Ilmailu- ja avaruustekniikan komponenttien tarkkuustyöstöprosessiohjelma

ilmailu- ja avaruusalakomponenttitarkkuustyöstöprosessisuunnitelma

Prosessi-insinöörinä, joka on sitoutunut tekniseen tutkimukseen tarkkuuskoneistuksen alalla jo vuosia, olen ollut mukana monissa korkean tarkkuuden työprojekteissa viimeisten kymmenen vuoden aikana, kuten läpimurros lentokonemoottoreiden turbiinikiekkojen käsittelyssä, avaruusalusten rakenneosien hieno takominen ja satelliitin hyötykuorman kiinnikkeen hieno teroitus. Joka kerta, kun katson suunnittelupiirustuksia sellaisista “± 0,005 mm” erittäin tiukoista muoto- ja sijaintitoleranssivaatimuksista tai “Ra0,2μm” tällaisesta teknisesti haastavasta pinnankarheusmerkinnästä, sydän voi kokea vahvasti: ilmailu- ja avaruustekniikan osien tarkkuustyöstö! Voimme vahvasti tuntea, että ilmailu- ja avaruustekniikan osien tarkkuuskoneistus ei ole vain tekninen kilpailu, vaan myös erittäin tarkka taistelu, jossa “mikroni on mitta-asteikko, lämpötila on vastakkainasettelun kohde ja tärinä on hyökkäysreuna”. Tulevaisuudessa aion yhdistää projektikokemukseni todelliseen työhön ja koota järjestelmällisesti joukon ratkaisuja ilmailu- ja avaruusteollisuuteen soveltuvaan tarkkuuskoneistusprosessiin.

I. Ohjelman tausta ja kohdentaminen

1.1 Teollisuuden kysynnän ohjaimet

Kaukana tavanomaisen mekaanisen alan vaatimuksista, ilmailu- ja avaruustekniikan laitteiden osilla ja komponenteilla on luotettavuus, kevyt ja pitkä käyttöikä, ota tietyn tyyppinen turbofan-moottorin kompressorin terä esimerkkinä tästä on yksi, sen on kestettävä monimutkaista stressiä, korkeassa lämpötilassa 1500 ℃ sekä 30 000 rpm erittäin suurella nopeudella, ja toiseksi pienet käsittelyvirheet, kuten veitsen merkit, jäännösjännityskonsentraatio, tällaiset tapaukset aiheuttavat todennäköisesti väsymysmurtuma-ongelmia, jotka puolestaan johtavat koko koneen epäonnistumiseen. Nämä tilanteet aiheuttavat hyvin todennäköisesti väsymismurtumaongelmia, jotka johtavat koko koneen vikaantumiseen. Kolmanneksi avaruusaluksen rakenneosat altistuvat yli 20 g: n ylikuormitukselle laukaisun aikana, ja neljänneksi, jos käsittelytarkkuus on riittämätön, kokoonpanojännitys laukeaa, mikä vaikuttaa kiertoradalla olevaan asennonhallintaan, ja nämä skenaariot puolestaan pakottavat työstöprosessin olemaan “alle mikrometrin tarkkuus” ja “nanometrin tarkkuus”. Nämä skenaariot puolestaan pakottavat työstöprosessin murtamaan "submikrometrin tarkkuuden" ja "nanometrin pinnanlaadun" tekniset esteet.

1.2 Ohjelman keskeiset tavoitteet

Ohjelmassa keskitytään tyypillisiin ilmailu- ja avaruusalan komponentteihin, kuten titaaniseoksesta valmistettuihin rakenneosiin, korkean lämpötilan seoksesta valmistettuihin turbiinien levyihin ja alumiiniseoksesta valmistettuihin satelliittikiinnikkeisiin, ja tavoitteena on rakentaa tarkkuuskoneistusjärjestelmä, joka on synerginen “materiaali - prosessi - laitteet - testaus”. Tavoitteena on rakentaa tarkkuustyöstöjärjestelmä, joka on "materiaali - prosessi - laitteet - testaus" synerginen, toteutettavaksi:

Mittatarkkuus: keskeisten ominaisuuksien toleranssit ovat ±0,003 mm:n tarkkuudella;

Pinnanlaatu: Ra≤0,2μm (Ra≤0,1μm joillakin toiminnallisilla pinnoilla);

Johdonmukaisuus: saman osaerän keskeisten mittojen vaihtelu ≤ 0,002 mm;

Tehokkuuden parantaminen: Yhden kappaleen työstöajan lyhentäminen 20% tai enemmän prosessin optimoinnin avulla.

II. Set Art -ohjelman perusmoduulien suunnittelu

2.1Materiaalin ominaisuudetProsessin soveltuvuusanalyysi

Ilmailu- ja avaruusteollisuuden osissa yleisesti käytettävän titaaniseos TC4:n, ilmailu- ja avaruusteollisuuden osissa yleisesti käytettävien nikkelipohjaisten korkean lämpötilan seosten ja ilmailu- ja avaruusteollisuuden osissa yleisesti käytettävän alumiiniseos 2A14:n työstöominaisuudet ovat erittäin erilaiset, ja prosessireitit on suunniteltava niiden ominaisuuksien huomioon ottamiseksi.

Ota osallistumiseni tietyntyyppiseen satelliittikuorman kiinnikkeeseen, materiaali on TC4 titaaniseos, tämä titaaniseos lämmönjohtavuus on huono, vain viidesosa 45 teräksestä, se on kemiallisesti aktiivinen, helppo sitoutua työkaluun, se on alhainen kimmomoduuli, helppo rebound koneistettaessa, mikä johtaa superhuonon kokoon. Alkuperäisessä koekoneistuksessa olemme valinneet tavanomaisen kovametallityökalun, tilanne on se, että työkalun käyttöikä on vain 3 kappaletta reunaa kohti, ja työstöpinnalla on selvät “asteikot”; ja sitten korvattiin päällystetyllä työkalulla, toisin sanoen TiAlN-pinnoitteella, mutta myös vähentää leikkausnopeutta 80m / min 50m / min, ja samalla lisätä leikkausnopeutta 50m / min, ja samalla lisätä leikkausnopeutta 50m / min. / min, ja samalla lisätä jäähdytysnesteen virtausta, sisäisen jäähdytystyökalun käyttöä, 8MPa: n painetta, jotta työkalun käyttöikä paranee 20 kappaleeseen reunaa kohti, pinnankarheus Ra0,8μm: stä vakaasti Ra0,4μm: iin.

Toinen esimerkki on korkean lämpötilan seokset, jotka sisältävät suuren määrän Ni elementtejä, mutta sisältävät myös Cr, Mo ja monia muita elementtejä, käsittelyaikana sen karkaistun kerroksen syvyys voi olla 0,3 mm, kun tavallinen teräs on vain 0,1 mm.

Tulevaisuudessa, kun ilmailu- ja avaruustekniikan laitteiden kehitys on suuntautunut kohti “kevyempää, vahvempaa ja älykkäämpää”, tarkkuuskoneistus kohtaa uusia haasteita, kuten hiilikuitukomposiittimateriaalien käsittely ja mikronanorakenteiden valmistus. Uskon kuitenkin vakaasti, että niin kauan kuin pidämme yllä “huippuosaamista”, kuten käsityötaitoa, noudatamme “data puhuu”, kuten tieteellistä asennetta, pystymme tarkkuuskoneistukseen tällä radalla, Kiinan ilmailu- ja avaruusteollisuudelle tukemaan vankempaa! “teollinen perusta”.

Käyttäjän virhe, työstöohjelmakutsun esittämisen riski on väärä, työkalun kiinnitys ei ole oikeassa asennossa. Vastatoimenpiteet: “kahden henkilön tarkistusjärjestelmän” toteuttaminen, toisin sanoen sen jälkeen, kun operaattori on syöttänyt parametrit, teknikko uudelleen tarkistusta varten, ja työstökoneen käyttöpaneelissa asetetaan “antidumbing-kehotukset”, kuten ei työkalun kiinnittämistä, kun näyttö vilkkuu punaisena varoituksena.

IV. Yhteenveto ja näkymät

Yli kymmenen vuoden aikana olen nähnyt siirtymisen “kokemuspohjaisesta” “tietoon perustuvaan” ilmailu- ja avaruustekniikan tarkkuuskoneistukseen. Tämän ohjelman keskeisin kohta on materiaalien ominaisuuksien, laitteiden suorituskyvyn ja tarkastusmenetelmien syvä integrointi, ja “mikrotason tarkkuuden” käsite kulkee läpi jokaisen työstövaiheen. Kun muistellaan viime vuoden osallistumista erään raketin kriittisten rakenneosien työstöön, säädimme kiinnitystukipisteen sijaintia seitsemän kertaa ja mittasimme yli 200 datasarjaa parantaaksemme reiän sijaintia ±0,005 mm:stä ±0,003 mm:iin. Lopulta osat laukaistiin sujuvasti raketin mukana, ja tunsimme vahvaa onnistumisen tunnetta siitä, että emme olleet epäonnistuneet uskotussa tehtävässä. “Kun viimeinen osa laukaistiin onnistuneesti raketin mukana, tuntemani vahva onnistumisen tunne oli arvokkaampi kuin mikään muu palkinto.

Tärinänvaimennus, “modaalianalyysin” tekniikan käyttö, työkalun - varren - karan järjestelmän suorittamiseksi taajuusvasteen toimintatestiä varten, jotta vältetään osan ominaistaajuus, kuten kiinnikkeen ominaistaajuus on 800Hz, kun työstettäessä karan nopeus säädetään 800Hz: n välttämiseksi. Koneistettaessa karan nopeus säädetään siten, että vältetään 800Hz:n moninkertaiset arvot, esimerkiksi / min vastaa 300Hz, ja samalla käytetään tärinää vaimentavaa työkalunpidintä, jossa on sisäänrakennettu vaimennin, joka voi vähentää 60%:n tärinän amplitudia.

(3) Täydentävät erikoisjalostustekniikat

Jos halkaisijaltaan 0,3 mm:n jäähdytysreikiä ja kapeita uria, joiden syvyys-leveys-suhde on 15:1, ei voida käsitellä tavanomaisen leikkauksen avulla, olisi otettava käyttöön erikoisprosesseja, kuten sähkösorvaus ja lasertyöstö. Esimerkiksi tietyntyyppisessä polttokammion suuttimessa on mikronin kokoisia jäähdytysreikiä, joiden halkaisija on 0,2 mm ja syvyys 3 mm, joita käsitellään EDM-pienreikäkoneella. Pulssiparametrien optimoinnin avulla jännite on noin 80 V, virta noin 2 A ja pulssin leveys 5 mikrosekuntia, ja reiän seinämän uudelleensulatetun kerroksen paksuus hallitaan niin, että se on alle 5 mikrometriä, kun taas tavanomaisilla parametreilla se voi olla jopa 20 mikrometriä, jolloin vältetään uudelleensulatetun kerroksen aiheuttamien halkeamien riski.

Työkalun kuluminen on erittäin nopeaa. Kun koneistimme turbiinilevyn kielen ja uran, koska emme ottaneet huomioon materiaalin kovettumisominaisuuksia, kun ensimmäinen työstökappale oli valmis, työkalun takapinnan kuluminen saavutti 0,3 mm, mikä ylitti toleranssin 0,2 mm: llä, mikä johti siihen, että toisen kappaleen koko oli liian huono. Seuraavassa optimointiprosessissa erotamme karhennus ja viimeistely, karhennus keraamisten työkalujen käyttö, sen korkea kovuus ja kulutuskestävyys, leikkaussyvyys 1,5 mm, viimeistely PCBN-työkalujen käyttö, toisin sanoen kuutioboorinitridin, korkean lämpötilan, leikkaussyvyyden 0,3 mm, ja lisää 30 minuutin luonnollinen ikääntyminen prosessien välillä, jotta leikkausjännitys vapautuu ja lopulta epävakaan ongelman koko ratkaistaan.

Linjamittauksessa koneistuskeskuksessa on Renishaw'n OMP60-anturi, joka kohdistetaan automaattisesti työkappaleeseen ennen hienokoneistusta ±0,001 mm:n toistettavuudella, jotta vältetään kiinnitysvirheistä johtuvat erän ylitykset.

Valmistumisen jälkeen osat tehdä lopputarkastuksen jäljitettävyys, tällä kertaa käyttää korkean tarkkuuden koordinaattimittauskone tehdä täysikokoinen tarkastus, tarkkuus tämä mittauskone on 0,5μm + L/1000, mittaustiedot ladataan automaattisesti MES-järjestelmään, nämä tiedot korreloidaan prosessiparametrien kanssa, prosessiparametrit ovat työkalun tyyppi, leikkausparametrit, työstöaika jne., Tällä tavoin voidaan saavuttaa. “” osa sähköistä ansioluetteloa", mikä on erittäin kätevää myöhempien laatuongelmien jäljitettävyyden kannalta.

III. Ohjelman täytäntöönpano ja riskien valvonta

3.1 Vaiheittainen toteutussuunnitelma

Tätä ohjelmaa on edistettävä kolmen vaiheen mukaisesti, jotka ovat prosessin validointi, pienten erien koetuotanto ja erien vakaa tuotanto:

Vaiheessa 1 (1-2 kuukautta), joka on prosessin validointivaihe, valitaan kaksi tai kolme tyypillistä kappaletta, kuten turbiinien lavat ja satelliittikiinnikkeet, ja sovelletaan ortogonaalista testimenetelmää eli L9(3⁴) leikkausparametrien, kuten karan nopeuden, syötön, leikkuusyvyyden ja jäähdytysnesteen paineen, optimoimiseksi. Tällä tavoin määritetään optimaalinen prosessiyhdistelmä ja todennetaan kiinnikkeiden ja tarkastusmenetelmien luotettavuus.

(2) Täydellinen prosessitestaus ja virheiden jäljitettävyys

“Valvottava” on tarkkuuskoneistuksen ydin, mutta tarkastus on silmien “valvonta”, rakensimme joukon kolme tarkastusjärjestelmää, joka sisältää prosessin itsetarkastuksen, mutta kattaa myös online-mittauksen, ja lopputarkastuksen jäljitettävyys on olemassa.

Koneistusprosessissa, aina kun prosessi on valmis, kuten karkea jyrsintä ja puolivalmis jyrsintä, on tarpeen käyttää kannettavaa koordinaattimittauskonetta, eli Hexagonia, tärkeimpiin mittoihin, kuten paikoitusreikien väliin, nopean mittauksen suorittamiseksi, yhden mittausajan tulisi olla enintään 2 minuuttia, kun työkalun korvauksen arvo on ylitetty, sitä olisi säädettävä välittömästi.

3.2 Keskeiset riskikohdat ja niihin vastaaminen

Epänormaalin työkalun kulumisen riskinä on pintakarheuden jyrkkä heikkeneminen ja toleranssin ulkopuoliset mitat. Vastauksena tähän on työkalun varteen asennettava värähtelyanturi, jonka näytteenottotaajuus on 10 kHz ja joka seuraa reaaliaikaisesti leikkausvoiman vaihtelua. Normaali vaihteluväli on ±5%, ja jos vaihtelu on yli 10%, työkalu pysäytetään ja vaihdetaan automaattisesti.

Hallitsemattoman lämpömuodonmuutoksen riskinä on, että saman kappaleen eri paikoissa esiintyy mittapoikkeamia, esimerkiksi aamulla työstetty kappale on 0,003 mm pienempi kuin iltapäivällä, ja tähän voidaan reagoida siten, että korjaamossa on termostaattiohjaus, jonka lämpötila-alue on 20 ± 0,5 °C, ja että koneen käynnistämisen jälkeen lisätään tunnin mittainen “lämmittelyohjelma”. Vastaus oli, että lämpötila-alueeksi asetetaan 20 ± 0,5 °C ja että koneen käynnistyksen jälkeen lisätään tunnin mittainen "lämmittelyohjelma" eli karan tyhjäkäynti ja akselien liikuttelu sen varmistamiseksi, että kone saavuttaa lämpötasapainon.

2.3 Jigien ja kiinnikkeiden sekä tarkastusjärjestelmän suunnittelu

(1) Erittäin jäykkä kiinnitysrakenne

Suurin osa ilmailu- ja avaruustekniikan osista on ohutseinäisiä ja heikosti jäykkiä rakenteita, ja kiinnittimien suunnittelussa olisi noudatettava “mahdollisimman pienen rajoituksen ja tasaisen voiman” periaatetta. Olemme suunnitelleet “tyhjiöadsorptio + joustava tuki” -kiinnikkeen tietyntyyppistä avaruusaluksen tukea varten. Pohjalevyssä on tiheät tyhjiöreiät, joiden väli on 5 mm, ja työkappale adsorboidaan tyhjiöpumpun avulla, ja adsorptiovoima on 50 N/cm². Samaan aikaan työkappaleen heikoissa kohdissa, kuten vahvistuspalkin juuressa, asetetaan elastinen tukilohko, polyuretaanimateriaali, Shore A70: n kovuus, joka ei ainoastaan estä perinteisiä mekaanisia puristusleukoja esiintymästä paikallisia painaumia, vaan myös kontrolloi puristusmuodonmuutosta 0,001 mm: n sisällä.

(2) Mikrovärähtelyn vaimentaminen ja lämpömuodonmuutosten hallinta

Lämpö ja tärinä ovat kaksi tärkeintä “näkymätöntä tappajaa” tarkkuustyöstössä. Esimerkkinä alumiiniseoskotelon työstö (tämän kotelon seinämän paksuus on 2 mm), leikkauslämpö voi aiheuttaa osan paikallisen lämpötilan nousun yli 50 ℃ ja lämpölaajeneminen voi nousta 0,01 mm:iin (alumiiniseoksen lineaarinen laajenemiskerroin on noin 23 × 10 ⁶/ ℃). Ratkaisu, jonka olemme hyväksyneet, on seuraava:

Lämpötilan valvonta, työstökoneen karan osa on asennettu infrapunalämpötila-antureilla, jotka voivat seurata lämpötilaa reaaliajassa, tarkkuudella plus tai miinus 5 astetta Celsiusta, ja samaan aikaan infrapunalämpötila-anturit asennetaan myös työkappaleen kiinnikkeeseen lämpötilan seuraamiseksi reaaliajassa, tarkkuudella plus tai miinus 5 astetta Celsiusta, ja työstökoneen numeerista ohjausjärjestelmää käytetään kutsumaan lämpövirheiden kompensointiohjelmaa, joka on rakennettu etukäteen laserin avulla. Tämä lämpövirheen kompensointimenettely on etukäteen laserinterferometrin avulla mitattu työstökoneen lämpömuodonmuutoskäyrä eri lämpötiloissa kompensointimallin luomisen jälkeen.

2.2 Ydintyöstöprosessin valinta ja parametrien optimointi

(1) Suurnopeusleikkaus ja viisiakselinen linkitystekniikka

Monet ilmailu- ja avaruustekniikan osat ovat monimutkaisia kaarevia pintoja, kuten siipiä ja juoksupyöriä, ja perinteinen kolmiakselinen työstö vaatii moninkertaista kiinnitystä, jolloin kertynyt virhe on yli 0,01 mm. Tiimimme, tietyn tyyppisen moottorin deflektorin terän käsittelyssä, viiden akselin linkitys-koneistuskeskuksen käyttöönotto, eli Dermagit, “puristamisen, monipuolisten työstön” avulla, puristusvirhe 0,008 mm: stä 0,002 mm: iin. samaan aikaan suurnopeusleikkaustilan käyttö, sen pyörimisnopeus minuutissa yksiköille, syöttönopeus on myös minuutissa yksiköille, sama syöttönopeus on minuutissa yksiköille. Samaan aikaan suurnopeusleikkausmenetelmä, jonka pyörimisnopeus on yksikköä minuutissa ja syöttönopeus yksikköä minuutissa, vähentää leikkausvoimaa “adiabaattisen leikkausvaikutuksen” avulla, mikä vähentää leikkausvoimaa 30% verrattuna tavanomaiseen leikkausmenetelmään, jolloin vältetään tilanne, jossa ohutseinäinen terä, jonka ohuin kohta on 1,2 mm, ei altistu jännityksille ja muodonmuutoksille, jotka johtavat profiilien poikkeamiseen.

Pieni erä kokeilutuotantovaihe, pituus 1 kuukausi, tämä vaihe tulisi laittaa 10-20 kappaletta tuotteita tuotantoa varten ja keskittyä kolmeen indikaattoriin, joita seurataan, nämä kolme indikaattoria ovat “mittasuhteiden johdonmukaisuus” ja “työkalun käyttöikä” ja “työkalun käyttöikä”. "työstön tehokkuus" -tilanne, jos toimituksen läpäisyaste on suurempi tai yhtä suuri kuin 98% ja työkalun käyttöikä täyttää standardivaatimukset, kuten titaaniseoksen työstötyökalun käyttöikä on suurempi tai yhtä suuri kuin 20 per reuna standardin täyttämiseksi, niin voit tulla massatuotantoon.

Tässä vaiheessa erän vakaa tuotanto, luoda “prosessiparametrien SOP-tiedosto”, luoda “laitteiden huoltoaikataulu”, luoda “tarkastustiheysluettelo” ja suorittaa säännöllisesti Suorittaa säännöllinen prosessin tarkastelu tämän työn, sykli on kerran neljännesvuosittain, mutta myös tuotantotietojen perusteella optimoida prosessia, esimerkiksi työkalun kuluminen voidaan säätää automaattisesti kompensoimaan arvoa.