Effectieve methoden om vervorming van dunwandige buisonderdelen tijdens de productie te voorkomen

 

Bij de daadwerkelijke productie is het gebruikelijk om dunwandige buisfittingen van verschillende vormen en afmetingen te verwerken, die tijdens de verwerking gevoelig zijn voor vervorming. Het onderzoeken van methoden om vervorming te voorkomen en ervoor te zorgen dat de onderdelen voldoen aan de maat- en stabiliteitseisen, is van cruciaal belang. Dunwandige componenten vormen een uitdagend probleem bij draai- en freesprocessen, voornamelijk vanwege hun lage stijfheid en sterkte. Tijdens de verwerking zijn ze zeer gevoelig voor vervorming, waardoor vorm- en maatfouten toenemen, waardoor het moeilijk wordt om een ​​consistente onderdeelkwaliteit te garanderen.

 

 

I Belangrijkste factoren die de precisie van dunwandige buiswerkstukken beïnvloeden

 

1. Gevoeligheid voor vervorming als gevolg van kracht

Dunwandige werkstukken zijn zeer gevoelig voor vervorming onder klemkrachten, wat zowel hun maat- als vormnauwkeurigheid beïnvloedt. Wanneer u bijvoorbeeld een drieklauwplaat gebruikt om de buitendiameter vast te klemmen tijdens het bewerken van de binnendiameter, kan de buitendiameter door de klemkracht enigszins vervormen tot een driehoekige vorm. Hoewel er een cilindrisch gat ontstaat, herstelt de buitendiameter bij het loslaten van de spankop naar zijn cilindrische vorm, terwijl het binnengat boogvormig of driehoekig wordt.

 

2. Door hitte veroorzaakte vervorming

Snijwarmte kan thermische vervorming van het werkstuk veroorzaken, waardoor het moeilijk wordt de afmetingen ervan te controleren. Dunwandige metalen componenten, vooral die met hoge lineaire uitzettingscoëfficiënten, zijn bijzonder gevoelig voor thermische vervorming veroorzaakt door snijwarmte, wat hun maatnauwkeurigheid aanzienlijk beïnvloedt.

 

3. Door trillingen veroorzaakte vervorming

Onder snijkrachten kunnen radiale componenten ervoor zorgen dat het werkstuk buigt. Als het buitenoppervlak van het werkstuk kenmerken zoals groeven of inkepingen heeft, kan het snijgereedschap ongelijkmatige krachten ondervinden, wat tot trillingen kan leiden. Deze trillingen kunnen een negatieve invloed hebben op de maat-, vorm- en positionele nauwkeurigheid van het werkstuk, evenals op de oppervlakteruwheid.

 

 

II Methoden om vervorming van dunwandige onderdelen te verminderen en te voorkomen

 

1. Gebruik van axiale kleminrichtingen

Bij het draaien en frezen van dunwandige werkstukken is het raadzaam om axiale klemming te gebruiken in plaats van radiale klemming. De axiale klemmethode, waarbij gebruik wordt gemaakt van een axiale klemhuls (schroefdraadhuls), zorgt ervoor dat de klemkrachten langs de as van het werkstuk worden verdeeld. Omdat de axiale stijfheid van het werkstuk hoger is, verkleint deze methode de kans op vervorming.

 

2. Vergroot het klemcontactoppervlak

Het gebruik van spleethulzen of speciaal ontworpen zachte kaken vergroot het contactoppervlak, waardoor de klemkracht gelijkmatig over het werkstuk wordt verdeeld. Dit vermindert de kans op plaatselijke vervorming tijdens het klemmen.

 

3. Optimalisatie van de snijgereedschapgeometrie en snijparameters

Om de snijkrachten en hitte te minimaliseren, is het essentieel om de geometrie van de snijgereedschappen en snijparameters zorgvuldig te selecteren. Lagere snijkrachten en hitte verminderen de kans op vervorming.

 

4. Adequate toepassing van snijvloeistoffen

Bij het snijden ontstaat warmte, die vooral in de spanen en het snijgereedschap geconcentreerd is. Snijvloeistoffen spelen een cruciale rol bij het koelen, smeren, verwijderen van spanen en het voorkomen van roest. Door het adequaat aanbrengen van snijvloeistoffen kan de snijtemperatuur worden verlaagd, waardoor thermische vervorming van het werkstuk wordt voorkomen.

 

5. Procesribben toevoegen

Sommige dunwandige werkstukken zijn voorzien van speciaal ontworpen procesribben op de klempunten om de stijfheid te vergroten. Op deze ribben wordt de klemkracht uitgeoefend, waardoor vervorming wordt verminderd. Na de bewerking kunnen de procesribben worden verwijderd.

 

 

III Casestudy: toepassing van axiale krachten bij het draaien en frezen van dunwandige werkstukken

 

1. Analyse van de moeilijkheidsgraad van dunwandige werkstukken

Het materiaal bij uitstek is hard aluminium 2A12T4 en er wordt een hol cilindrisch ruw materiaal gebruikt. De interne holte moet aan vier zijden worden gefreesd en de buitenmuur heeft vier grote gaten (Φ26 mm), evenals enkele montagegerelateerde schroefgaten en draadgaten. De maximale buitendiameter is 180 mm ±0,05 mm en de minimale wanddikte is 3 mm. De vervorming van de ronding mag niet groter zijn dan 0,15 mm. Naast de inherente vervormingsuitdagingen van dunwandige onderdelen, vereist dit werkstuk ook de bewerking van vier interne zijden en gaten in de buitendiameter, wat leidt tot ongelijkmatige en asymmetrische wanddiktes die de vervorming vergroten. Nauwkeurige positionering is vereist om de nauwkeurigheid van de interne en externe kenmerken te garanderen.

 

▲ dunwandig onderdelen

 

2. Procestraject vóór verbetering

1). Draai de binnendiameter, draai de buitendiameter ruw met behulp van een drieklauwplaat en laat aan beide zijden een ruimte van 1 mm over voor de binnen- en buitendiameter.

2). Gebruik een bewerkingscentrum om de interne holte grofweg te frezen met een speling van 1 mm aan elke kant, en lijn de interne vlakken uit om vier grote gaten van Φ26 ruw te frezen met een speling van 2 mm.

3). Stressverlichtende behandeling.

4). Voer op de draaibank secundair ruw frezen uit van de binnenste trede met een marge van 0,5 mm aan elke kant, en de buitendiameter met een marge van 0,5 mm.

5). Gebruik het bewerkingscentrum om de interne holte secundair ruw te frezen met een speling van 0,5 mm.

6). Stressverlichtende behandeling.

7). Op de draaibank maakt u de twee eindvlakken vlak op maat, voert u een semi-nabewerking van de binnendiameter uit en voltooit u de draai tot de uiteindelijke maat.

8). Gebruik het bewerkingscentrum om de interne holte op maat te frezen.

9). Draai op de draaibank de buitendiameter op maat.

10). Frees alle buitenste gaten en onderdelen op het bewerkingscentrum af.

 

3. Problemen met het pre-verbeteringsproces

1). De armatuur die werd gebruikt voor het voor- en nafrezen van de interne holte was een armatuur met spleetmof, vastgeklemd met een drieklauwplaat. Deze opstelling veroorzaakt een radiale kracht op het werkstuk, wat resulteert in vervorming als gevolg van de lage stijfheid van dunwandige componenten. Het werkstuk heeft tijdens de bewerking de neiging te vervormen tot een driehoekige vorm. Tijdens het voorfrezen werd de klemkracht aangepast om de spanning weg te nemen, maar dit zorgde ervoor dat het werkstuk instabiel werd, wat leidde tot beweging of kanteling tijdens de bewerking. Het gereedschapspad moest worden vertraagd, waardoor de productiecycli werden verlengd.

 

2). Voor inwendig draaien werden gespecialiseerde zachte koperen kaken gebruikt voor het vastklemmen van de buitendiameter om de binnendiameter te draaien, maar er trad nog steeds vervorming op bij het vastklemmen en loslaten van het werkstuk, vanwege de neiging van het werkstuk om snijwarmte te absorberen en interne spanning vrij te geven. De interne en externe diameters zouden verschuiven zodra het werkstuk werd verwijderd, waardoor het moeilijk werd om de vervorming onder controle te houden.

 

3). Voor het afwerken van de buitenste gaten en groeven werd gebruik gemaakt van een tweepuntssteun, waarbij de klemkracht werd geleverd door bouten. De dunne wand en de lage stijfheid veroorzaakten echter trillingen, vooral tijdens het boren, wat de precisie beïnvloedde.

 

4. Analyse van de processtroom na verbetering

1) Gebruik een drieklauwplaat op de draaibank om de binnendiameter omgekeerd vast te klemmen, voer ruw draaien uit op de buitendiameter en klem vervolgens de buitendiameter opnieuw vast om de binnendiameter ruw te draaien.

2) Gebruik een bewerkingscentrum om het vierkant van de interne holte ruw te frezen en frees vier grote gaten met een speling van 1 mm aan elke kant.

3) Voer een stressverlichtende behandeling uit.

4) Gebruik de draaibank om beide eindvlakken plat te maken, laat een ruimte van 0,5 mm over op de buitendiameter en maak de binnendiameter semi-af.

5) Voer een stressverlichtende behandeling uit.

6). Gebruik de draaibank om beide kopse kanten en de binnendiameter af te werken tot de uiteindelijke maat.

7) Gebruik het bewerkingscentrum om de vorm van de interne holte nauwkeurig te frezen.

8) Draai op de draaibank de buitendiameter af om aan de rondheids- en maatvereisten te voldoen.

9) Gebruik het bewerkingscentrum om alle uiterlijke kenmerken nauwkeurig te frezen.

 

5. Belangrijkste verwerkingsmethoden en bereikte resultaten na verbetering

 

1) Ruw frezen van interne holte

Het proces van het voorbewerken van de interne holte verschilt niet van de pre-verbeteringsmethode. Een spanhulsbevestiging wordt gebruikt om de buitendiameter vast te klemmen, terwijl een drieklauwplaat de bevestiging vasthoudt om de interne vierkante elementen te frezen. Voor het ruw frezen van de externe gaten wordt een speciale grote zachte kaak gebruikt om het rechteruiteinde van de buitendiameter van het werkstuk vast te klemmen, zodat dit wordt uitgelijnd met de interne vierkante vorm aan de linkerkant. Tijdens het nauwkeurig frezen van de interne holte wordt het volgende armatuurontwerp (Figuur 2 en Figuur 3) gebruikt:

 

▲ precisiefrezen van het armatuur

 

▲ precisiefrezen

 

Opmerking:

1. Spiraalkap– De spiraalvormige dop wordt in het lichtblauwe deel aan de bovenkant van de armatuur geschroefd, waardoor het bovenste deel van het werkstuk wordt vastgezet en samengedrukt. De diameter van het doorgaande gat van de spiraalvormige kap is 2 mm groter dan de interne diameter van het werkstuk, met een wanddikte van het werkstuk van 3 mm, waardoor een drukcontactoppervlak van 2 mm breed ontstaat. Dit ontwerp interfereert niet met het vermogen van het snijgereedschap om de interne holte van het werkstuk vorm te geven.

 

2. Bovenste steunring– De blauwe buitenwand van de steunring is uitgelijnd met het bovenste blauwe gedeelte van het armatuur, terwijl de binnenwand past bij de buitendiameter van het werkstuk. Dit voorkomt beweging in alle richtingen (links, rechts, voor, achter) van het bovenste uiteinde van het werkstuk en zorgt voor een nauwkeurige positionering, waardoor wordt gegarandeerd dat het rotatiecentrum van het werkstuk consistent blijft bij elke opstelling.

 

3. Werkstuk– Het te bewerken werkstuk.

 

4. Armatuurlichaam(Figuur 3) – Het onderste binneneinde van het armatuurlichaam is voorzien van een 15 mm diepe getrapte cirkelvormige groef die past bij de onderste buitendiameter van het werkstuk. Het centrale paarse gedeelte is gemaakt van zwart rubbermateriaal dat past in de opening tussen de armatuur en de buitenwand van het onderdeel om trillingen en klapperen tijdens de bewerking te voorkomen.

 

5. Klein stopblok– Dit onderdeel is het belangrijkste kenmerk van het armatuur. Het grijpt in de externe groefgaten van het armatuurlichaam, waarbij het uitstekende deel de binnenwand van de Φ26-cirkel van het werkstuk raakt. Dit blokkeert zowel het werkstuk als beperkt de rotatie met de klok mee. Het stopblok speelt ook een cruciale rol bij het uitlijnen. Omdat het gereedschap met de klok mee draait, wordt het werkstuk onderworpen aan een kracht met de klok mee, die het aanslagblok tegengaat. Het schroefgat en het schroefdraadgat van het armatuurlichaam zorgen ervoor dat het stopblok stevig vastzit, waardoor trillingen of verplaatsing tijdens de verwerking worden voorkomen. De interactie tussen het kleine stopblok en de binnenwand van de Φ26-cirkel van het werkstuk wordt getoond in Figuur 4.

 

▲ interactie

 

Bereikt effect:

 

Deze bevestiging vereist slechts een minimale axiale klemkracht van de spiraalvormige kap om alle zes vrijheidsgraden van het werkstuk volledig te beperken. Dit zorgt ervoor dat het werkstuk niet wordt vervormd door radiale krachten. Bovendien helpt het kleine stopblok zelf bij het positioneren en uitlijnen, en speelt het een cruciale rol bij het voorkomen dat het werkstuk gaat roteren. Het werkstuk is stevig in de armatuur gepositioneerd, met een steunring voor stabiliteit, rubbermateriaal in het midden voor trillingsdemping en een 15 mm diepe getrapte cirkelvormige groef aan de onderkant voor positionering. De stijfheid van het systeem is verbeterd, wat aanzienlijk hogere snijparameters mogelijk maakt, waardoor de algehele productie-efficiëntie verbetert. Vóór de verbetering duurde dit proces 30 minuten; na de verbetering is de verwerkingstijd teruggebracht tot 15 minuten. Bovendien kan dit armatuur ook worden gebruikt tijdens het nauwkeurig draaien van de interne holte, waardoor de totale productiekosten worden verlaagd.

 

2) Ruw en afgewerkt draaien van de binnenholte

Het armatuur dat is ontworpen voor het voor- en nadraaien van de binnenholte volgt hetzelfde principe als het precisiefrezen van de binnenholte. Het kleine stopblok dient echter alleen om de rotatie van het werkstuk te beperken, zoals weergegeven in Figuur 5.

 

▲ Ruw- en afwerkingsdraaien van de binnenholte

 

Het werkstuk wordt axiaal geklemd door de spiraalkap, waardoor vervorming door klemkrachten wordt voorkomen. Bij het draaien van het binnengat blijft het werkstuk vrijwel volledig vrij, waardoor het bewerkte gat voldoet aan de vereiste technische specificaties. Vóór de verbetering moest de klemkracht worden geminimaliseerd om de radiale klemkracht te verminderen en vervorming te voorkomen, wat ook de snijparameters verminderde. Na de verbetering hoeft u zich geen zorgen meer te maken over klemvervorming, waardoor hogere snijparameters en een grotere productie-efficiëntie mogelijk zijn. De procestijd werd teruggebracht van 35 minuten naar 25 minuten.

 

3) Precisiefrezen van gaten in de buitenmuur

 

▲ Precisie frezen

 

Het armatuur voor het nauwkeurig frezen van de gaten in de buitenmuur wordt getoond in Figuur 6. Het ontwerp van het armatuur concentreert zich op het hoofdgedeelte van het armatuur uiterst rechts:

 

Armatuurontwerp: het armatuurlichaam is vastgezet en uitgelijnd op de vierassige draaitafel. Voorbewerkte basisgaten en invoersleuven voorkomen interferentie van het gereedschap tijdens de bewerking. Het lichtpaarse gedeelte van het armatuur is uitgelijnd met het rechter interne gat van het werkstuk, terwijl de linkerkant past in de interne vierkante vorm van het werkstuk, waardoor uitlijning wordt verkregen en rotatie wordt voorkomen. Na het installeren van de boven- en spiraalkappen positioneert de armatuur het werkstuk veilig, waardoor herpositionering niet meer nodig is. De opspanning zorgt voor een speling van ongeveer 0,03 mm tussen de opspanning en het werkstuk om rekening te houden met lichte vervorming van het werkstuk en om gemakkelijke verwijdering te garanderen.

 

Effect: Tijdens de bewerking blijft het werkstuk stabiel en zijn er geen ongewenste trillingen, waardoor hogere snijparameters en verbeterde precisie mogelijk zijn. Vergeleken met de vorige opspanning vermindert dit ontwerp de insteltijd aanzienlijk, waardoor de systeemstijfheid wordt verbeterd en ervoor wordt gezorgd dat het werkstuk tijdens de verwerking stabiel blijft. Hierdoor is de totale bewerkingstijd teruggebracht van 55 minuten naar 35 minuten.