Forschung zum CNC-Fräsprozess dünnwandiger Teile

Bereitstellung von CNC-Bearbeitungsdiensten mit umfassender Erfahrung. Die CNC-Bearbeitungstechnologie ist ein wichtiger Bestandteil der industriellen Produktion. Neben der Materialversorgung des industriellen Marktes werden die Teile- und Komponentenproduktionsmodi kontinuierlich angepasst. Im Prozess der CNC-Bearbeitung muss das Verarbeitungsquellsystem optimiert werden, um sicherzustellen, dass die Eigenschaften der Teile und Komponenten den tatsächlichen Produktionsanforderungen entsprechen.

Dünnwandige Teile bereiten beim aktuellen CNC-Fräsverfahren große Schwierigkeiten. Leichte und dünnwandige Teile erhöhen die Instabilität der Grundproduktion.

Wenn die Steifigkeit oder Festigkeit der Teile im Verarbeitungsprozess nicht berücksichtigt wird, können bei der Hochgeschwindigkeitsrotation des Schneidprozesses aufgrund ungleichmäßiger Kräfte sehr leicht Verformungsprobleme auftreten, was zu Präzisionsfehlern bei der Herstellung und Verarbeitung der Teile führt, was wiederum zu Oberflächenunebenheiten oder Gratabschrägungsproblemen führt und die Lücke zwischen Teiledesign und Teileproduktion erheblich vergrößert.

Im weiteren Verlauf des Anpassungsprozesses der Verarbeitung muss der CNC-Bearbeitungsprozess dünnwandiger Teile schrittweise angepasst werden. Durch technisches Design und Planung kann die Produktionsgenauigkeit dünnwandiger Teile schrittweise verbessert werden.

Eine wichtige Referenzfunktion kommt dabei der Analyse der Problemursachen bei der Bearbeitung dünnwandiger Teile und der Ergreifung entsprechender gezielter Maßnahmen zur Reduzierung von Verformungen bei der Bearbeitung dünnwandiger Teile, zur Verbesserung der Qualität der Werkstückbearbeitung und zur Verkürzung der Bearbeitungszeit zu.

Die aktuelle Situation bei dünnwandigen Teilen

Dünnwandige Teile werden in verschiedenen Bereichen der industriellen Entwicklung häufig verwendet. Aufgrund der komplexen inneren Struktur der Teile können bei der CNC-Fräsbearbeitung jedoch leicht verschiedene Probleme auftreten. Dies behindert nicht nur die Entwicklung der gesamten Branche für die Bearbeitung dünnwandiger Teile, sondern begrenzt auch die Entwicklung anderer Bereiche, in denen dünnwandige Teile verwendet werden.

Beispielsweise werden in der heutigen Luft- und Raumfahrtindustrie für die Anwendung dünnwandiger Teile hohe Anforderungen gestellt. Daher muss der Reife, Entwicklung und weiteren Verbesserung der CNC-Fräsverarbeitungstechnologie Aufmerksamkeit gewidmet werden, um den Anforderungen der Zeit gerecht zu werden.

Integralstrukturteile aus Aluminiumlegierungen sind dünnwandig, leicht, hochfest und stark korrosionsbeständig. Aufgrund dieser Vorteile können sie den höheren Anforderungen an Teile im Hochgeschwindigkeits- und Hochleistungsbetrieb von Flugzeugen gerecht werden. Aus diesem Grund sind dünnwandige Teile nach und nach in der Luft- und Raumfahrt aufgetaucht und werden immer häufiger verwendet.

Für die Bearbeitung, Handhabung und Herstellung dünnwandiger Teile wird in dieser Phase im Allgemeinen die CNC-Fräsbearbeitungstechnologie eingesetzt.

Aufgrund der komplexen Struktur dünnwandiger Teile ist die Steifigkeit jedoch relativ gering, was dazu führt, dass sich dünnwandige Teile bei der CNC-Fräsbearbeitung leicht verformen und eine Reihe von Problemen auftreten, wie z. B. eine ungleichmäßige Dicke der dünnen Wand, eine ungeeignete Größe usw., die größer oder kleiner als das erwartete Ziel ist, sodass die Gesamtqualität dünnwandiger Teile abnimmt und die Gesamtgenauigkeit nicht den Anforderungen der Luft- und Raumfahrt entspricht.
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Um heute die Genauigkeit der CNC-Fräsverfahren, die allgemeine Verarbeitungsanlage setzt bei der Endbearbeitung dünnwandiger Teile auf Feinbearbeitung und führt dann mehrere leichte Schnitte ohne Vorschub durch. Dadurch kann zwar die Qualität dünnwandiger Teile verbessert werden, aber der Verbrauch steigt, es entsteht Zeitverschwendung und die Produktivität sinkt.

Darüber hinaus kann es leicht dazu kommen, dass die bearbeitete Oberfläche dünnwandiger Teile aufgrund von feiner Schlackerückständen in der Mitte des Werkzeugspalts uneben wird.

Um die Verarbeitungsschwierigkeiten zu lösen, mit denen die Fabrik derzeit konfrontiert ist, und die Verformung dünnwandiger Teile während des CNC-Fräsens zu verhindern, hat sich die Herstellung hochwertiger und hocheffizienter dünnwandiger Teile zur Hauptforschungsrichtung entwickelt.

Probleme und Ursachen beim CNC-Fräsbearbeitungsprozess dünnwandiger Teile

1. Verbindungsprobleme bei der CNC-Fräsbearbeitung dünnwandiger Teile

Beim CNC-Fräsprozess dünnwandiger Teile wird im Allgemeinen eine Feinbearbeitung angewendet, um qualitativ hochwertige dünnwandige Teile zu erhalten.

Aufgrund der relativ fragilen Struktur der dünnwandigen Teile selbst ist es zur Herstellung hochpräziser, qualitativ hochwertiger Teile erforderlich, die innere Struktur zu analysieren und die Schnittkraft bzw. den Werkzeugauswahlprozess festzulegen, um sicherzustellen, dass der Manipulationsprozess keine Auswirkungen auf die Teile selbst hat.

Bei diesem Vorgang kann es zu einer relativ hohen Fehler- bzw. Bruchrate kommen. So kann es beispielsweise bei der Konstruktion der Schnittkraftparameter zu Abweichungen von den angegebenen Parametern bei der tatsächlichen Herstellung und Verarbeitung dünnwandiger Teile kommen, sodass die Schnittrate die Tragfähigkeit der äußeren Oberflächenschicht des dünnwandigen Teils übersteigt, was zu einer Verformung der dünnwandigen Teile führt.

Gleichzeitig kann es bei der Herstellung von Fräswerkzeugen aufgrund der langen Verarbeitungszeit zu Überhitzungsproblemen kommen. Die thermische Belastbarkeit der Außenoberfläche dünnwandiger Teile ist relativ gering und die thermische Belastungsgrenze liegt über der Belastbarkeitsgrenze der Klinge bzw. dünnwandiger Teile. Daher kann es sehr leicht zu thermischen Verformungen kommen.

Im späteren Verarbeitungs- und Anpassungsprozess sollten die Probleme bei der CNC-Fräsverarbeitung eingehend analysiert und in Kombination mit dem Betriebsprozess die Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren für dünnwandige Teile verbessert werden.

2. Gründe für Probleme beim CNC-Fräsen dünnwandiger Teile

Aufgrund der Komplexität der inneren Struktur dünnwandiger Teile können bei der Verarbeitung leicht verschiedene Probleme auftreten. Beim CNC-Fräsen dünnwandiger Teile können relativ viele Probleme auftreten. Der Hauptgrund dafür sind Unterschiede zwischen dem Bearbeitungsprozess und der Lagerleistung der Teile selbst, die zu Brüchen oder Mikroverformungen während der Herstellung der Teile führen.

Aus Sicht der Teilefertigung können bei der Anwendung technischer Verfahren folgende Probleme auftreten:

(1) Probleme mit der Schnittwärme. Durch Hochgeschwindigkeits-Rotationswerkzeuge oder Schneidwerkzeuge usw. werden thermische Werte erzeugt, die sich auf das innere Material oder die Struktur dünnwandiger Teile auswirken, was wiederum zu Verformungsproblemen führt. Dünnwandige Teile haben eine spezielle Materialstruktur und -form, sodass dünnwandige Teile aufgrund der Einwirkung der Verarbeitungswärme eine entsprechende Verformung erfahren.

(2) Spannungsbelastungsproblem. Verschleiß des Werkzeugs über einen längeren Zeitraum kann die Oberfläche dünnwandiger Teile beschädigen. Fräswerkzeuge sind Produkte, die ständig verbraucht werden. Bei langem Betrieb kann die innere Struktur brechen. Sobald die Werkzeugoberfläche reißt, sind die Auswirkungen auf die Teile verheerend.

(3) Betriebsprobleme. Beim Spannen dünnwandiger Teile führt ein nicht standardisierter Vorgang zur Verformung der Teile. Bei dünnwandigen Teilen mit dünnem Innenmaterial und hoher Zerbrechlichkeit tritt das Verformungsproblem auf, wenn der Spannvorgang der Vorrichtung nicht den physikalischen Eigenschaften der Teile selbst entspricht.

(4) Problem mit unsachgemäßer Werkzeugabsenkmethode. Eine falsche Werkzeugabsenkmethode oder Parametereinstellung führt zur Verformung der Teile. Ein Fehler bei der Werkzeugabsenkung führt zur Zerstörung der dünnwandigen Teile.

Wenn sich beispielsweise im Produktionsprozess die untere Schneide am Ende der Teile befindet, können aufgrund der Geschwindigkeit oder der umgekehrten Reihenfolge der Schneideverfahren sehr leicht Qualitätsfehler auftreten und die Teile nicht die erforderliche Qualität aufweisen.

Anwendung des CNC-Fräsbearbeitungsverfahrens für dünnwandige Teile

1. Prozess basierend auf mechanischen Eigenschaften von Teilen

Zu den Einflussfaktoren der Teileverarbeitung zählen der mechanische Steifigkeitskoeffizient, der geometrische Genauigkeitskoeffizient, der Werkzeugvibrationskoeffizient, der Werkzeugverschleißkoeffizient, der thermische Verformungskoeffizient des Werkstücks usw.

Bei der CNC-Fräsbearbeitung dünnwandiger Teile muss vor allem der thermische Einfluss berücksichtigt werden, den das Werkzeug auf die Teilebearbeitung haben kann.

Gleichzeitig können die mechanischen Eigenschaften des Werkzeugs beim Schneidvorgang auch zum Rückprallphänomen der Teile führen, was wiederum das Problem des Durchdrehens des Werkzeugs auslöst und die Genauigkeit der Teilebearbeitung verringert.

Im Allgemeinen entspricht der Elastizitätsmodul von Aluminiumlegierungen für die Luft- und Raumfahrt einem Wert von 70 bis 73 MPa. Dieser Wert ist kleiner als der Elastizitätsmodul von Stahlwerkstoffen und weist eine relativ hohe Streckgrenze auf. Bei der Verarbeitung kommt es leicht zu einer Verformung, insbesondere bei großen, dünnwandigen Teilen.

Der eigentliche Bearbeitungsprozess kann zu relativ großen Rückprallparametern beim Schneiden führen. Die Parameter sollten an unterschiedliche Arten von dünnwandigen Teilen angepasst werden. Die Parameter für die CNC-Fräsbearbeitung sollten sinnvoll eingestellt werden, um Verformungsprobleme während des Einrichtungsprozesses zu minimieren.

Gleichzeitig sollte der Bearbeitungsprozess auf der Kontrolle der Bearbeitungsverformung basieren, um die Anpassung verschiedener Schnittkraftparameter oder Spannprozesse sowie Hilfsgeräte für die Bearbeitung zu erreichen. Während der Spannzeit sollten die Parameter entsprechend der Schnittmenge definiert werden. Wenn die Schnittmenge groß ist, ist es notwendig, Schruppprozessideen einzuführen, die Schnittmenge Ebene für Ebene zu reduzieren, um die Bearbeitung zu reduzieren und den entsprechenden Betriebsspielraum für den späteren Endbearbeitungsprozess zu reservieren.

Nach Abschluss der Grobbearbeitung müssen die dünnwandigen Teile einer Wärmebehandlung unterzogen werden, um die Restspannungen im Inneren der Teile vollständig zu beseitigen und so für die spätere Endbearbeitung einen grundlegenden Schutz zu gewährleisten.

2. Prozessablauf basierend auf Produktionswerkzeugen und Bearbeitungsreihenfolge

Beim CNC-Schneiden dünnwandiger Teile besteht ein hoher Zusammenhang zwischen Werkzeugauswahl, Elastizitäts- und Plastizitätsänderungen im Werkzeugherstellungsprozess sowie den Teilematerialien.

Wenn Sie die durch die Reibung zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Material selbst erzeugte Wärme reduzieren möchten, müssen Sie die im Produktionsprozess möglicherweise auftretenden thermischen Verformungsprobleme entsprechend der Bearbeitung verschiedener Teile des Werkstücks oder der Kraftsituation analysieren und dann mit den tatsächlichen Produktionsindikatoren kombinieren, um die im aktuellen Prozess möglicherweise vorhandene Restspannung so weit wie möglich in einem angemessenen Bereich zu halten.

Wenn Sie beispielsweise dünnwandige Teile aus Aluminiumlegierungen verarbeiten, muss die Eigenspannung in der Dicke im Allgemeinen auf 0.1 mm begrenzt werden. Überschreitet die Dicke diesen Grenzwert, können die Eigenspannungen in den Teilen nicht vollständig ausgeschlossen werden und es können bei späterer Einwirkung äußerer Kräfte sehr leicht Verformungsprobleme auftreten.

Gleichzeitig müssen Sie bei der Teilebearbeitung gemäß den Anforderungen des Endbearbeitungsprozesses die Dicke der Teile stufenweise reduzieren. Wenn die Dicke der Teile um mehr als 2 mm reduziert wird, muss die Auswirkung der Eigenspannung im Schneidprozess der Teilebearbeitung analysiert werden.

Darüber hinaus kann die Restspannung der Teile selbst beim Werkzeugwandern des CNC-Fräswerkzeugs auch die Genauigkeit des Werkzeugwanderns beeinträchtigen oder beim Schneidvorgang zu einem polythermischen Phänomen führen, sodass beim Ausführen des CNC-Fräsvorgangs mehr Unterschiede zwischen den Prozessproblemen auftreten und sogar die Bearbeitungsgenauigkeit verringert werden kann.

Im eigentlichen Bearbeitungsvorgang müssen die Unterschiede, die im CNC-Fräsprozess vorhanden sein können, analysiert werden. Dann müssen für unterschiedliche Schnittmengen oder Werkzeuge und Spannungszustände der Teile die entsprechenden Bearbeitungsmodi ausgewählt werden, wie etwa Bearbeitungsmodus für kleine Schnitte und hierarchischer Bearbeitungsmodus usw., und zwar in Übereinstimmung mit dem Werkzeugführungsprozess, um die Stabilität der Spannungserzeugung und -beseitigung im CNC-Fräsprozess sicherzustellen.

Wenn Sie beispielsweise eine große Fläche einer Bauchplatte bearbeiten, können Sie den Vorgang des kreisförmigen Gehens eines Kreismessers Ebene für Ebene über die Bauchplatte durchführen und dann die Kraftänderungen im Bearbeitungsprozess mit dem Werkstück kombinieren. Analysieren Sie, ob dies mit der Laufruhe und Zuverlässigkeit des Bearbeitungsprozesses übereinstimmt, und verbessern Sie dann die Effizienz der Nutzung des Werkstücks.

Bei diesem Vorgang sollte das Werkzeug scharfe Stopps oder scharfe Kurven während des Vorgangs möglichst vermeiden und den Eckbereich des Bogenübergangs möglichst gut sichern, um beispielsweise durch Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit, Ein- und Ausschneidevorgänge beim Gelenkvorgang usw. den reibungslosen Schnitt zu gewährleisten.

Bei der Arbeit gemäß den normativen Prozessen sollte die Bearbeitung möglicher Verformungsprobleme mit der Bearbeitung kombiniert werden, um zu bestimmen, ob die Qualität und Effizienz des Werkstücks mit dem etablierten CNC-Fräsbearbeitungsprozess erreicht werden kann. Darüber hinaus sollten die theoretischen Grundlagen der Wartung berücksichtigt werden und durch den Prozess schrittweise die Produktionsmechanismen bestimmt werden. Dadurch sollte die Genauigkeit zwischen dem Entwurf und der tatsächlichen Produktion verbessert werden, um das Problem der Verformung bei der Herstellung von Teilen und Komponenten zu vermeiden.

3. Prozessablauf basierend auf Fräsparametern

Beim CNC-Fräsen müssen die Schnittparameter dünnwandiger Teile analysiert werden. Da die Schnittparameter die Genauigkeit dünnwandiger Teile beeinflussen, sollten die Schnittparameter beim CNC-Fräsen sorgfältig ausgewählt werden.

Beim CNC-Fräsen sind die vom Werkzeug erzeugte Schnittkraft und die vom Werkzeug erzeugte Schnittwärme, die auf die Oberfläche der dünnwandigen Teile einwirkt, relativ hoch. Um die Schnittgenauigkeit weiter zu verbessern, ist es notwendig, das Werkzeugverarbeitungsmaterial, das Teilematerial und das CNC-System anzupassen und das durch externe Einschränkungen verursachte Verarbeitungsfehlerproblem wirksam zu verhindern.

Die Dosierung beim CNC-Fräsen sollte entsprechend dem vorhandenen Verarbeitungsindex eingestellt werden. Außerdem sollte die Beziehung zwischen dem aktuellen Verarbeitungsdesign und den tatsächlichen Verarbeitungsergebnissen analysiert werden, um zu bestimmen, ob sie mit den vorab prognostizierten Benchmarks übereinstimmt. In Kombination mit Produktivität, Kosten und anderen Steuerbarkeitsfaktoren für die synchrone Antriebssteuerung muss ein Gleichgewicht zwischen dem Programmierprogramm und den Produktionsbedingungen im CNC-Bearbeitungsprozess gefunden werden. Die Werkzeugauswahl, der Bearbeitungspfad, die Schnittgeschwindigkeit und die Vorschubparameter usw. müssen weiter geklärt werden, um die Produktionseffizienz zu verbessern und die Verschleißrate beim Werkzeugbetrieb zu verringern.

Neben der Wahl der Schnittparameter ist auch das Werkstück-Spannprogramm ein wichtiger Einflussfaktor, der berücksichtigt werden muss, da es bei dünnwandigen Teilen im Bearbeitungsprozess leicht zu Verformungen kommen kann.

Beim Spannen von Werkzeugen muss das Personal die Produktionsstruktur der dünnwandigen Teile berücksichtigen, die Kraftänderungspunkte und thermischen Verformungsfaktoren im Bearbeitungsprozess des Fräswerkzeugs analysieren und mit der schwachen Position der Teile selbst kombinieren, um die Positionierungsform des Werkstücks und die Spannform zu definieren, um die durch äußere Spannungen und Verformungen im Produktionsprozess des Werkstücks verursachten Änderungen zu minimieren und so die Bearbeitungsgenauigkeit der dünnwandigen Teile zu verbessern.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dünnwandige Teile in der Luft- und Raumfahrt immer häufiger verwendet werden und immer stärker anwendbar sind. Auch die Anforderungen an die Genauigkeit der Bearbeitung dünnwandiger Teile in speziellen Arbeitsumgebungen werden immer höher. Die Durchführung von Forschungen zur Optimierung des Schneidprozesses dünnwandiger Teile hat wichtige theoretische Bedeutung und praktischen Wert.

Auf der Grundlage der Gewährleistung einer reibungslosen Verarbeitung dünnwandiger Teile wird das Verformungsphänomen beim CNC-Fräsen wissenschaftlich behandelt, wobei der Schwerpunkt auf der Anpassung der Teile liegt