MEP выходит на передний план в производстве деталей для аэрокосмической отрасли

Введение

Производители используют токарные, фрезерные и сверлильные операции для обработки деталей на заготовках. Однако те же самые процессы могут также привести к образованию заусенцев и нежелательных острых краев на границах элемента. Эти краевые условия могут привести к поломке материала во время использования детали, могут ослабить ее структуру и могут представлять опасность для тех, кто с ней работает. Именно из-за этих негативных условий многие конечные пользователи считают заусенцы или очень острые края причинами для отказа от деталей у поставщиков.

Производители традиционно удаляют заусенцы и острые края с помощью ручных шлифовальных машин и других ручных процессов. Такие методы медленны и требуют, чтобы деталь была извлечена из станка и повторно закреплена для операций удаления заусенцев или снятия фаски. И даже при выполнении этих операций квалифицированными мастерами отсутствует необходимая последовательность процесса при переходе от детали к детали.

Эффективной альтернативой ручному удалению заусенцев является механизированное профилирование кромок (MEP). MEP устраняет неприемлемые краевые условия за счет применения специального инструмента и того же оборудования, которое обрабатывало элементы детали. Процесс MEP предлагает множество преимуществ. Это позволяет точно определить и запрограммировать конечное состояние кромки с помощью системы CAM станка, что обеспечивает максимальную повторяемость. Общее время производства детали сокращается, поскольку деталь не нужно снимать со станка и переустанавливать, а также устраняются наложения допусков и другие несоответствия, возникающие от наладки к наладке. В ответ на эту тенденцию современные производители режущего инструмента продолжают разрабатывать новые и производительные инструменты, повышающие преимущества процесса MEP.

Основные кандидаты в депутаты Европарламента

Учитывая все более жесткие требования аэрокосмической отрасли к точности и согласованности деталей, компоненты реактивных самолетов являются главными кандидатами на применение MEP.

Компоненты авиационного газотурбинного двигателя, например, обычно подразделяются на невращающиеся и вращающиеся. Для MEP невращающихся деталей двигателя, таких как барабаны и кожухи, профилирование кромок обычно состоит из стандартных инструментов для снятия фаски и обламывания кромок, применяемых на оборудовании, которое обрабатывало деталь.

Для критически важных вращающихся деталей, таких как диски вентиляторов и компрессоров, конечные пользователи предъявляют более высокие требования и требуют полного устранения дефектов поверхности. Пограничные условия обычно должны пройти лабораторное утверждение и сертификацию. Для удаления заусенцев с этих деталей производители инструментов разработали высокоточные, полностью воспроизводимые специальные инструменты MEP.

Разработка инструментов MEP

Стандартные инструменты для снятия заусенцев и профилирования, например, применяемые на невращающихся компонентах, включают твердосплавные концевые фрезы с покрытием и режущими кромками под углом 45° и 60°, а также инструменты со сменными пластинами для снятия фасок под углом 45° и 60°.

Для наиболее ответственных применений производители инструментов предоставляют инструменты, специально разработанные для профилирования кромок и удаления заусенцев непосредственно на входе или выходе отверстия. Некоторые инструменты сочетают в себе эти возможности и могут удалять заусенцы как на входе, так и на выходе.

Эти нестандартные инструменты часто имеют сложную режущую геометрию. Самые сложные конструкции имеют кромки, которые создают фаску с закругленной кромкой, которой предшествуют входной и выходной углы, спроектированные таким образом, чтобы предотвратить образование вторичных заусенцев.

Разработка специализированного инструмента выходит за рамки только режущих кромок. Исследования показали, что для профилирования заусенцев и кромок на входе в отверстие или на верхней поверхности компонента наиболее эффективно сочетание правостороннего резания с правосторонней спиралью, поскольку оно служит для удаления срезанного материала с детали. С другой стороны, для выхода заусенцев на нижней поверхности детали лучше всего подходит правосторонняя резка в сочетании с левосторонней спиралью, опять же потому, что такая конфигурация отводит стружку от детали.

Анализ других применений показал, что инструменты MEP, предназначенные для удаления заусенцев в верхней части или на входе в отверстие, обеспечивают более длительный срок службы инструмента, чем инструменты, предназначенные для удаления заусенцев в нижней части или на выходе из сквозного отверстия. Это связано с тем, что инструмент для удаления заусенцев, предназначенный для доступа через деталь к выходу отверстия, будет длиннее и меньше в диаметре, чем инструмент, предназначенный для выполнения своей работы только с одной стороны отверстия. Инструмент большей длины и меньшего диаметра более подвержен нестабильности и вибрации, которые могут отколоть или сломать твердосплавный инструмент. В результате большинство мастерских предпочитают использовать отдельные инструменты для удаления заусенцев на входной и выходной кромках отверстия, а не один инструмент, который может делать и то, и другое.

Более длинные инструменты меньшего диаметра также требуют большей осторожности при выборе параметров резания. Короткий прочный инструмент может работать быстрее без вибрации или других проблем. Геометрия и элементы детали также имеют значение. Когда условия резания стабильны, а разрезы плавные и непрерывные, можно применять более агрессивные параметры резания. С другой стороны, такие элементы деталей, как отверстия для доступа, которые прерывают траектории резания MEP, вынуждают использовать более консервативные параметры, чтобы свести к минимуму износ инструмента и предотвратить преждевременный выход из строя.

Часть текущей разработки инструментов MEP включает в себя инструменты, которые сочетают в себе обработку элемента с удалением заусенцев. Например, режущая кромка MEP будет расположена в верхней части концевой фрезы, чтобы одновременно обрабатывать диаметр отверстия и снимать заусенцы с входных кромок.

Существенные проблемы

Многие аэрокосмические материалы с точки зрения их характеристик обработки создают дополнительные проблемы, когда речь идет об удалении заусенцев и снятии фаски с их острых кромок. Например, сплавы на основе никеля, используемые в компонентах двигателя, являются прочными и плохо проводят тепло. Таким образом, режущий инструмент поглощает тепло, выделяющееся в процессе резания, что ускоряет износ инструмента.

Соответственно, при определении металлургии и геометрии инструмента производители инструментов должны найти баланс между остротой кромки и прочностью кромки. Материал подложки из твердого карбида может очень хорошо сопротивляться термическому и абразивному износу, но ему будет не хватать ударопрочности подложки с добавками кобальта или другого легирующего материала для повышения ее ударной вязкости. Точно так же остро острая режущая кромка может быть более склонна к поломке по сравнению с кромкой, имеющей заточку или другую закругляющую кромку. Производители инструментов также точно настраивают передний угол и угол наклона спирали, а также покрытия инструментов для достижения наилучших результатов при работе с конкретными материалами заготовок.

Размер инструмента

Для обработки больших отверстий и кромок производители инструментов могут проектировать инструменты любого размера, для которых поставщики могут предоставить заготовку достаточного размера. Однако на малой стороне спектра есть пределы. В настоящее время наименьший радиус, который можно отшлифовать, составляет около 0,2 мм с пропорционально меньшими углами входа и выхода.

Пользовательские инструменты MEP имеют определенные радиусы, фаски, углы и комбинации этих функций. Инструменты обычно имеют квадратные режущие кромки. Однако для профилирования элементов компонента, контуры которых ограничивают доступ к инструменту MEP с прямоугольными краями, также доступны инструменты со сферическим концом и в форме леденца. Применяемые на пятикоординатном станке, эти инструменты могут сканировать линию профиля сложной детали и создавать радиус на длинных контурных кромках.

МЭП в действии 

Чтобы добиться максимальной точности и согласованности, а также сэкономить время, затрачиваемое на перемещение детали от станка к станку, производители обычно выполняют MEP как часть фактической операции механической обработки элемента детали.

Как правило, удаление заусенцев происходит после завершения всех операций механической обработки. Программа CAM направляет инструменты MEP последовательно удалять заусенцы со всех отверстий и ломать острые кромки. Некоторые инструменты MEP можно использовать для удаления заусенцев с различных отверстий, а некоторые инструменты профилирования можно применять к трем или четырем различным местам или элементам, таким как дно отверстия, а также дно контура гребешка.

Чтобы гарантировать, что профилирование краев происходит в правильном месте и в нужном количестве, необходимо определить или измерить соответствующее отверстие или элемент до начала операции MEP. Когда допуски детали очень жесткие, положение поверхности детали хорошо определено, и в производственных измерениях может не быть необходимости. Однако, когда допуски велики, после первоначальной обработки необходимо провести измерение, чтобы определить положение кромки или элемента, подлежащего профилированию.

Кроме того, сам инструмент должен быть измерен и расположен, чтобы убедиться, что он правильно профилирует деталь. Поскольку радиусы инструмента очень малы и практически не поддаются измерению, длина инструмента указывается в программе CAM. Оператор может подтвердить длину инструмента на удалении от станка с помощью устройства предварительной настройки или на станке с помощью лазера или контактного датчика. Скорости подачи рассчитываются относительно измеренных размеров элементов детали и инструмента. Самые сложные специальные инструменты для удаления заусенцев на 100 процентов измеряются их производителем с допуском 40 микрон на профиль инструмента, включая биение.

Операцию снятия заусенцев или фасок следует рассматривать как чистовой проход, при котором основное внимание уделяется качеству. Производительность всегда важна, но, особенно в случае с аэрокосмическими компонентами стоимостью в сотни тысяч долларов, использование инструмента для максимизации производительности может иметь негативные и дорогостоящие последствия. Постоянство, надежность и отсутствие бракованных деталей имеют первостепенное значение.

Заключение

Детали с нестандартными острыми кромками и заусенцами все чаще считаются дорогим ломом. Это ярко проявляется в аэрокосмической промышленности, но это растущая тенденция в некоторых критических приложениях в медицине, энергетике и других отраслях. Производителям нужен метод удаления заусенцев на компонентах и ​​профилирования краев деталей, который был бы последовательным, документируемым и экономичным. Mechanized Edge Profiling (MEP) удовлетворяет эту потребность, поскольку заменяет ручные операции, которые, независимо от того, насколько умело они выполняются, могут быть непоследовательными от детали к детали и являются дорогостоящими с точки зрения затрат на рабочую силу, настройку и обработку деталей. Некоторые конечные пользователи уже запретили снятие заусенцев вручную, поскольку это невозможно задокументировать и сертифицировать.

Самая эффективная и рентабельная MEP представляет собой сочетание технических разработок и практического опыта. Производители инструментов, предлагающие такое комплексное решение, помогут оптимизировать производственный процесс в аэрокосмической отрасли (а также аналогичные процессы в других критически важных отраслях) и выйти на новый уровень качества и производительности.

МЭП в действии

Механизированное профилирование краев приносит пользу производителям в самых разных областях.

В одной ситуации производитель производил компонент из нержавеющей стали 303 на двухшпиндельном станке. По мере роста объема деталей и размеров партий росла и потребность в повышении производительности. Операции были несбалансированными и трудоемкими — 90 процентов обработки приходилось на главный шпиндель, требовалось ручное снятие заусенцев с нижней стороны детали, что требовало дополнительной наладки. Когда производитель применил специально разработанный твердосплавный инструмент MEP в противошпинделе станка, он позволил профилировать обе стороны отверстий под болты фланца детали одновременно. Время обработки между двумя шпинделями стало более сбалансированным, а время цикла значительно сократилось. Использование инструмента MEP также устранило необходимость в ручном удалении заусенцев, а также в дополнительной настройке и времени.

Другой случай связан с выбором между обработкой скошенной (плоской) кромки и закругленной (закругленной) кромкой. Для некоторых деталей не предъявляются особые требования к обработке кромки инструментами любого типа. Однако один производитель обнаружил, что при применении радиуса вместо фаски срок службы детали был в три раза больше, чем у детали со скошенной кромкой. Казалось бы, небольшая разница в выборе инструмента значительно повысила качество деталей.

Наконец, аэрокосмическая производственная операция на диске вентилятора TiAl-4V представляет собой пример применения инструмента для контурной обработки MEP. Производитель использовал инструмент из твердого сплава, удерживаемый в держателе с кулачковой посадкой, для обработки диска. Поверхностная обработка была плохой в случайных местах вокруг диска и радиуса паза, и проблема была непостоянной и варьировалась по серьезности и частоте. Производитель применил цельнотвердосплавную фрезу диаметром 10 мм с 10 зубьями леденцового типа с центральной режущей кромкой и правосторонней спиралью 30˚. Инструмент устранил проблемы с шероховатостью поверхности и смог обработать обе стороны диска за значительно меньшее время.

Ранее размещалось на сайте SecoTools.com.