Metode eficiente pentru a preveni deformarea componentelor de țeavă cu pereți subțiri în producție

 

În producția efectivă, este obișnuit să întâlniți prelucrarea fitingurilor de țevi cu pereți subțiri de diferite forme și dimensiuni, care sunt predispuse la deformare în timpul procesării. Explorarea metodelor de prevenire a deformării, asigurându-se că piesele îndeplinesc cerințele dimensionale și de stabilitate, este crucială. Componentele cu pereți subțiri prezintă o problemă dificilă în procesele de strunjire și frezare, în primul rând din cauza rigidității și rezistenței lor scăzute. În timpul prelucrării, acestea sunt foarte susceptibile la deformare, ceea ce crește erorile de formă și dimensionale, ceea ce face dificilă asigurarea unei calități consistente a pieselor.

 

 

I Principalii factori care afectează precizia pieselor de țeavă cu pereți subțiri

 

1. Susceptibilitate la deformare datorată forței

Piesele de prelucrat cu pereți subțiri sunt foarte predispuse la deformare sub forțele de strângere, ceea ce afectează atât precizia lor dimensională, cât și precizia formei. De exemplu, atunci când utilizați o mandrina cu trei fălci pentru a fixa diametrul exterior în timp ce procesați diametrul interior, diametrul exterior se poate deforma ușor într-o formă triunghiulară datorită forței de strângere. Deși se produce un orificiu cilindric, la eliberarea mandrina, diametrul exterior revine la forma sa cilindrică, în timp ce orificiul interior devine în formă de arc sau triunghiular.

 

2. Deformarea indusă de căldură

Căldura de tăiere poate provoca deformarea termică a piesei de prelucrat, ceea ce face dificilă controlul dimensiunilor acesteia. Componentele metalice cu pereți subțiri, în special cele cu coeficienți mari de dilatare liniară, sunt deosebit de susceptibile la deformarea termică indusă de căldura de tăiere, care afectează semnificativ acuratețea lor dimensională.

 

3. Deformarea indusă de vibrații

Sub forțele de tăiere, componentele radiale pot provoca îndoirea piesei de prelucrat. Dacă suprafața exterioară a piesei de prelucrat are caracteristici precum caneluri sau crestături, unealta de tăiere poate suferi forțe inegale, ceea ce duce la vibrații. Această vibrație poate avea un impact negativ asupra preciziei dimensionale, formei și poziției piesei de prelucrat, precum și rugozitatea suprafeței acesteia.

 

 

II Metode de reducere și prevenire a deformării pieselor cu pereți subțiri

 

1. Utilizarea dispozitivelor de prindere axială

La strunjirea și frezarea pieselor de prelucrat cu pereți subțiri, este recomandabil să folosiți prindere axială mai degrabă decât prindere radială. Metoda de strângere axială, care utilizează un manșon de strângere axial (manșon filetat), asigură distribuirea forțelor de strângere de-a lungul axei piesei de prelucrat. Deoarece rigiditatea axială a piesei de prelucrat este mai mare, această metodă reduce riscul de deformare.

 

2. Creșterea zonei de contact de prindere

Utilizarea manșoanelor cu fante sau a fălcilor moi special concepute mărește suprafața de contact, ceea ce ajută la distribuirea uniformă a forței de strângere peste piesa de prelucrat. Acest lucru reduce probabilitatea deformării localizate în timpul prinderii.

 

3. Optimizarea geometriei sculei de tăiere și a parametrilor de tăiere

Pentru a minimiza forțele de tăiere și căldura, este esențial să selectați cu atenție geometria sculelor de tăiere și parametrii de tăiere. Forțele de tăiere mai mici și căldura vor reduce probabilitatea deformării.

 

4. Aplicarea adecvată a fluidelor de tăiere

Tăierea generează căldură, care este concentrată în principal în așchii și unealta de tăiere. Fluidele de tăiere joacă un rol crucial în răcire, lubrifiere, îndepărtarea așchiilor și prevenirea ruginii. Prin aplicarea adecvată a fluidelor de tăiere, temperatura de tăiere poate fi redusă, prevenind deformarea termică a piesei de prelucrat.

 

5. Adăugarea costurilor de proces

Unele piese de prelucrat cu pereți subțiri prezintă nervuri de proces special concepute la punctele de prindere pentru a spori rigiditatea. Forța de strângere este aplicată acestor nervuri, reducând deformarea. După prelucrare, nervurile procesului pot fi îndepărtate.

 

 

III Studiu de caz: Aplicarea forței axiale pentru strunjirea și frezarea pieselor de prelucrat cu pereți subțiri

 

1. Analiza dificultății piesei de prelucrat cu pereți subțiri

Materialul ales este aluminiu dur 2A12T4 și se folosește un material brut cilindric gol. Cavitatea internă necesită frezare pe patru laturi, iar peretele exterior are patru găuri mari (Φ26mm), precum și unele găuri pentru șuruburi și găuri filetate legate de asamblare. Diametrul exterior maxim este de 180mm ±0,05mm, iar grosimea minimă a peretelui este de 3mm. Deformarea rotunjimii nu trebuie să depășească 0,15 mm. Pe lângă provocările inerente de deformare ale pieselor cu pereți subțiri, această piesă de prelucrat necesită, de asemenea, prelucrarea a patru laturi interne și găuri pe diametrul exterior, ceea ce duce la grosimi neuniforme și asimetrice ale pereților care cresc deformarea. Este necesară o poziționare precisă pentru a asigura precizia caracteristicilor interne și externe.

 

▲ cu pereți subțiri piese

 

2. Traseul procesului de pre-îmbunătățire

1). Rotiți diametrul interior, întoarceți grosier diametrul exterior folosind o mandrina cu trei fălci și lăsați un spațiu de 1 mm pe ambele părți pentru diametrele interne și externe.

2). Folosiți un centru de prelucrare pentru a freza grosier cavitatea internă cu un spațiu de 1 mm pe fiecare parte și aliniați fețele interioare la freza brută a patru găuri mari Φ26 cu un spațiu de 2 mm.

3). Tratament de calmare a stresului.

4). Pe strung, efectuați frezarea secundară degrosată a treptei interioare cu un aport de 0,5 mm pe fiecare parte și diametrul exterior cu o toleranță de 0,5 mm.

5). Folosiți centrul de prelucrare pentru a freza secundar degroșat cavitatea interioară cu un permis de 0,5 mm.

6). Tratament de calmare a stresului.

7). Pe strung, aplatizați cele două fețe de capăt la dimensiune, executați strunjirea semifinisată a diametrului interior și terminați rotirea la dimensiunea finală.

8). Utilizați centrul de prelucrare pentru a finisa freza cavitatea internă la dimensiunea.

9). Pe strung, terminați întoarceți diametrul exterior la dimensiune.

10). Terminați frezați toate găurile și caracteristicile exterioare de pe centrul de prelucrare.

 

3. Probleme legate de procesele de pre-îmbunătățire

1). Dispozitivul de fixare utilizat pentru frezarea brută și de finisare a cavității interne a fost un dispozitiv de fixare cu manșon fante prins cu o mandră cu trei fălci. Această configurație provoacă forță radială asupra piesei de prelucrat, ducând la deformare din cauza rigidității scăzute a componentelor cu pereți subțiri. Piesa de prelucrat, în timpul prelucrării, tinde să se deformeze într-o formă triunghiulară. Forța de strângere a fost ajustată în timpul frezării brute pentru a elibera stresul, dar acest lucru a făcut ca piesa de prelucrat să devină instabilă, ducând la mișcare sau înclinare în timpul prelucrării. Traseul sculei a trebuit să fie încetinit, extinzând ciclurile de producție.

 

2). Pentru strunjirea interioară, s-au folosit fălci moi din alamă specializate pentru strângerea diametrului exterior pentru a întoarce diametrul interior, dar deformarea a apărut totuși la prinderea și eliberarea piesei de prelucrat, datorită tendinței piesei de a absorbi căldura de tăiere și de a elibera stresul intern. Diametrele interne și externe s-ar schimba odată ce piesa de prelucrat a fost îndepărtată, ceea ce face dificilă controlul deformării.

 

3). Pentru finisarea orificiilor și canelurilor exterioare s-a folosit suport în două puncte, cu forța de strângere asigurată de șuruburi. Cu toate acestea, peretele subțire și rigiditatea scăzută au provocat vibrații, în special la găurire, afectând precizia.

 

4. Analiza fluxului de proces post-îmbunătățire

1) Folosiți o mandrina cu trei fălci pe strung pentru a inversa diametrul interior, efectuați o strunjire brută pe diametrul exterior, apoi prindeți din nou diametrul exterior pentru a roti diametrul interior.

2) Folosiți un centru de prelucrare pentru a degroșa pătratul cavității interioare și a freza cu patru găuri mari cu un spațiu de 1 mm pe fiecare parte.

3) Efectuați un tratament de eliberare a stresului.

4) Folosiți strungul pentru a aplatiza ambele fețe de capăt, lăsați un spațiu de 0,5 mm pe diametrul exterior și semifinisați diametrul interior.

5) Efectuați un tratament de eliberare a stresului.

6). Utilizați strungul pentru a finisa ambele fețe de capăt și diametrul interior la dimensiunea finală.

7) Utilizați centrul de prelucrare pentru a freza cu precizie forma cavității interne.

8) Pe strung, terminați rotirea diametrului exterior pentru a îndeplini cerințele de rotunjime și dimensiuni.

9) Utilizați centrul de prelucrare pentru a freza cu precizie toate caracteristicile externe.

 

5. Principalele metode de procesare și rezultatele obținute după îmbunătățire

 

1) Frezarea degroșată a cavității interne

Procesul de frezare brută a cavității interne nu diferă de metoda de pre-îmbunătățire. Un dispozitiv de fixare cu manșon cu fante este utilizat pentru a fixa diametrul exterior, în timp ce o mandrina cu trei fălci ține dispozitivul pentru a freza caracteristicile pătrate interne. Pentru frezarea brută a găurilor exterioare, se folosește o falcă moale mare specială pentru a fixa capătul drept al diametrului exterior al piesei de prelucrat, aliniindu-l cu forma pătrată interioară din stânga. În timpul frezării de precizie a cavității interne, se utilizează următorul design de fixare (Figura 2 și Figura 3):

 

▲ frezare de precizie de fixare

 

▲ frezare de precizie

 

Nota:

1. Capac spiralat– Capacul spiralat se înfiletează în partea albastră deschisă la capătul superior al dispozitivului de fixare, fixând și comprimând partea superioară a piesei de prelucrat. Diametrul orificiului de trecere al capacului spiralat este cu 2 mm mai mare decât diametrul intern al piesei de prelucrat, cu o grosime a peretelui piesei de prelucrat de 3 mm, creând o suprafață de contact lată de compresie de 2 mm. Acest design nu interferează cu capacitatea sculei de tăiere de a modela cavitatea internă a piesei de prelucrat.

 

2. Inel de sprijin superior– Peretele exterior albastru al inelului de sprijin se aliniază cu secțiunea albastră superioară a dispozitivului de fixare, în timp ce peretele interior se potrivește cu diametrul exterior al piesei de prelucrat. Acest lucru previne mișcarea în toate direcțiile (stânga, dreapta, față, spate) a capătului superior al piesei de prelucrat și asigură o poziționare precisă, garantând că centrul de rotație al piesei de prelucrat rămâne consecvent cu fiecare configurație.

 

3. Piesa de prelucrat– Piesa de prelucrat.

 

4. Corp de fixare(Figura 3) – Capătul interior inferior al corpului dispozitivului are o canelură circulară în trepte de 15 mm adâncime care se potrivește cu diametrul exterior inferior al piesei de prelucrat. Secțiunea centrală violet este realizată din material cauciuc negru care se potrivește spațiului dintre dispozitiv și peretele exterior al piesei pentru a preveni vibrațiile și vibrațiile în timpul prelucrării.

 

5. Bloc de oprire mic– Această parte este caracteristica cheie a dispozitivului. Se cuplează cu orificiile exterioare ale corpului de fixare, cu partea proeminentă atingând peretele interior al cercului Φ26 al piesei de prelucrat. Acest lucru blochează piesa de prelucrat și limitează rotirea acesteia în sensul acelor de ceasornic. Blocul de oprire joacă, de asemenea, un rol crucial în aliniere. Deoarece unealta se rotește în sensul acelor de ceasornic, piesa de prelucrat este supusă unei forțe în sensul acelor de ceasornic, pe care blocul de oprire o contracarează. Orificiul pentru șurub și orificiul filetat al corpului dispozitivului fixează ferm blocul de oprire, prevenind vibrațiile sau deplasarea în timpul procesării. Interacțiunea dintre blocul de oprire mic și peretele interior al cercului Φ26 al piesei de prelucrat este prezentată în Figura 4.

 

▲ interacțiune

 

Efectul atins:

 

Acest dispozitiv necesită doar o forță de strângere axială minimă de la capacul spiralat pentru a restricționa complet toate cele șase grade de libertate ale piesei de prelucrat. Acest lucru asigură că piesa de prelucrat nu este deformată de forțele radiale. În plus, blocul de oprire mic în sine ajută la poziționare și aliniere, jucând un rol critic în prevenirea rotării piesei de prelucrat. Piesa de prelucrat este poziționată în siguranță în cadrul dispozitivului de fixare, cu un inel de susținere în poziție pentru stabilitate, material din cauciuc în mijloc pentru amortizarea vibrațiilor și o canelură circulară în trepte de 15 mm în partea de jos pentru poziționare. Rigiditatea sistemului este îmbunătățită, ceea ce permite parametrii de tăiere semnificativ mai mari, îmbunătățind eficiența globală a producției. Înainte de îmbunătățire, acest proces a necesitat 30 de minute; după îmbunătățire, timpul de procesare a fost redus la 15 minute. În plus, acest dispozitiv de fixare poate fi utilizat și în timpul strunjirii de precizie a cavității interne, reducând costurile totale de producție.

 

2) Întoarcerea brută și de finisare a cavității interioare

Dispozitivul proiectat pentru strunjirea brută și de finisare a cavității interioare urmează același principiu ca și frezarea de precizie a cavității interne. Cu toate acestea, blocul mic de oprire servește doar la limitarea rotației piesei de prelucrat, așa cum se arată în Figura 5.

 

▲ Rotirea brută și de finisare a cavității interioare

 

Piesa de prelucrat este prinsă axial de capacul spiralat, prevenind deformarea din cauza forțelor de strângere. La rotirea orificiului interior, piesa de prelucrat rămâne aproape complet liberă, asigurându-se că orificiul prelucrat îndeplinește specificațiile tehnice cerute. Înainte de îmbunătățire, pentru a reduce forța de strângere radială și a preveni deformarea, forța de strângere a trebuit să fie redusă la minimum, ceea ce a redus și parametrii de tăiere. După îmbunătățire, nu este nevoie să vă faceți griji cu privire la deformarea prindere, permițând parametrii de tăiere mai mari și o eficiență crescută a producției. Timpul de proces a fost redus de la 35 de minute la 25 de minute.

 

3) Frezarea de precizie a găurilor de perete exterior

 

▲ Frezare de precizie

 

Dispozitivul pentru frezarea de precizie a găurilor din peretele exterior este prezentat în Figura 6. Designul dispozitivului de fixare se concentrează pe corpul principal al dispozitivului de fixare din extrema dreaptă:

 

Design dispozitiv: Corpul dispozitivului este fixat și aliniat la masa rotativă cu patru axe. Găurile de bază și fantele de intrare preprelucrate previn interferența sculelor în timpul prelucrării. Secțiunea violet deschis a dispozitivului de fixare se aliniază cu orificiul intern din partea dreaptă a piesei de prelucrat, în timp ce partea stângă se potrivește cu forma pătrată internă a piesei de prelucrat, oferind alinierea și împiedicând rotirea. După instalarea capacelor superioare și spiralate, dispozitivul poziționează în siguranță piesa de prelucrat, eliminând necesitatea repoziționării. Dispozitivul de fixare permite o potrivire de aproximativ 0,03 mm între dispozitiv și piesa de prelucrat pentru a ține seama de deformarea ușoară a piesei de prelucrat și pentru a asigura o îndepărtare ușoară.

 

Efect: În timpul prelucrării, piesa de prelucrat rămâne stabilă și nu există vibrații nedorite, permițând parametrii de tăiere mai mari și o precizie îmbunătățită. În comparație cu dispozitivul anterior, acest design reduce semnificativ timpul de configurare, îmbunătățind rigiditatea sistemului și asigurând că piesa de prelucrat rămâne stabilă în timpul procesării. Ca urmare, timpul total de prelucrare a fost redus de la 55 de minute la 35 de minute.