Analisi della tecnologia di controllo della deformazione della lavorazione per componenti-in lega di titanio a pareti sottili

I componenti-in lega di titanio a parete sottile si riferiscono generalmente a parti strutturali di precisione con spessore della parete compreso tra 0,5 mm e 3 mm, rigidità strutturale debole e requisiti di elevata precisione del contorno. Tuttavia,leghe di titaniosono caratterizzati da bassa conducibilità termica, basso modulo elastico ed elevata resistenza al taglio. In combinazione con la scarsa rigidità delle strutture a pareti sottili- soggette a deformazione sotto forza, durante la fresatura e la tornitura CNC si verificano facilmente problemi come ritorno elastico elastico, deformazione, torsione e dimensioni fuori-da-tolleranza. Questi problemi affliggono da tempo il settore con scarsa garanzia di precisione di lavorazione, bassa resa del prodotto finito e consistenza instabile dei lotti.

 

 

1.Difficoltà di lavorazione del materiale e della struttura

Le leghe di titanio presentano una scarsa conduzione del calore, un basso modulo elastico e una forte tendenza al tagliente di riporto-alle alte temperature, con conseguenti vibrazioni di taglio e ritorno elastico del pezzo durante la lavorazione. I componenti a pareti sottili-possiedono una bassa rigidità e sono soggetti a micro-deformazione sotto carichi di taglio. Lo stress residuo nei pezzi grezzi forgiati e laminati si ridistribuisce man mano che il materiale viene rimosso, provocando la deformazione delle parti e ponendo grandi sfide alla lavorazione di precisione.

 

2.Classificazione dei meccanismi di deformazione del nucleo

• Deformazione meccanica indotta dalla forza di taglio: le pareti sottili si piegano sotto i carichi di taglio e il ritorno elastico dopo la rimozione del carico provoca errori dimensionali, comunemente osservati nelle piastre sottili e nelle pareti laterali.
• Deformazione termica dovuta al taglio del calore: l’espansione e la contrazione termica locale irregolare generano stress termico, innescando una distorsione strutturale complessiva.
• Deformazione dovuta al rilascio della tensione residua: la sovrapposizione della tensione iniziale del pezzo grezzo e della tensione di lavorazione rompe l'equilibrio delle tensioni quando il materiale viene tagliato, portando alla deformazione globale della parte.
• Deformazione da sforzo di bloccaggio: posizioni di bloccaggio inadeguate o una forza di bloccaggio eccessiva comprimono il pezzo e si verifica un ritorno elastico dopo il rilascio del bloccaggio.

 

 

• Omogeneizzazione dello stress del grezzo: l'invecchiamento ad alta-temperatura viene applicato ai grezzi in lega di titanio per alleviare lo stress. Per i componenti aerospaziali ad alta-precisione, viene adottato il trattamento combinato di invecchiamento a bassa-temperatura e invecchiamento vibratorio.
• Regolazione del sovrametallo di lavorazione non-uniforme: la distribuzione differenziata del sovrametallo basata sul modello Rayleigh-Ritz bilancia i carichi di taglio e sopprime la-deformazione della parete sottile.
• Pretrattamento per la sagomatura dei pezzi grezzi: i pezzi grezzi vengono livellati e lucidati per eliminare i difetti superficiali, garantire la precisione dei riferimenti e ridurre la deformazione della lavorazione.

 

 

1.Ottimizzazione dei parametri di taglio

Il taglio a strati viene adottato per le parti in lega di titanio-a pareti sottili. Per la finitura vengono selezionate una profondità di taglio ridotta e un'elevata velocità del mandrino: la profondità di taglio radiale non è superiore al 5% del diametro dell'utensile e la profondità di taglio assiale singola varia da 0,1 mm a 0,3 mm. La velocità media del mandrino viene utilizzata nella sgrossatura per la rimozione del materiale, mentre la velocità elevata del mandrino e una velocità di avanzamento bassa vengono applicate nella finitura. Durante tutto il processo viene adottata la fresatura concorde per ridurre l'incrudimento e la deformazione.

 

2.Ottimizzazione degli utensili da taglio e dei percorsi utensile

Vengono selezionati utensili da taglio in metallo duro con ampi angoli di spoglia e angoli dell'elica variabili. Vengono utilizzate la fresatura trocoidale e il taglio a tuffo elicoidale, con percorsi utensile a strati simmetrici lavorati dall'interno verso l'esterno. Ciò bilancia il rilascio dello stress, previene la deformazione delle parti e stabilizza la forza di taglio.

 

3.Aggiornamento della tecnologia di raffreddamento e lubrificazione

La lubrificazione a quantità minima (MQL) sostituisce il raffreddamento a flusso per abbassare efficacemente la temperatura di taglio e limitare la deformazione termica. Per i componenti di ultra-precisione, è possibile abbinare il raffreddamento criogenico ad aria fredda per controllare ulteriormente lo stress termico.

 

 

• Ottimizza gli schemi di bloccaggio: segui i principi del bloccaggio multi-punto distribuito uniformemente e della bassa forza di bloccaggio. La forza di bloccaggio viene determinata tramite test di simulazione; i punti di bloccaggio sono disposti su zone rigide per evitare aree di pareti sottili-e prevenire la deformazione dell'estrusione.
• Aggiungi supporti ausiliari: strumenti di riempimento o mandrini vengono applicati a strutture a parete sottile-sospese per migliorare la rigidità e sopprimere le vibrazioni di flessione. Supporti e morsetti possono essere rilasciati solo dopo che il pezzo si è raffreddato e la tensione si è stabilizzata per evitare il ritorno elastico.
• Migliorare la precisione del fissaggio: garantire un'elevata precisione delle superfici di posizionamento per ottenere un perfetto adattamento tra utensili e pezzi, eliminando le sollecitazioni irregolari causate dagli spazi.

 

 

1.Processo di riduzione dello stress tra-operazioni

Adotta processi segmentati: lavorazione di sgrossatura → distensione → semi-finitura → distensione secondaria → finitura. Dopo la sgrossatura viene riservato un sovrametallo di lavorazione di 0,3–0,5 mm per alleviare lo stress a bassa-temperatura, mentre l'invecchiamento secondario viene condotto dopo la semi-finitura per omogeneizzare lo stress e ridurre la deformazione nella finitura.

 

2.Tecnologia di previsione e compensazione della deformazione dinamica

Vengono utilizzati modelli di simulazione per prevedere la deformazione della lavorazione e vengono applicati algoritmi genetici per ottimizzare i percorsi utensile per compensare la deformazione elastica e termica. La regolazione del processo-in tempo reale viene realizzata con il monitoraggio online, combinato con l'iterazione continua attraverso l'ispezione della macchina di misura a coordinate (CMM). La deformazione dimensionale può essere controllata entro 0,005 mm, con indice di capacità di processo CPK maggiore o uguale a 1,33 per dimensioni critiche.

 

 

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