Обработка деталей аэрокосмической промышленности на станках с ЧПУ: выбор материалов, параметры процесса и ловушки DFM, которые увеличивают затраты до того, как упадет первая стружка

Обработка деталей аэрокосмической промышленности на станках с ЧПУ: выбор материалов, параметры процесса и ловушки DFM, которые увеличивают затраты до того, как упадет первая стружка

Конструктивный кронштейн изготовлен из Ti-6Al-4V, толщина стенки 1,2 мм в самой тонкой части, два отверстия под сложным углом, которые должны быть концентричны с точностью до ±0,01 мм. Срок реализации программы составляет 6 недель от выпуска рисунка до первой статьи. Ваш обзор DFM только что вернулся с тремя флажками, и ни один из них не касается зануд.

Речь идет о доступе к приспособлению, последовательности снятия напряжений и внутреннем угловом радиусе 0,3 мм для кармана глубиной 14 мм-, что требует замены инструмента на концевую фрезу 0,6 мм в середине-программы. Каждый флаг добавляет время. Два из них увеличивают затраты, которые невозможно окупить без изменения чертежа. Вот чтоОбработка с ЧПУ для аэрокосмической отраслина самом деле работа выглядит как на этапе DFM - не вопросы возможностей, а решения по геометрии и последовательности, которые были приняты во время проектирования и теперь принадлежат машинисту, который должен решить.

Почему обработка с ЧПУ в аэрокосмической отрасли начинается с выбора материала, а не с выбора станка

Выбор станка зависит от материала и набора функций. Что определяет план процессаобработка с чпу в аэрокосмической отраслиработа — это поведение материала в условиях резания, а также то, создает ли геометрия конструкции конфликты между потребностями материала и требованиями набора функций.

В аэрокосмических конструкционных и механических компонентах преобладают три материала: алюминий 7075-T651 для весовых-критических конструкций, Ti-6Al-4V для несущих- нагрузок и применений, работающих при повышенных температурах, и Inconel 718 для условий горячего сечения и многоцикловой усталости. Каждый из них имеет свою собственную логику процесса.

7075-T651обрабатывается быстро, имеет жесткие допуски и требует относительно небольших затрат на резку. Обозначение -T651 имеет значение: предварительно-растянутое состояние означает меньшее остаточное напряжение в заготовке, что приводит к меньшему размерному перемещению после тяжелой черновой обработки. Вместо этого укажите T6, и вы сможете получить ту же прочность на бумаге, но значительно большую упругость-на тонкостенных-элементах -, актуальных дляобработка с ЧПУ аэрокосмического алюминия с тонкими стенкамитакие конструкции, как ребристые карманы и лонжероны, толщина стенок которых может опускаться ниже 0,8 мм.

Ти-6Ал-4ВгдеАэрокосмическая обработка титановых деталей с ЧПУпрограммы обычно теряют время. Теплопроводность материала составляет примерно одну-десятую часть теплопроводности алюминия. Тепло не уходит вместе со стружкой -, оно концентрируется на режущей кромке, ускоряет износ инструмента и, если процесс не контролируется, образует нагартованную поверхность-, что делает каждый последующий проход тяжелее предыдущего. Параметры процесса не являются предложениями; они представляют собой промежуток между приемлемым сроком службы инструмента и отказом инструмента каждые 3–4 минуты.

Инконель 718это отдельный разговор. Если ваш чертеж требует использования Inconel, оценку машинного времени для эквивалентной алюминиевой детали необходимо умножить как минимум в 8 раз, прежде чем составлять бюджет программы.

Титан: где обработка с ЧПУ в аэрокосмической отрасли быстро становится дорогой

ДляАэрокосмическая обработка титановых деталей с ЧПУПараметры процесса более жесткие, чем публикуют большинство магазинов. Приведенные ниже цифры отражают то, что мы используем на производстве с Ti-6Al-4V, а не консервативные значения из каталога инструментов и не агрессивные значения, которые хорошо смотрятся при оценке времени цикла, но разрушают оснастку всех остальных деталей.

Стратегия подачи СОЖ — это наиболее часто-элемент плана обработки титана. Направленная на тело детали охлаждающая жидкость не охлаждает зону резания на титане - она охлаждает поверхность детали, которая не является местом нагрева. Правильная установка – это подача СОЖ через -шпиндель под высоким-давлением на инструмент-интерфейс заготовки. В глубоких карманах и отверстиях добавьте продувку воздухом, чтобы облегчить эвакуацию стружки; Повторное-нарезание стружки на титане приводит к локальному наклепу, который может привести к образованию элементов, выходящих за пределы--допусков, даже если траектория инструмента выбрана правильно.

Одна деталь секвенирования, которая имеет значение для титановых конструкционных деталей с множеством функций: черновая обработка всей детали перед чистовой обработкой. Напряжение титана-расслабляется медленнее, чем алюминия, но оно движется. Деталь, подвергнутая черновой обработке до толщины +0.3 мм, а затем оставленная на ночь перед чистовой обработкой, даст вам более стабильную опорную поверхность, чем деталь, подвергнутая черновой обработке и немедленно обработанная на той же установке. Это особенно актуально наОбработка с ЧПУ для аэрокосмической отрасликронштейны и корпуса, в которых последовательно обрабатываются несколько базовых точек -, соотношение размеров между ними зависит от того, какое напряжение было снято между операциями.

Алюминиевые тонкостенные-стеновые конструкции: процесс крепления

Обработка тонких стенок аэрокосмического алюминия на станке с ЧПУдетали - ребра-карманные конструкции, корпуса электроники, перемычки кронштейнов - выходят из строя при креплении раньше, чем при резке. Стенка толщиной 0,8 мм на алюминиевой детали диаметром 120 мм, зажатой с моментом 15 Н·м в двух точках, прогибается на 0,04–0,09 мм только под действием зажимающей нагрузки до запуска шпинделя. Это отклонение не видно; в тисках деталь выглядит плоской. Это можно измерить только тогда, когда вы отпускаете зажим и деталь возвращается назад.

Исправление состоит в том, чтобы не зажимать зажигалку -, которая вызывает вибрацию. Решение состоит в том, чтобы поддерживать деталь в большем количестве точек с меньшей индивидуальной силой зажима или использовать вакуумную фиксацию на первой базовой поверхности перед обработкой элементов, создающих тонкую стенку. Последовательность имеет значение: сначала обрабатывайте базовые поверхности и опорные отверстия, при полной заготовке детали, затем последовательно обрабатывайте карманы, работая от самой толстой оставшейся части к самой тонкой.

Дляобработка с чпу в аэрокосмической отраслиалюминиевые детали, для которых плоскостность после механической обработки является критически важным результатом - оптические монтажные конструкции, уплотняющие поверхности, прецизионные основания - мы изготавливаем в два этапа: черновая обработка до +0.4 мм, снятие напряжений при 150–180 градусах в течение 2–4 часов (для 7075; 130 градусов для 6061), затем финишная обработка. Термический цикл достаточно короткий, чтобы уложиться в стандартный производственный день, и обеспечивает постоянную конечную плоскостность в пределах 0,01 мм на гранях с пролетом до 200 мм. Без него на детали со сложной геометрией гнезда плоскостность может варьироваться в пределах 0,03–0,08 мм в зависимости от исходного напряженного состояния заготовки.

Инконель и жаропрочные-сплавы: логика процесса

Если вашаэрокосмическая обработка с ЧПУПрограмма включает Inconel 718 или аналогичные никелевые суперсплавы, обзор DFM выполняет другую функцию, чем для алюминия или титана. В случае с алюминием DFM занимается оптимизацией геометрии. В случае с Inconel DFM заключается в принятии решения, какие детали вообще можно обрабатывать, а какие следует перенести на электроэрозионную обработку или шлифование.

Inconel 718 при полной твердости (39–46 HRC после старения) не является фрезерным материалом в обычном понимании для обработки мелких деталей. Внутренние радиусы менее 1,5 мм в глубоких карманах, резьба в сквозных-отверстиях глубиной более 1,5× диаметра и отверстия с требованиями Ra ниже 0,8 мкм без шлифовки - — все это вызывает эскалацию процесса, которую необходимо определить до предложения программы, а не после первой поломки инструмента.

Для компонентов горячей-секции, где требуется инконель, план процесса почти всегда включает керамический инструмент для черновой обработки, CBN для чистовой обработки отверстий и проволочную электроэрозионную обработку для любых элементов, где функционально необходим острый внутренний угол. Включение этих операций в программу с самого начала приводит к предсказуемым затратам. Обнаружение их после выдачи стандартной-цены на инструменты приводит к задержке программы.

Документация и отслеживание цепочек поставок в аэрокосмической отрасли

Аэрокосмическая обработка с ЧПУ, документация as9100Требования – это когда заявления поставщика о возможностях соответствуют фактической доставке. AS9100D требует отслеживания продуктов и процессов, контроля конфигурации и первой проверки изделия в AS9102 на предмет новых или измененных конфигураций деталей. Что это означает с эксплуатационной точки зрения: для каждого производственного цикла необходима прослеживаемая связь от сертификата завода по производству сырья до серийного номера готовой детали, а в протоколе проверки должны быть указаны измеренные значения, а не штампы.

Разрыв между цехом, имеющим сертификат ISO 9001, и цехом, который действительно соответствует требованиям AS9100D-, проявляется в записях внутри-проверок процесса и в системе NCR. ISO 9001 требует системы менеджмента качества; AS9100D требует, чтобы система применялась к конфигурации продукта и чтобы записи поддерживали аудит и расследование-основных причин. Если в отчетах о качестве поставщика нет ответа на вопрос «какой станок вырезал этот элемент, в какую дату и каково было измеренное значение при проверке» для конкретного серийного номера, он не поддерживает AS9100D-независимо от его сертификата.

Где применимы технологические возможности MID

Наш отдел DFM ежедневно проверяет файлы STEP по всему миру.Обработка с ЧПУ для аэрокосмической отраслипрограммирует - структурные детали из титана, алюминиевые корпуса, фитинги из инконеля и композитные-компоненты интерфейса, которым требуется обработка деталей с точными базовыми данными. В обзоре отмечаются конфликты геометрии, риски наложения-допусков и решения по последовательности до того, как программа будет оценена, а не после того, как первая часть будет удалена.

обработка с ЧПУat MID охватывает одновременную обработку 5-осей, швейцарскую токарную обработку тонких валов и прецизионных штифтов, токарно-фрезерную обработку деталей, которым требуются как вращательные, так и призматические элементы за один установ, а также проволочную электроэрозионную обработку для закаленных элементов и внутренних профилей, которые невозможно фрезеровать. Нашаэрокосмическая обработка с ЧПУработа ведется в соответствии со стандартом ISO 13485-управление качеством с цифровой отслеживаемостью - сертификата на материал до записи об отгрузке - по каждому номеру детали.

Для первых статей о новых программах мы предоставляем полный формат FAIR to AS9102, отчеты CMM с измеренными значениями по всем критическим размерам, а также пакет для отслеживания материалов. Если вашему клиенту или программе требуется документация PPAP или ISIR, мы включаем ее в план программы при расчете цен.

Отправьте файл STEP на нашкоманда инженеров-технологовесли письменная проверка DFM - будет возвращена в течение 24 часов, никаких обязательств не требуется. Если вы уже участвуете в программе и вам нужно обсудить бюджет допусков или замену материалов в конструкции,-критичной по весу, это сделает та же команда. Начните с сайта bishenprecision.com.

Часто задаваемые вопросы

Какой внутренний радиус угла следует указывать для глубоких карманов из Ti-6Al-4V, чтобы избежать поломки инструмента и задержек в программе?

Для глубины кармана D минимальный практический радиус внутреннего угла составляет D/4 -, но в случае титана, если позволяет конструкция, переходите к D/3. Силы резания титана существенно выше, чем у алюминия, а это означает, что концевая фреза небольшого-диаметра, работающая с малым радиусом, испытывает большую нагрузку на единицу поперечного- сечения. Для кармана глубиной 12 мм- из Ti-6Al-4V с углом R2 требуется концевая фреза диаметром 4 мм, работающая на пониженных скоростях и подачах; установка R4 в том же гнезде позволяет использовать более крупный и жесткий инструмент с производительными параметрами. Если геометрия угла не имеет функциональных ограничений, изменение радиуса ничего не стоит на чертеже и экономит 20–35 % времени цикла обработки этого элемента.

Можете ли вы обеспечить концентричность ±0,005 мм титанового отверстия относительно исходного наружного диаметра без шлифовки?

При диаметре отверстия более 8 мм — да, - со специальным проходом чистовой расточки на жестком шпинделе, сквозной подачей СОЖ в шпиндель- и заменой инструмента на новую пластину перед циклом чистовой обработки. Ограничение — это не машина; это термостабильность. Низкая проводимость титана означает, что температура детали в конце черновой обработки значительно выше, чем в начале. Мы даем детали стабилизироваться до температуры окружающей среды в пределах 2 градусов перед выполнением чистового прохода отверстия. Без этой стабилизации диаметр отверстия может оказаться на 0,003–0,008 мм больше сразу после резки, чем при измерении комнатной температуры. Для отверстий диаметром менее 6 мм или требований к соосности менее ±0,003 мм надежным способом является шлифование.

Как требования к документации AS9100D меняются между прототипом и производственным заказом?

Минимальная полезная документация прототипа — это отчет о размерах с фактическими измеренными значениями и сертификат на материал. Этого достаточно для проверки конструкции. Для производственного заказа - или любой детали, которая входит в состав -сертифицированной сборки -, вам необходим полный отчет о проверке первого изделия в AS9102 для первой производственной конфигурации, записи в-процессе, прослеживаемые до серийного номера, и сертификат соответствия для каждой поставки. Поводом для нового FAIR является пересмотр чертежа, изменение процесса или смена поставщика -, а не только новый заказ. Если ваша программа меняет любую из этих трех вещей между прототипом и производством, запланируйте новый цикл первой статьи.

Когда тонкостенная-алюминиевая деталь аэрокосмической отрасли нуждается в вакуумном креплении вместо стандартного зажима в тисках?

Когда толщина стенки падает ниже 1,5 мм на пролете без опоры длиной более 60 мм, стандартный зажим в тисках приводит к достаточному отклонению, которое влияет на выходной размер -, особенно на плоскостность и параллельность. Практический тест: рассчитайте прогиб зажима в самом тонком сечении, используя простую модель балки (δ=FL³/3EI для консольной стены). Если результат превышает 30 % вашего допуска на плоскостность, основным риском процесса является стратегия зажима, а не траектория инструмента. Вакуумное крепление распределяет удерживающую силу по всей опорной поверхности и устраняет локальное отклонение. Это увеличивает время наладки, но исключает доработку плоскостности, которая возникает при стандартном зажиме деталей этого класса геометрии.