.