4J29 Kovar 합금 및 022Cr17Ni12Mo2 스테인리스강 재료의 실링 쉘 분석을 통해 고속 밀링 및 리밍 기술을 사용하여 가공하기 어려운 재료를 가공하는 방법을 제안합니다. 부품의 모양과 내부 구멍뿐만 아니라 에너지도 절약됩니다. 절삭 공구 비용.
서문 1개
다양한 심우주 환경에서 우주선의 성능과 수명을 향상시키기 위해 항공 우주 부품은 대부분 티타늄 합금 및 고온 합금과 같이 내열성이 좋은 재료를 선택합니다. 이러한 합금 재료는 가공 성능이 좋지 않고 가공이 어렵습니다. 절삭 공구 선택 높은 요구 사항 및 높은 처리 비용. 이러한 난삭재의 특성에 따라 난삭재 가공기술을 연구하고 공구수명을 연장하는 것이 우주선 지지부품의 정밀도 향상과 가공효율 향상에 도움이 될 것입니다. 동시에 회사의 시장 잠재력을 확장하고 더 큰 경제적 이익을 창출할 수 있습니다. .
2 문제 개요
직사각형 시리즈 밀봉 쉘은 최근 몇 년 동안 회사에서 새로 개발한 제품 부품으로 그림 1과 같이 재료는 주로 4J29 Kovar 합금과 스테인리스강입니다. 제품 설계 구조는 유리 밀봉 기술의 사용을 필요로 하기 때문에 이러한 유형의 밀봉된 쉘 부품의 표면 및 내부 구멍의 표면 거칠기에 대해 더 높은 요구 사항이 제시되어 가공 어려움이 증가하고 공구 수명이 단축되며 공구 비용이 증가합니다. 처리 효율성이 감소합니다. 합격률이 낮습니다.
3 문제 분석
4J29 Kovar 합금과 022Cr17Ni12Mo2 스테인레스강을 예로 들어 특정 유형의 실링 쉘을 분석하면 실링 쉘 부품의 구조가 유사하며 내부 캐비티의 구멍 열을 처리해야 합니다. 구멍 열은 유리 밀봉 핀에 사용되며 유리 밀봉 연결 기술은 열 구멍의 내부 표면 거칠기 값이 Ra=0.8μm이어야 합니다. 유리밀봉공정에서는 불합격품이 많이 생산되어 수율이 낮다. 디자인과 장인의 분석에 따르면 밀봉 쉘 열 구멍 내부 표면의 표면 거칠기는 유리 밀봉 수율에 중요한 영향을 미칩니다. 구멍 열의 버와 내부 캐비티의 모양 및 홈 가공은 제거하기 쉽지 않아 부품의 밀봉 효과에도 영향을 미칩니다.
3.1 부품 홀 내벽 품질에 영향을 미치는 원인 분석
생산 라인에서 사용되는 원래의 홀 열 가공 기술은 드릴링 → 리밍입니다. 4J29 Kovar 합금 소재는 가소성이 좋기 때문에 가공 중에 칼에 달라 붙기 쉽습니다. 스테인레스 스틸(022Cr17Ni12Mo2)의 고온 경도와 열악한 방열로 인해 다른 금속 재료와 다릅니다. 강한 친화성[1], 그래서 드릴 비트는 주로 다음과 같은 측면에서 빠르게 마모됩니다.
드릴 비트의 주 절삭 날이 너무 빨리 마모되고 치핑이 발생합니다. 난삭재 가공 시 온도가 높고 절삭 변형 및 냉각이 심하며 공구가 쉽게 들러붙어 구성인선이 생성되어 동일한 부품의 다른 내부 구멍의 표면 거칠기가 일관되지 않으며, 가공 중에 드릴 비트의 마모 상태를 감지하고 제어할 수 없습니다. 난삭재 가공에 더욱 적합한 텅스텐-코발트 초경합금 드릴(YG, YT, YW)을 사용하여 내부 홀의 표면 품질 및 가공 효율을 향상시키십시오. Tool 마모의 원리[2]에 따르면 YG Tool은 저속 절삭 시 여전히 접착 마모가 지배적이지만 YT Tool은 일정량의 산화 마모와 확산 마모를 동시에 동반. 본드 마모로; YW 도구에는 세 가지 유형의 마모가 있습니다. 마모 메커니즘이 동일한 위치를 차지하므로 저속 절삭에는 YG 카바이드 드릴을 선호하고 고속 절삭에는 YW 또는 YG 카바이드 드릴을 사용할 수 있습니다. 이 마모 원리에 따라 구멍 열을 가공하기 위해 적절한 드릴 비트를 선택한 후 내부 구멍의 표면 품질이 향상됩니다. 그러나 작은 직경의 텅스텐-코발트 카바이드 드릴 비트의 높은 가격으로 인해 공구 비용이 증가하고 대량 생산 및 가공 효율성이 높지 않습니다.
3.2 내부 캐비티의 부품 형상 및 표면 품질에 영향을 미치는 원인 분석
4J29 Kovar 합금 재료와 스테인리스강 재료(022Cr17Ni12Mo2)를 가공할 때 일반 입자 크기의 초경합금 공구가 가공에 사용됩니다. 밀링 커터의 하단 모서리와 측면 모서리가 빨리 마모되고 공구 수명이 짧아 절삭 속도가 50m 미만일 수 밖에 없습니다. 최소 범위를 선택하면 가공 효율이 낮습니다. 알루미늄 기반 합금 가공과 비교할 때 밀링 커터의 수명은 알루미늄 기반 합금 가공의 1/5에 불과합니다. 314 스테인리스강 가공에 비해 밀링 커터의 수명은 314 스테인리스강 가공의 1/3에 불과합니다.
이러한 난삭재를 절단하는 과정에서 절단 부위에 많은 양의 절단 열이 발생하기 쉬워 가공 부품의 치수 정확도와 성능이 심각하게 손상됩니다. 절삭열의 소실은 절삭유와 내부 냉각 도구에 의해서만 수행될 수 있습니다. 이러한 구조의 밀봉 쉘은 내부 구멍과 내부 캐비티의 크기가 작기 때문에 소직경 공구 또는 성형 공구가 주로 사용됩니다. 많은 양의 절삭 열은 빨리 발산하기 어렵고 공구가 너무 빨리 마모되어 부품의 표면 거칠기가 증가합니다. 너무 높고 기술 요구 사항을 충족하지 못하면 부적격으로 판단됩니다. 구멍 간격이 작으면 오리피스의 모따기가 인접한 구멍의 크기를 파괴합니다. 모따기가 너무 작으면 버에 여전히 플랜지가 생겨 밀봉 품질에 영향을 미칩니다.
4 문제 해결
4.1 홀 내벽 품질 향상
밀봉 쉘 내부 구멍의 표면 거칠기가 일정하지 않다는 점을 고려하여 가공 방법을 개선하고 적절한 도구를 선택해야 합니다. 시험 절단 공정을 통해 구멍 행 가공 기술은 먼저 내부 구멍의 드릴링 → 리밍 → 미세 밀링으로 변경되며 내부 구멍의 표면 품질은 분명히 향상되지만 구멍의 수가 많고 도구는 여전히 작은 직경의 밀링 커터를 사용하여 내부 구멍을 미세 밀링하는 경우 마모가 빠르고 칩 얽힘 및 공구 간극 현상이 발생하여 가공 효율이 여전히 높지 않고 공구 비용이 증가합니다. 둘째, 드릴링 → 리밍 → 미세 보링으로 변경됩니다. 내부 구멍의 표면 거칠기는 요구 사항을 충족하고 단일 구멍의 가공 효율은 향상되지만 작은 직경의 전체 보링 공구는 사용자 정의가 필요하고 공구 비용이 높고 보링 공구 수명이 짧으며 충족할 수 없습니다. 여러 줄의 구멍. 지루한.
고정 직경 홀 리밍 기술을 참조하면 리밍 공정의 구경은 일반적으로 3 ~ 100mm입니다. 리머의 긴 절삭날로 인해 각 절삭날이 리밍시 동시에 절삭에 참여하므로 생산효율이 높고 홀 마무리에 널리 사용된다. 최종 가공 기술은 드릴링 → 리밍 → 리밍으로 결정됩니다. 작은 직경의 홀 리밍 가공 기술(<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
계산 및 시도 절단을 통해 합리적인 절단 매개변수를 선택하십시오. 원칙은 다음과 같습니다.
리머 공구 정보와 수집된 리밍 파라미터를 확인하고 스테인리스강과 같은 난삭재를 가공합니다. 리머 속도는 너무 높지 않아야 하며 [3] 기준 값을 선택합니다: 절삭 속도 vc=(6 ~ 12) m/min, 이송 속도 f=(0. 05 ~ 0.1) mm/r. 직사각형 밀봉 쉘의 내부 캐비티 직경은 (1.7~1.8)mm이므로 가공 중 스핀들 속도 n과 이송 속도 vf를 계산하기 위해 φ1.8mm 리머를 선택합니다. 여기서 vc=7m/min , f=0.06mm /r.
절삭 속도 vc=πDn/1000(D는 공구 직경, n은 스핀들 속도)이므로 스핀들 속도 n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×1.8 )≈1238(r/min).
이로부터 이송 속도 vf=fn=0.06×1238≈74(mm/min)를 계산할 수 있습니다.
계산 결과에 따라 실제 가공 및 절단 매개변수는 n{0}}(1200-1300) r/min, vf=(70-80) mm로 선택됩니다. /min, Drilling → Reaming → Reaming 공정을 채택하고 있습니다. 쉘의 밀봉으로 인해 구멍 간격이 작고 구멍 직경이 작기 때문에 리밍 전 마진은 0.05mm로 제어됩니다. 최종 실제 가공 효과는 그림 3에 나와 있습니다. φ1.83mm 리머에 1000개 이상의 리밍 구멍이 있는 경우 내부 구멍의 표면 거칠기 Ra는 여전히 0.8μm에 도달할 수 있어 공정 요구 사항을 충족하고 가공 효율을 향상시킵니다.
4.2 표면 가공 품질 및 공구 수명 향상
고온 합금, 티타늄 합금 및 스테인리스 강과 같이 고온 경도 및 열 발산이 좋지 않은 재료의 가공 효율 및 공구 수명을 개선하기 위해 수입 초경합금 공구는 황삭 및 정삭 가공에 자주 사용되며 도구 사용 비용이 매우 높습니다. 코팅되지 않은 초경합금, TiAlN PVD 코팅 초경합금 및 PCBN 등을 포함하여 티타늄 합금을 고속으로 절단할 때 다양한 공구 재료의 마모 차이를 비교 분석한 결과, PCBN 공구 재료는 높은 절삭 속도, 낮은 이송 속도에 있는 것으로 나타났습니다. 및 낮음 백커팅으로 티타늄 합금을 절단할 때 상대적으로 안정적인 절삭력과 낮은 표면 거칠기 값을 얻을 수 있습니다[4]. 고속밀링의 원리를 적용하고 국산 PCBN공구를 사용하여 고절삭 고속, 소이송 가공방식으로 공구의 수명을 늘렸습니다.
여러 번의 시도 절단 및 검증을 통해 분석 결과 난삭재를 고속으로 절단할 때 날당 이송 fz와 후면 맞물림 ap 간의 상호 작용이 상대적으로 높은 신뢰 확률 내에서 표면 거칠기에 상당한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다. 영향. 이 현상은 날당 이송 또는 밀링 깊이가 표면 거칠기에 미치는 영향이 밀링 깊이 및 날당 이송의 선택과 밀접한 관련이 있음을 보여줍니다. 반대로 중속 및 저속 절삭 조건에서는 다양한 절삭 매개변수 간의 상호 작용이 명확하지 않거나 상호 작용이 없습니다. 즉, 특정 절삭 조건에서 날당 이송의 단일 요소 효과나 표면 거칠기에 대한 백커팅 양을 조사하는 것만으로는 가공된 표면 거칠기의 값을 정확하게 예측할 수 없습니다. 따라서 이상적인 표면 거칠기를 얻기 위해서는 날당 이송 속도를 결정할 때 백 맞물림량과 함께 선택해야 하며 그 반대도 마찬가지입니다.
4-블레이드 국내 솔리드 초경 밀링 커터는 모양과 내부 캐비티의 고속 황삭 가공을 위해 선택됩니다. 작은 백 맞물림 ap와 작은 절단 두께 ae로 인해 공구의 하단 가장자리와 측면 가장자리를 효과적으로 보호할 수 있습니다. 생성된 절삭 열은 빠르게 전도되어 공구 팁에 구성인선이 발생할 가능성을 줄이고 그에 따라 밀링 속도 vc 및 날당 이송 속도 fz를 증가시켜 가공 품질을 보장할 뿐만 아니라 가공 효율도 향상시킵니다. 거친 밀링 커터의 가공 마모 시간을 계산하려면 효과적으로 사용된 마모 부분만 잘라내면 되며, 커터의 나머지 부분은 날카롭게 한 후 다시 황삭 요구를 충족할 수 있으므로 활용률이 크게 향상됩니다. 절단기 비용을 절감합니다.
난삭재로 인해 발생하는 버는 기존의 기술요건을 충족시키기에는 수동으로 제거하기 어려우므로 CNC가공을 이용하고, 챔퍼링 밀링커터 가공에는 TiC 코팅된 고속도강재를 선택한다. 거친 밀링 후 품질이 향상되고 쉘 부품이 미세합니다. 밀링 중에 생성되는 버는 상대적으로 작고 모따기 밀링 커터는 부품의 윤곽 트랙에 따라 처리하면 날카로운 모서리의 원활한 전환을 보장합니다. 실링 쉘 구멍의 플랜징 및 버는 챔퍼 밀링 커터로 구멍의 모따기를 밀링 → 리머로 미세 리밍하는 가공 방법을 사용하여 구멍에 버가 없고 접착되도록 합니다. 개선 전후의 공구 절삭 매개변수는 표 1에 나와 있으며 쉘의 가공 효과는 그림 4 및 그림 5에 나와 있습니다.
표 1 개선 전후의 공구 절삭 매개변수
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그림 4 4J29 Kovar 합금 쉘의 처리 효과
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그림 5 스테인레스 스틸 소재(022Cr17Ni12Mo2) 쉘의 가공 효과
5 난삭재 리밍기술의 대중화 및 응용
특정 유형의 푸시로드 부품(그림 6 참조)은 가공이 어려운 소재인 00Cr17Ni14Mo2 스테인리스강으로 만들어집니다. 외부 원에 φ5mm 관통 구멍을 가공하고 깊이는 15mm이며 표면 거칠기 값 Ra=1.6μm가 필요합니다. 원래 프로세스는 피팅 드릴링 → 홀 벽 연마입니다. 재료가 스테인리스 스틸이기 때문에 배관공 공정은 드릴을 사용하여 구멍을 뚫고 드릴 비트가 빨리 마모되고 구멍의 위치가 공차를 벗어나며 내부 구멍을 연마하는 효율성이 낮습니다. 따라서 개선된 프로세스는 선반 드릴링 → 보링입니다. 터닝 프로세스는 푸시로드 부품을 고정하기 위해 특수 툴링을 사용해야하고 특수 툴링의 크기가 너무 커서 설치가 쉽지 않습니다. 따라서 실제 가공에서는 표면 조도 값 Ra=1.6μm를 보장했지만 가공 효율은 개선되지 않았습니다. 00Cr17Ni14Mo2 스테인리스강으로 인해 보링 공구가 빨리 마모되고 공구 비용이 높습니다.
그림 그림 6 푸시로드의 2차원 다이어그램
소구경 홀 리밍 경험을 살려 머시닝 센터에서 드릴링 → 리밍 → 리밍 가공 기술을 통해 φ 5mm 관통 홀의 가공 효율이 낮고 표면 거칠기 값 Ra{{{{ 2}}.6μm. 구현 프로세스는 다음과 같습니다.
기준 값 선택: 절삭 속도 vc{0}}(6~12) m/min, 이송 f=(0.15~0.2) mm/r. 가공 중 공구 속도와 이송 속도를 계산하려면 φ5mm 리머를 선택하고 vc=7m/min, f=0.18mm/r을 취합니다.
절삭 속도 vc=πDn/1000(D는 공구 직경, n은 스핀들 속도)이므로 스핀들 속도 n=1000vc/(πD)=1000×7/(3.14×5 )≈445(r/min), 이송량 vf=fn=0.18×445≈80(mm/min).
계산 결과에 따라 실제 가공 및 절단 매개변수는 다음과 같이 선택됩니다. 스핀들 속도 n {{0}} (450-500) r/min, vf=({{3} }) mm/min, 리밍 전 공차를 0.1mm로 제어하고 최종 실가공 최종 대상물을 그림 7에 나타내었다. 내부 구멍의 조도 Ra는 여전히 1.6μm에 도달할 수 있으며, 이는 공정 요구 사항을 충족하고 공정 효율을 향상시킵니다. 제작된 포지셔닝 툴(그림 9 참조)은 구조가 단순하고 고정이 용이하다.
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그림 7 처리 후 푸시로드의 실제 개체
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그림 8 φ5.02mm 리머
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그림 9 푸시로드 가공을 위한 포지셔닝 툴링의 효과
6 달성 효과
이러한 연구를 통해 난삭재 가공에 대한 기술적 경험을 축적하였습니다. 고온 합금 및 티타늄 합금과 같은 난삭재로 만든 부품의 후속 연구 개발도 리밍 기술을 참조하여 가공할 수 있으며 좋은 결과를 얻었습니다. 예를 들어, φ2.12mm 리머를 사용하여 초합금 재료, 직경 사진 및 깊이가 40mm 이상인 깊은 구멍을 완전히 리밍합니다. 리밍 가공 기술은 공구 비용을 절감할 뿐만 아니라 가공 효율성도 향상시킵니다. 개선 전후의 부품 가공 효과 비교는 표2-표 4를 참조하십시오.
표 2 직사각형 실링 쉘 구멍의 개선 전후 가공 사진
표 3 개선 전후 푸시로드 홀 가공
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표 4 개선 전후의 도구 비용
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표 2에서 표 4까지 개선된 가공 방법을 사용하면 가공 품질이 향상되고 부품 합격률이 99%로 증가했으며 생산 효율성이 33% 증가했으며 공구 비용이 감소했다고 결론을 내릴 수 있습니다. 대폭 감소되었습니다.
7 결론
항공 우주 분야의 신흥 신소재 및 가공하기 어려운 소재는 절삭 가공 기술에 대한 더 높은 요구 사항을 제시했습니다. 난삭재의 절삭 특성에 대한 심층 연구와 신소재의 더 많은 특성을 마스터해야만 절삭에 적합한 공구를 선택할 수 있습니다. 공구의 사용현황을 실시간으로 모니터링하기 위해 공구절삭상태 모니터링 시스템을 도입하였습니다. 서로 다른 재료의 서로 다른 수명에 따라 도구를 적시에 판단하고 선택할 수 있으므로 비용을 절감하고 효율성을 높이는 동시에 우주선 지지 부품의 가공 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 효과.
