טכנולוגיית חיתוך חומרים מסגסוגת טיטניום Ti-6AL-7Nb היא ההתמקדות של התעשייה בטכנולוגיות מפתח, והיא מגלמת במלואה את הקונוטציה של "מדע וטכנולוגיה הם הכוח היצרני הראשון". מאמר זה מסכם את מאפייני החיתוך של סגסוגת טיטניום, חומרי כלי חיתוך, מבנה הכלי, רכישת פרמטרי חיתוך יעילים של סגסוגת טיטניום ואמצעי הנגד בתהליך שננקטו כדי לשפר את עמידות הכלי ויעילות העיבוד באמצעות תרגול החיתוך של כל דיסק הלהב ומגזין המדחס של חומרי סגסוגת טיטניום, בתקווה למלא תפקיד בהתייחסויות מסוימות.
על מנת לשפר את האמינות והדחף של המנוע, המנוע המתקדם בעל הביצועים הגבוהים מאמץ מספר רב של חומרים חדשים, והמבנה שלו הופך מורכב יותר ויותר, ודרישות דיוק העיבוד הולכות וגדלות, מה שמעמיד קדימה דרישות גבוהות יותר לתהליך הייצור. בדור החדש של שיפור ביצועי מנועי אוויר, טכנולוגיית ייצור ותרומת חומרים של 50% ~ 70%; בהפחתת משקל המנוע, טכנולוגיית הייצור ותרומת החומרים של 70% ~ 80%, מה שגם מדגים באופן מלא כי חומרים וטכנולוגיה מתקדמים הם המנוע האווירי למימוש המפתח להפחתת משקל, יעילות ושיפור ביצועים.
חומרי סגסוגת טיטניום נמצאים בשימוש נרחב יותר ויותר בתחום התעופה בשל תכונותיהם המצוינות כגון חוזק ספציפי גבוה, צפיפות נמוכה, עמידות בפני קורוזיה, עמידות בטמפרטורה גבוהה ויכולת ריתוך טובה. בהתבסס על היתרונות לעיל, חומר סגסוגת טיטניום הפך לחומר המועדף בחלקים מסוימים.
מאפייני חיתוך של חומרי סגסוגת טיטניום:
חלק מהתכונות הפיזיקליות והמכניות של סגסוגות טיטניום מביאות לקושי גדול יותר לחיתוך ולעיבוד. מקדם עיוות חיתוך של סגסוגת טיטניום קטן, מה שהופך את השבב בחזית הקדמי של מרחק החיכוך ההזזה גדל, ומאיץ את שחיקת הכלים. מוליכות תרמית של סגסוגת טיטניום קטנה, החום שנוצר במהלך החיתוך אינו קל להעברת, מרוכז באזור קטן ליד קצה החיתוך. מודול האלסטיות של סגסוגת טיטניום קטן, קל לייצר עיוות כיפוף לעיבוד בכוח הרדיאלי, גורם לרטט, הגדלת בלאי הכלים ומשפיע על דיוק החלקים. בשל הזיקה הכימית החזקה של סגסוגת טיטניום לחומר הכלי, טמפרטורת החיתוך גבוהה וכוח החיתוך ליחידת שטח גדול בתנאים, הכלי נוטה לבלאי מליטה.
מבחר סביר של חומרי כלי עבודה:
חומר הכלי הוא אחד הגורמים החשובים המשפיעים על תהליך החיתוך, ולכן הבחירה הרציונלית של חומר הכלי היא דרך יעילה לפתור את בעיית החיתוך של חומרים קשים לעיבוד. כלי חיתוך חומר מסגסוגת טיטניום עם כלי קרביד, כלים מצופים, כלי בורון ניטריד מעוקב (CBN), כלי יהלום וכלי פלדה מהירים בעלי ביצועים גבוהים וכן הלאה. לחומרים שונים של הסכין יש התאמה ספציפית לטווח העיבוד, גם לחיים שלה יש הבדלים. המאפיינים של החומר המעובד הם לעתים קרובות הבסיס הבסיסי לבחירת חומר הכלי, בעוד שביצועי החיתוך של חומר הכלי וחומר העבודה צריכים להיות מתאימים באופן סביר. לביצועי חומר הכלי על איכות משטח העיבוד, יעילות העיבוד וחיי הכלי יש השפעה חשובה. כאשר מבנה החלק המעובד הוא מיוחד, קשיחות חלשה, תהליך ואינו יכול לשפר את קשיחותו, תתרחש רטט חיתוך. בשלב זה, בבחירת הכלים יש לקחת בחשבון שלחומר הכלי יש מידה מסוימת של קשיחות, כדי למנוע את התופעה של שבבי הכלים, וכתוצאה מכך גרוטאות הכלי מהר מדי.
אופטימיזציה של מבנה הכלי:
ביצועי החיתוך של הכלי לא תלויים רק בחומר הכלי, אלא גם מתייחסים למבנה ולגיאומטריה של הכלי. בעת חיתוך חומרים קשים לעיבוד, גיאומטריית הכלי המתאימה עוזרת לתת משחק מלא לביצועי החיתוך של הכלי ולשפר את יעילות החיתוך. הפרמטרים הגיאומטריים העיקריים של הכלי הם הזווית הקדמית, הזווית האחורית, זווית הסטייה העיקרית, זווית הסטייה, זווית הנטייה ורדיוס קצה הפינה המעוגלת וכן הלאה. ככל שהזווית הקדמית של הכלי גדולה יותר, הכלי חד יותר, כוח החיתוך קטן יותר, מתאים לגימור. סגסוגת טיטניום עברה עיבוד של חומר משטח לריפוי, השימוש בזווית גב גדולה יכול להפחית את חומר העבודה בגב המשטח הנגרמת על ידי תופעות חיכוך וקשירה, ולהפחית את הבלאי של החלק האחורי של המשטח. חיספוס, על מנת להגביר את חוזק הכלי, ראוי להשתמש בזווית גב קטנה. חיתוך סגסוגת טיטניום עם טמפרטורת חיתוך גבוהה ונטיית דפורמציה אלסטית גדולה, בתנאי שהקשיחות של מערכת התהליך מותרת, יש להקטין את זווית הסטייה הראשית ככל האפשר על מנת להגדיל את שטח פיזור החום של חלק החיתוך. להפחית את העומס ליחידת אורך של קצה החיתוך. הפחתת זווית הסטייה המשנית יכולה לחזק את קצה הכלי, דבר המסייע לפיזור חום ולהפחית את ערך החספוס של משטח העיבוד. בריק יש עור קשה וארגון פני השטח אינו אחיד, קצה חיתוך סיבוב מחוספס קל לקריסה, על מנת להגביר את החוזק והחדות של קצה החיתוך, צריך להגביר את מהירות ההזזה של החיתוך, בחר את זווית הטיית הקצה המתאימה .
חוקרים מקומיים באמצעות מחקר סימולציה מספרית של עיבוד כרסום במהירות גבוהה, תהליך כרסום במהירות גבוהה מפושט, הקמת מודל גיאומטריית חיתוך שפוע ומודל אלמנטים סופיים. מודלים אלו מנבאים את כוח החיתוך תחת שילובים שונים של פרמטרים של גיאומטריית הכלים בתהליך החיתוך המהיר, ומספקים בסיס לבחירת הכלים בכרסום CNC במהירות גבוהה. בשנים האחרונות, בעיבוד חלקי מבנה מורכבים עם חללים עמוקים, הגיאומטריה הכוללת של מחזיק הכלים משכה גם את תשומת הלב של מהנדסים וטכנאים. לדוגמה, בכרסום עדין של פרופיל הרכז והלהב של דיסק העלים האינטגרלי, יש צורך להשתמש בחותך כדורי שוק ישר אינטגרלי מקרביד. כאשר המרחק בין שני הלהבים צר מדי או ששורש הלהב והעברת הרכז R קטן, קוטר הכלי יורד. על מנת לשפר את קשיחות הכלי ולשפר את יעילות העיבוד, נעשה שימוש לעתים קרובות בכלי כדור שוק מחודד. במיוחד בשימוש בתנאי כלי יחס גובה-רוחב גדולים, וחותך כדורי שוק ישר בהשוואה לחותך כדורי שוק מתחדדים כך שהקשיחות של מערכת הכלים לשיפור הכלי יכולה לגרום לכלי להגדיל את כמות ההזנה לכל שן, העיבוד הוא לא קל לשבור, ההשפעה טובה בהרבה מחותך כדורי השוק הישר.
עיבוד אמצעי נגד לשיפור עמידות הכלים ויעילות העיבוד:
בעת חיתוך סגסוגת טיטניום, טמפרטורת החיתוך גבוהה באזור הסמוך לקצה החיתוך, בעיקר בשל ההשפעה התרמית בטמפרטורה גבוהה המחמירה את שחיקת הכלים. עבור כלי קרביד מוצק, הבלאי הוא בעיקר בלאי דבק שנגרם על ידי טמפרטורת ההדבקה. במקרה של קוטר הכלי מאפשר, יכול לנסות להשתמש עם פונקציית קירור פנימית של הכלי, זווית התזה של נוזל קירור זה רק מרוכזת בקצה האזור, יכולה להפחית ביעילות את הטמפרטורה של אזור החיתוך, להאריך את חיי הכלי , לשפר את עמידות הכלי. בדרך כלל הקוטר של כלי הקירור הפנימי גדול יותר, עבור רדיוס עקמומיות קטן של פני השטח או השטח, אתה יכול להשתמש מראש בכלי בקוטר גדול עם קירור פנימי עבור חיספוס כדי לשפר את יעילות העיבוד. כרסום הוא תהליך חיתוך לא רציף, כלי עיבוד לעמידה בעומסי פגיעה לסירוגין, נמצא בכרסום, קשיחות מערכת ציוד התהליך ירודה, בכוח החיתוך, כוח ההידוק, רטט חיתוך וגורמים נוספים, שחיקת הכלים גדלה, העמידות ירדה משמעותית . אותו מבחן חיתוך, על פי מידת בלאי הכלי וזמן העיבוד כדי לקבוע, אבל בדרך כלל להשאיר מרווח מסוים. עיבוד שבבי קונבנציונלי, מפעילי מכונות יכולים להתבסס על שינויים ברטט המכונה, רעש חיתוך גדל לפתע, שולחן תצוגת כוח הציר כדי לקבוע את המצב של בלאי הכלים. אם היישום של טכנולוגיית ניטור שבירה אוטומטית של כלי עבודה בעיבוד שבבי, יכול באופן דינמי ומדויק בכל עת לנתח ולנטר את מצב שחיקת הכלים, ניתן להאריך את חיי הכלי בצורה בטוחה ומתונה.
רכישת פרמטרי חיתוך יעילים מסגסוגת טיטניום:
ארגונים ענו על הדרישה לאופטימיזציה ואימות של מסלולי הכלים בייצור המוצר הנוכחי, אך עדיין לא פתרו במלואם את בעיית שיטות הרכישה לפרמטרי חיתוך אופטימליים. בשנים האחרונות, ארגונים חוקרים באופן פעיל טכנולוגיית חיתוך ביעילות גבוהה עבור סגסוגות טיטניום. מדווח כי מהירות החיתוך של דיסק עלים אינטגרלי גדול מסגסוגת טיטניום במדינות מערביות יכולה להגיע ל-300 מ"מ לדקה ומעלה. למפעלי ייצור מנועי אוויר יש את כלי המכונות המיובאים המתקדמים ומפעלים זרים דומים, חיתוך חלק ניכר מהכלים המשמשים הם גם כלים מיובאים, ניתן לומר כי מהחומרה יש את אותו חוזק, אבל הפער בין יעילות העיבוד ומדינות זרות היא לא קטנה, במיוחד סגסוגות טיטניום וחומרים קשים לעיבוד, יש לשפר בדחיפות את יעילות העיבוד, ניתחו את קיומן של כמה מהסיבות הבאות:
(1) מבחן חיתוך בסיסי ממוקד אינו מספיק, קשה לקבל פרמטרים גבוהים יותר של מהירות חיתוך כדי לבצע תמיכה בקבלת החלטות בתהליך.
(2) לארגונים יש גישה מוגבלת לערוצי חיתוך פרמטרים, בדרך כלל מהנתונים המומלצים במדריך לספק הכלים. למרות פרמטר זה הוא מהספק הזר יותר שיטתי חיתוך נתוני הבדיקה, אבל תנאי הבדיקה והסביבה ועיבוד חלקי הארגון של תנאי עבודה שונים, קשה להעתיק לחלוטין את הנתונים הידניים.
(3) בדיקת פרמטרי חיתוך ביעילות גבוהה ורכישת תקופה ארוכה יותר. בשל כלי המכונה הארגוני לייצור המוני של המוצר כגוף העיקרי, קשה לחסוך בציוד מיוחד לביצוע בדיקות מיוחדות, בדיקת חיתוך אופטימיזציה של נתונים מסונכרנת לעתים קרובות עם עיבוד של חלקים אמיתיים, קיים סיכון גדול יותר. במיוחד בתהליך הגימור, לאחר חיתוך פני השטח של החלק אין שוליים, לקחת בחשבון במקרה של שימוש לא נכון בפרמטרים חיתוך, וכתוצאה מכך סכינים שבורים, סתתים או אחר קל מאוד לגרום לבעיות איכות פני השטח. לכן, הבחירה של נתוני בדיקת פרמטר חיתוך יעילים צריכה להשתפר בהדרגה בשלבים, זהיר וזהיר, לא ניתן לשפר במהירות בפרק זמן קצר יחסית. לעתים קרובות צריך מספר אצוות, אימות עיבוד חלקים מרובים, ואף נמשך מספר שנים, ממכונת האימות ועד אב הטיפוס, ואפילו המוצר לשלב הסופי עדיין נמצא בתהליך של שיפור יעילות העיבוד של השיפור הרזה.
(4) אין די בקידום הנדסי ויישום תוצאות המחקר של מכוני המחקר. למעשה, מכוני המחקר מייחסים חשיבות רבה לעיבוד יעיל של חומרים קשים לעיבוד, וערכו מספר רב של בדיקות והשיגו כמה הישגים. עם זאת, בדיקת החיתוך אינה מבוססת לחלוטין על סביבת העיבוד האמיתית של חלקי המנוע, כולל חלקי הבדיקה מאפייני התהליך שנבחרו של נתונים כגון: הגודל האמיתי של החלקים, צורה מבנית, קשיחות חלק, מצב הידוק, הארכת כלי, וכו' ולכן זה מבחן שכיח אבל לא מבחן שכיח. לכן, מדובר במבחן נפוץ ולא במבחן תכונה טיפוסי, כך שלפרמטרי החיתוך יש מגבלות ביישומים מעשיים. כצד עסקי של הצורך הדחוף לקבל תמיכה טכנית של מכוני מחקר, שיתוף פעולה משותף, על מנת להאיץ את קצב החדשנות הטכנולוגית ולשפר את יכולת הייצור של ארגונים. רוב פרמטרי החיתוך הזרים היעילים (מהירויות גבוהות) ממעבדת החיתוך שהוקמה בארגון, על פי תוצאות הבדיקה להנחות את אתר הייצור, בדרך כלל יכולות מחקר מדעיות של מעבדת חיתוך בקנה מידה גדול ואוניברסיטאות אינן שונות. למערכת מחקר זו יש יעד חזק, תוצאות מהירות, קל לקדם את היתרונות של מקיף.
עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית ייצור דיגיטלי, הדמיית האלמנטים הסופיים של תהליך חיתוך מתכת כטכנולוגיה חדשה של תהליך ייצור, משולבת בהדרגה בתחום העיבוד שבבי, היא לקדם את העתיד של תהליך חיתוך יעיל היא אחת הדרכים של מהיר התפתחות. הדמיית חיתוך יכולה לא רק לחזות את כוח החיתוך ולנתח את התפלגות משתני המצב כגון מתח, קצב מתח, מתח וטמפרטורה במהלך תהליך החיתוך, אלא גם לחזות בלאי הכלים, מתח שיורי של חלקי העבודה ולייעל עוד יותר את פרמטרי החיתוך. הצגת שיטת היסודות הסופיים העשירה את אמצעי המחקר של מנגנון חיתוך סגסוגת טיטניום. חוקרים חקרו את חיזוי הסימולציה של בלאי כלים בעיבוד שבבי סגסוגת טיטניום, והקימו מודל סימולציה תוך התחשבות מקיפה של גורמי שחיקה מרובים של הכלים, שיכולים לממש את חיזוי הסימולציה של בלאי הכלים במידה מסוימת. עם הפיתוח המתמשך של תורת החישובים הנומריים וכלי התוכנה, סימולציית תהליכי חיתוך וחיזוי בהחלט ישחקו תפקיד חשוב במחקר של תורת עיבוד החיתוך והטכנולוגיה.
