Wie bearbeitet man dünnwandige Teile?

Dünnwandige Teile werden aufgrund ihrer leichten und kompakten Struktur häufig in der Luft- und Raumfahrt, in der nationalen Verteidigungswissenschaft und -technologie, in der Kernkraftausrüstung, im Automobilbau und in anderen Bereichen eingesetzt, beispielsweise im gesamten Abstandshalterrahmen, in den gesamten Flügelrippen und in der gesamten Wandplatte und die Turbinenschaufeln von Flugtriebwerken und andere dünnwandige Nicht-Allzweckteile, deren Bearbeitung größtenteils auf dem Fräsverfahren basiert.

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Fertigungstechnologie zur Förderung dünnwandiger Teile verbessern sich die Bearbeitungseffizienz und die Bearbeitungsgenauigkeit weiter. Aufgrund der hohen Abtragsrate bei der Bearbeitung dünnwandiger Teile nimmt die Steifigkeit des Werkstücks beim Formen ab, während beim Fräsvorgang das Werkstück durch die Fräskraft anfällig für große Bearbeitungsverformungen ist und im Messer nach der Verformung eine elastische Erholung auftritt Dann kommt es zum Messerphänomen, so dass die tatsächliche Fräsbreite nicht dem Nennwert entspricht, was zu einer Verringerung der Bearbeitungsgenauigkeit führt und selbst die Bearbeitungsqualität nur schwer gewährleistet werden kann.

Die Verformung dünnwandiger Teile im Bearbeitungsprozess ist ein wichtiger Faktor, der sich direkt auf die Bearbeitungsgenauigkeit, Bearbeitungsqualität und Produktivität des Werkstücks auswirkt.

Daher ist die Untersuchung der Vorhersage und Steuerung der Bearbeitungsverformung dünnwandiger Teile von großer praktischer Bedeutung.

Werkstückklassifizierung und Verarbeitungseigenschaften

Dünnwandige Teile beziehen sich in der Regel auf eine Wandstärke und ein axiales oder radiales Größenverhältnis von mehr als 1/10 der Teile, da in der Definition dünnwandiger Teile viele dünnwandige Teile zu nicht standardisierten Teilen gehören Das Verhältnis seiner Wanddicke und -länge variiert, aber dünnwandige Teile weisen eine geringe relative Masse, eine hohe spezifische Festigkeit, strukturelle Komplexität und Steifigkeit sowie andere schwache Eigenschaften auf.

1. Klassifizierung dünnwandiger Teile

Dünnwandige Teile können nach Form, Material und Struktur unterteilt werden. Die Form kann in Kreisform, Schalenform und flache Platte unterteilt werden; Das Material kann in Aluminiumlegierung, Titanlegierung und Verbundwerkstoffe usw. unterteilt werden. Entsprechend der Struktur kann in die Rahmenklasse, die gesamte Wandplatte, Balken und gekrümmte Oberflächen unterteilt werden. Aufgrund seiner Struktur weisen dünnwandige Teile unterschiedliche Eigenschaften auf.

(1) Rahmenklassenteile. Als typischer Teil der Rumpfstruktur von Luft- und Raumfahrzeugen ist es die Hauptspannungskomponente der Querstruktur des Rumpfes, bildet aber auch die radiale Ausrichtung der Hauptstrukturkomponenten des Rumpfes und gewährleistet diese. Wie in Abbildung 1 dargestellt, besteht seine Struktur aus den äußeren und inneren Rahmenflächen des Werkstücks sowie dem Steg der Verstärkungsstruktur. Kurz gesagt besteht die Rahmenstruktur aus dem Steg und seine Wandstärke liegt zwischen 1.5 und 2.0 mm. Die Verbindungsteile der Rahmenteile werden im Allgemeinen mit Nuten oder mit der Ebene kombiniert, die Dicke des Stegs ist jedoch bei denselben Rahmenteilen nicht gleich.

Abb.1 Dünnwandige Rahmenteile

(2) Wandplatte der Integralklasse. Durch die Rippe, den Randstreifen der Hautlasche und andere Strukturkomponenten werden in der Luft- und Raumfahrt lasttragende dünnwandige Teile häufiger verwendet, z. B. Flügel, Leitwerke, Rumpflängsstruktur usw., wie in Abbildung 2 dargestellt. Integrale Wandplatte und die Herkömmliche Niet- oder Schraubverbindungen bieten im Vergleich die Vorteile einer Reduzierung der Teileanzahl, einer Reduzierung des Montageprozesses, einer Verbesserung der Glätte der Oberfläche und der Ermüdungsbeständigkeit der Teile. Der Nachteil besteht darin, dass die Gesamtgröße des Querschnitts mit einem größeren Größenverhältnis die relative Steifigkeit schlechter macht und anfällig für Bearbeitungsverformungen ist.

(3) Balkenteile. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Luft- und Raumfahrtleistung erfordern Trägerteile nicht nur eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, sondern verringern auch die Qualität. Um ihre Leistungsanforderungen zu erfüllen, ist der Rahmen je nach Querschnittsform komplexer und kann in I-Form unterteilt werden , U-förmiger und noch komplexer geformter Querschnitt usw., wie in Abbildung 3 für typische Balkenteile dargestellt.

Abb.2 Integrale Panel-Patches

Abb.3 Balkenteile

(4) Komplexe Oberflächenteile. Diese Art von Teilen weist hohe Anforderungen an die Form, Struktur und Komplexität der Bearbeitungsgenauigkeit auf. Mit der kontinuierlichen Entwicklung von Luft- und Raumfahrtfahrzeugen werden immer mehr Teile mit gekrümmter Oberfläche verwendet, und die repräsentativsten wie Laufräder und Schaufeln sind eine wichtiger Teil des Flugtriebwerks, wie in Abbildung 4 dargestellt.

(5) Dünnwandige Wellenteile bestehen aus zu dünnen Materialien und reagieren sehr empfindlich auf Temperaturschwankungen und äußere Einflüsse.

2. Bearbeitungseigenschaften

Aufgrund der Besonderheit der Struktur und Form der dünnwandigen Teile bestimmt es die Einzigartigkeit seiner Verarbeitungseigenschaften, hauptsächlich durch die folgenden drei Punkte:

(1) STRUKTURELL: Im Fräsprozess wird mit der kontinuierlichen Verdünnung der Wandstärke der Teile die relative Steifigkeit immer geringer, es kommt zu Schnittvibrationen und Verformungen und die Stabilität der Verarbeitung und Verarbeitungsqualität kann nicht gewährleistet werden.

(2) FUNKTIONAL: Die Bearbeitung dünnwandiger Teile gewährleistet nicht nur eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit, sondern erfordert auch ein hohes Maß an Montagegenauigkeit an den Verbindungen und anderen Teilen, um sicherzustellen, dass die Teile eine angemessene Montageleistung aufweisen, um den Anforderungen der Verwendung gerecht zu werden.

(3) MATERIAL: Bei dünnwandigen Teilen handelt es sich meist um hochfeste Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen oder Hochtemperaturlegierungen. Unabhängig davon, ob es sich um leicht zu schneidende Materialien wie Aluminiumlegierungen oder Titanlegierungen und andere schwer zu schneidende Materialien handelt, treten Verformungsprobleme auf mehr im Vordergrund.

Daher ist die Kontrolle der Bearbeitungsverformung zu einem zentralen Thema geworden. Der herkömmliche Bearbeitungsprozess kann die Genauigkeit der Bearbeitung nicht garantieren und verwendet im Allgemeinen manuelles oder mechanisches Schleifen, um die Genauigkeitsanforderungen zu erreichen.

3. Nachteilige Auswirkungen der Bearbeitungsverformung

Dünnwandige Teile weisen normalerweise eine komplexe Struktur, ein großes Volumen und andere Eigenschaften sowie Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit auf, aber im Herstellungsprozess ist die Metallabtragsrate aufgrund der geringen Steifigkeit groß, und die Schnittkraft unter Einwirkung der Wenn das Werkstück große Verformungen erzeugt, erholt sich die elastische Verformung nach der Bearbeitung, was dazu führt, dass ein Teil des Materials nicht entfernt werden kann und manuell poliert werden muss, wodurch die Verarbeitungseffizienz stark verringert wird.

Während des Bearbeitungsprozesses ist der Unterschied in der Werkstückquerschnittsgröße und der Konturgröße groß, die Steifigkeit wird immer geringer, was nicht nur zu einer Gesamtverformung durch Biegen und Verdrehen führt, sondern auch dazu neigt, Schnittvibrationen zu verursachen, was dazu führt Eine Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität führt zu erheblichen Beeinträchtigungen der Einsatzleistung und kann sogar zum Ausschuss der Teile führen.

Um die Teile so zu bearbeiten, dass sie den Anforderungen dünnwandiger Teile entsprechen, ist es daher erforderlich, das Ausmaß der Verformung genau vorherzusagen und zu steuern.

Verformungsfaktoren

Bei dünnwandigen Teilen mit großer Größe, komplexer Struktur, geringer Steifigkeit, Materialabtragsrate usw. sind die oben genannten Eigenschaften nicht förderlich für das Fräsen. Nach einer Reihe komplexer Prozesse ist es schwierig sicherzustellen, dass keine Verformung auftritt.

Es gibt viele Faktoren, die die Verarbeitungsverformung dünnwandiger Teile beeinflussen. Daher werden die Verarbeitungsverformungsfaktoren zusammengefasst, wie in Abbildung 5 dargestellt, was einen größeren Einfluss auf die Verarbeitungsverformung dünnwandiger Teile durch Schnittkraft und Schneidwärme hat , Werkstückmaterialeigenschaften, Spannbedingungen, Eigenspannung und Werkzeugweg 5 Faktoren.

(1) Schneidkraft und Schneidwärme: Beim Fräsen entstehen aufgrund der geringen Steifigkeit der dünnwandigen Teile die durch die Verformung des Werkstücks erzeugte Fräskraft, die Extrusionsverformung, die Rückprallverformung und die Werkzeugverformung aus zwei Aspekten, wie in Abbildung 2 dargestellt Bei der Verformung ist der Trend schwer vorherzusagen, und aufgrund der Verformung der Späne, Späne und der Vorder- und Rückseite der Schneidfläche und der Oberfläche der bearbeiteten Oberfläche entsteht Reibung zwischen der Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks Unter der Oberfläche der ungleichmäßigen Verteilung der Temperatur Die innere Metallschicht behindert die Tendenz zur Volumenausdehnung der Oberflächenschicht. Diese Behinderung führt dazu, dass die Oberflächenschicht der Teile unter der Wirkung von Schnittkraft und Schnittwärme thermische Spannungen erzeugt, was zu einer Spannungsverteilung führt Das Werkstück hat einen Aufprall, der die Verformung der Teile verschlimmert und es schwierig macht, die Bearbeitungsgenauigkeit sicherzustellen.

(2) Eigenschaften des Werkstückmaterials: Bei dünnwandigen Werkstückmaterialien handelt es sich im Allgemeinen um Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen oder Hochtemperaturlegierungen. Aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls des Materials kann die spezifische Festigkeit des Materials im Verarbeitungsprozess sehr leicht zurückprallen, was zu einer Verformung führt der Teile. Bei gleichem Material wird mit zunehmender Teilegröße die Steifigkeit schlechter, und ihre strukturelle Asymmetrie führt zu einer stärkeren Verarbeitungsverformung der Teile.

(3) Spannbedingungen: Die Vorrichtung ist die Verbindungsbrücke zwischen Teilen und Werkzeugmaschinen. Die Aufgabe der Vorrichtung besteht darin, das Werkstück zu lokalisieren und zu klemmen. Bei dünnwandigen Teilen erfährt das Werkstück aufgrund seiner dünnen Wand unter Einwirkung der Spannkraft die entsprechende Bewegung elastische Verformung, die sich auf die Form der Werkstückoberfläche und die Maßhaltigkeit auswirkt. Beim Schneidvorgang können die Spannkraft und die Schneidkraft zusammenwirken, so dass die anfängliche Eigenspannung und die Verarbeitungseigenspannung umverteilt werden, was zu einer Verformung dünnwandiger Teile führt.

(4) Verbleibender Stress: Die Eigenspannung umfasst die anfängliche Eigenspannung und die Verarbeitung der Eigenspannung in 2 Kategorien. Als anfängliche Eigenspannung wird der Rohling im Herstellungsprozess durch äußere Kräfte oder ein ungleichmäßiges Temperaturfeld bezeichnet, was zu einer ungleichmäßigen elastisch-plastischen Verformung des Materials führt. Bearbeitungseigenspannungen im Bearbeitungsprozess bestehen in der Bearbeitungsfläche der Eigenspannungen. Durch die Schnittkraft und die Schnittwärme wird der anfängliche Restspannungsgleichgewichtszustand durchbrochen und das Werkstück erreicht durch die Verformung der inneren Spannungsteile wieder das Gleichgewicht.

(5) Werkzeugweg: Unterschiedliche Werkzeugwege führen dazu, dass die ursprünglichen Eigenspannungen im Werkstück in unterschiedlicher Reihenfolge gelöst werden, was zu unterschiedlichen Bearbeitungsverformungen führt. Während des Bearbeitungsprozesses wird das Material nach und nach abgetragen, das Werkstück wird immer dünner und auch die Steifigkeit wird unter der Einwirkung von Schnittkraft und Schnittwärme immer kleiner, was zu Bearbeitungseigenspannungen führt. Aufgrund unterschiedlicher Pfade führen die ursprünglichen Eigenspannungen und Verarbeitungseigenspannungen unterschiedlicher Kopplungsreihenfolge und -wirkung unter der gemeinsamen Wirkung dieser komplexen Faktoren zu unterschiedlichen Verformungen des Werkstücks.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass beim Fräsen dünnwandiger Teile aufgrund der geringen Steifigkeit dünnwandiger Teile die Fräskraft zu elastischen Verformungen und dem Auftreten des Messerphänomens neigt, was zu Reibung führt zwischen der Werkzeugfläche und der bearbeiteten Oberfläche, was nicht nur die Genauigkeit und Qualität der bearbeiteten Oberfläche beeinträchtigt, sondern auch die Lebensdauer des Werkzeugs verringert. Durch den kontinuierlichen Materialabtrag nimmt die Werkstücksteifigkeit ab, der Abbau von Eigenspannungen und die Wiederherstellung des Gleichgewichts, unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen und andere Faktoren haben großen Einfluss auf die endgültige Verformung des Werkstücks. Daher ist es wichtig, die Faktoren zu analysieren, die die Bearbeitungsverformung dünnwandiger Teile beeinflussen, um die Bearbeitungsverformung vorherzusagen und zu kontrollieren.

Verformungskontrolle

Reduzierung und Kontrolle der Verformung bei der Bearbeitung dünnwandiger Teile, hauptsächlich einschließlich Bearbeitungsprozessoptimierung, Hilfsunterstützungstechnologie, Hochgeschwindigkeitsschneidetechnologie und CNC-Kompensationstechnologie.

1. Prozessoptimierung

Die Forschung zur Optimierung der Verformung dünnwandiger Teile für den Bearbeitungsprozess erfolgt hauptsächlich unter den Aspekten Spannanordnung, Werkzeugweg und Schnittparameteroptimierung.

1.1 Optimieren Sie die Spannanordnung

Aufgrund der geringen Steifigkeit der dünnwandigen Teile selbst beeinflusst der Bearbeitungsprozess durch die Spannkraft der Vorrichtung die Form des Werkstücks und verändert sich entsprechend. Wenn der Klemmstützpunkt nicht richtig ausgewählt wird, was zu zusätzlicher Belastung führt, sind die dünnwandigen Teile offensichtlich verformt.

Beim Fräsvorgang kommt es zu einer gewissen Kopplungswirkung zwischen Fräskraft und Spannkraft, so dass die ursprüngliche Restspannung und die Bearbeitung nach der neuen Restspannung zur Erreichung des Gleichgewichts neu verteilt werden, was zu einer Verformung dünnwandiger Teile führt. Der Einfluss des Spannsystems auf die Bearbeitungsgenauigkeit dünnwandiger Teile hat große Aufmerksamkeit erregt.

Wie optimiert man die Spannanordnung?

1.1.1 Mithilfe der FEM-Methode (Finite-Elemente-Methode) zur Erstellung des verbesserten Gesamtmodells des Vorrichtungssystems, wie in Abbildung 11 dargestellt, kann die verbesserte Vorrichtung die Verformung der rahmenartigen dünnwandigen Teile erheblich reduzieren.

1.1.2 Durch dynamisches Ändern der Spannkraft während des Bearbeitungsprozesses kann die Bearbeitungsverformung angemessen reduziert werden.

1.1.3 Dünnwandige Mehrrahmenteile, basierend auf der Lagrange-Methode zur Herstellung der Vorrichtung, dargestellt in Abbildung 12. Die Reduzierung der Bearbeitungsverformung der Form des Volumens hat einen erheblichen Effekt.

1.1.4 Die Methode zum Anbringen eines unterstützenden Spannelements an der Rückseite des Werkstückkontaktbereichs zur Kontrolle der Werkstückverformung ist in Abb. 13 dargestellt, wobei sich das Spannelement während des Fräsvorgangs mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Fräser bewegt.

1.1.5 Übernehmen Sie unterschiedliche Spannprogramme, passen Sie die Anzahl der Spannelemente und die Spannreihenfolge an, um das optimale Spannprogramm zu erhalten, und verbessern Sie die Bearbeitungsgenauigkeit dünnwandiger Teile.

1.1.6 Übernehmen Sie ein flexibles Mehrpunkt-Werkzeuglayout.

Bei der Bearbeitung dünnwandiger Teile verbessert eine angemessene Spannanordnung die Bearbeitungsverformung bis zu einem gewissen Grad. Das starre Spannen beruht hauptsächlich auf Reibung, um die Positionierung des Werkstücks zu ermöglichen. Da das Werkstück und das Material des Spannsystems fest sind, ist der Reibungskoeffizient zwischen ihnen relativ sicher. Daher ist eine ausreichende Reibung erforderlich, um die Spannkraft zu erhöhen Verformung des Werkstücks verursachen;

1.1.7-Verwendung magnetorheologische Flüssigkeitstechnologie um spezielle flexible Materialien hinzuzufügen. Wenn ein Magnetfeld vorhanden ist, wandelt sich das Material sofort von flüssig in fest um, um das Material zu stützen. Diese Methode kann für dünnwandige Teile mit äußerst komplexen Formen und kleinen Größen verwendet werden, ist jedoch mit hohen Kosten verbunden und erfordert die Anschaffung spezieller Geräte und Materialien für die Verarbeitung.

1.1.8 Das Verfüllen dünnwandiger Teile mit Gips ist ein gängiges Herstellungsverfahren. Sein Prinzip besteht darin, die inneren Lücken dünnwandiger Teile mit Gips zu füllen und so die Festigkeit und Stabilität zu erhöhen. Der größte Vorteil ist, dass es günstig ist. Der Nachteil besteht darin, dass sich das Volumen des Gipses nach dem Aushärten geringfügig ausdehnt (die Ausdehnungsrate beträgt etwa 1 %). Diese Methode ist nicht geeignet, wenn hohe Genauigkeitsanforderungen erforderlich sind.

1.1.9 Für dünnwandige Flachteile werden derzeit üblicherweise folgende Verfahren in der Produktion eingesetzt:

• AB Kleber ist einfach, zuverlässig und billig, aber das Entfernen des Klebers ist mühsam und die Adsorptionskraft ist instabil.
• Vakuumkissen Eliminieren Sie die Probleme beim Entfernen von Kleber, haben Sie eine starke Adsorptionskraft und sind Sie zuverlässig.
• Gefrorene Saugnäpfe können die Probleme beim Entfernen von Kleber lösen und haben eine starke Adsorptionskraft, sind aber etwas teurer.
• Elektromagnet-Sauger

1.1.10 Für Wellenwerkstücke sind derzeit in der Fertigung üblich:

• Spezielle externe Spannwerkzeuge: Schwenkklaue usw.
• Federdornspanner: Er nutzt elastische Verformungseigenschaften, um das Werkstück automatisch von innen zu spannen.
• Internes Dehnspannfutter
• schwebender Kiefer

1.1.11 Weiche Backenspannung

• Eine besondere Art, kleine dünnwandige Teile zu spannen.

1.1.11 Flexible Halterung

1.1.13 andere spezielle Vorrichtung

Im Gegensatz zum Einsatz einer flexiblen Klemmung verbessert eine stärkere Anordnung der Stützpunkte die Ausnutzung der Klemmkraft und kann die maximale Klemmkraft verringern, wodurch die Verformung dünnwandiger Teile verringert wird.

1.2 Werkzeugweg optimieren

Der Werkzeugweg bezieht sich auf das Werkzeug vom Beginn der Bewegung des Werkzeugpunkts bis zum Ende des Bearbeitungsprogramms durch den Weg, durch den Schnittweg und die nicht schneidende Luftbewegung von 2 Teilen. Die Verformung des Werkzeugwegs des Werkstücks wird indirekt beeinflusst und steht nicht in direktem Zusammenhang und umfasst hauptsächlich zwei Aspekte:

Erstens die Eigenspannung bei der Verformung: Aufgrund der unterschiedlichen Bearbeitungswege löst die Eigenspannung im Werkstück die Reihenfolge der Unterschiede aus, was dazu führt, dass die Verformung des Werkstücks nicht gleich ist.

Der zweite ist der Einfluss der Werkstücksteifigkeit auf die Verformung: Durch den kontinuierlichen Materialabtrag nimmt die Werkstücksteifigkeit allmählich ab, und unterschiedliche Bearbeitungspfade wirken sich auf die Gesamtsteifigkeit des Werkstücks aus, was zu unterschiedlichen Verformungsergebnissen führt. Die Optimierung des Werkzeugwegs kann die Eigenspannungsverformung und die elastische Verformung des Werkstücks lösen.

Wie optimiert man den Werkzeugweg?

1.2.1 Basierend auf dem automatischen Messsystem mit einer Triggersonde wird die Bearbeitungsverformung der Klinge online in Echtzeit gemessen und ein Modell zur Kompensation des Werkzeugabweichungspfads erstellt, um eine adaptive dünnwandige Seitenfräsbearbeitungsmethode zu bilden, die Es wurde experimentell bestätigt, dass es die Verformung der Klinge reduzieren und ihre Bearbeitungsgenauigkeit verbessern kann.

1.2.2 Das Kriterium der Mindestfläche wird übernommen, um die bearbeitete Oberfläche an die Abtastpunkte anzupassen und die optimierte Positionierung der Werkzeugbahn zu realisieren. Basierend auf der differenziellen Natur der Abstandsfunktion, die die Änderungen des Bearbeitungsfehlers bei der Anpassung der Werkzeugbahn quantitativ beschreibt, wird das Problem der Werkzeugwegoptimierung zur Kompensation des Bearbeitungsverformungsfehlers auf ein gemischt-ganzzahliges lineares Programmierproblem reduziert Das Problem der gemischt-ganzzahligen linearen Programmierung wird durch die Verwendung der Verzweigungs- und Begrenzungsmethode gelöst.

Abschließend wird die Gültigkeit dieses Fehlerkompensationsmodells und -algorithmus überprüft, indem die Vorhersage vor und nach der Kompensation mit dem Fünf-Achsen-Fräsmessertest verglichen wird.

1.2.3 Basierend auf der Finite-Elemente-Methode wird ein Simulationsmodell des Fräsprozesses dünnwandiger Teile erstellt, das hauptsächlich zur Untersuchung des Einflusses der Rippenstruktur auf die Bearbeitungsverformung dünnwandiger Teile verwendet wird. Wie in Abb. 14 dargestellt, ist der Bearbeitungsprozess vom Rohling bis zum Werkstück schematisch dargestellt, da die maximale Verformung mit abnehmender Dicke des Werkstücks im Bearbeitungsprozess allmählich zunimmt. Bei der Halbfertigbearbeitung bleibt die Rippenstruktur, die Rippe, erhalten Der Abstand beträgt 20, 30, 40 und 50 mm und die Breite der Rippen beträgt 3, 4, 5 und 6 mm, was durch Simulation analysiert wird:

Wie in Abb. 15(a) gezeigt, nimmt die Verformung mit zunehmendem Rippenabstand deutlich zu; Wie in Abb. 15(b) gezeigt, hat die Vergrößerung der Rippenbreite nur geringe Auswirkungen auf die Verformung.

Derzeit besteht in Bezug auf den Werkzeugweg und die Bearbeitungssequenz Bedarf an professioneller Forschung. Der Großteil der aktuellen Forschung bezieht sich auf dünnwandige Einzelrahmenteile oder Mehrrahmenteile, die sich durch die unterschiedliche Reihenfolge des Werkzeugs im Vergleich zur Verformung unterscheiden Das Werkstück nach der Bearbeitung, um die minimale Verformung des Werkzeugwegs abzuleiten, die verwendet werden kann, um ein gewisses Maß an Bedeutung für die Führung der tatsächlichen Bearbeitung bereitzustellen.

1.3 Optimierung der Bearbeitungsparameter

Fräsgeschwindigkeit, Vorschub, Fräsbreite und Frästiefe sind die grundlegendsten Schnittparameter beim Fräsen. Diese Parameter basieren häufig auf Bearbeitungserfahrungen oder Schnitthandbüchern, sind jedoch möglicherweise nicht für komplexe Oberflächen dünnwandiger Teile geeignet.

Da die Verformung dünnwandiger Teile mit zunehmender Materialabtragsrate zunimmt, strebt man nach einer höheren Materialabtragsrate, möchte aber nicht, dass der Bearbeitungsprozess dünnwandiger Teile zu einer größeren elastischen Verformung führt. Die Optimierung der Bearbeitungsparameter kann sinnvoll sein, um die Schnittkraftbelastung zu reduzieren und an dünnwandigen Teilen die elastische Bearbeitungsverformung zu reduzieren.

Wie führt man eine Parameteroptimierung durch?

1.3.1 Basierend auf der orthogonalen Testmethode, um die wichtigen Parameter zu ermitteln, die die Bearbeitungsverformung dünnwandiger Teile beeinflussen, und die Kombination von Bearbeitungsparametern, um die Bearbeitungsverformung zu minimieren.

1.3.2 Untersuchen Sie den Einfluss verschiedener Schlichtfrässtufen und Frästiefen auf die Bearbeitungsverformung dünnwandiger Teile.

1.3.3 Simultaner Optimierungsalgorithmus basierend auf der Finite-Elemente-Methode und dem genetischen Algorithmus.

Wie in Abb. 18 dargestellt, können die optimierten Fräsparameter durch den Vergleich der Simulationsergebnisse die Verformung dünnwandiger Teile erheblich reduzieren.

1.3.4 Methode der orthogonalen Finite-Elemente-Vorteilsanalyse: Analysieren Sie die Fräsgeschwindigkeit, die Frästiefe, die Fräsbreite und den Vorschub pro Zahn auf den Grad des Einflusses der Fräsverformung und reduzieren Sie dann die Verformung dünnwandiger Teile während des Bearbeitungsprozesses als Zielfunktion, um die optimale Kombination von Fräsparametern zu erhalten.

Durch die dünnwandigen Rahmenteile zur Verifizierung und den Einsatz orthogonaler Vorteilsanalysen der optimierten Fräsparameterkombinationen wird die maximale Verformung deutlich reduziert.

1.3.5 Statische Simulation, die maximale Verformung verschiedener Mahlparameter als Probe, durch den genetischen Algorithmus zur Mahlparameteroptimierung, Simulation und experimentellen Vergleich reduzieren die optimierten Mahlparameter nicht nur die maximale Verformung bis zu einem gewissen Grad, sondern auch verbessern die Produktionseffizienz und haben eine leitende Bedeutung für die tatsächliche Verarbeitung.

1.3.6 Gemäß der Arbeitsbedingungskartierung und der Simulationsvorhersagemethode für die Simulation der Restspannungsverformung und der Anpassung der Dünnschalenspannung wird eine Support-Vektor-Maschine verwendet, um das Modell zur Vorhersage der Restspannungsreaktion zu erstellen, und dann den genetischen Algorithmus zur Optimierung der Fräsparameter zu verwenden die Eigenspannungsverformung als Randbedingungen, die maximale Bearbeitungseffizienz als Ziel der Optimierung der Vorschubgeschwindigkeit, Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe, die Optimierung der Fräsbreite und die anderen One-Design-Variablen. Wenn der Wert der Fräsbreite und eine weitere Konstruktionsvariable als fester Wert verwendet werden, wird die Auswirkung auf die Eigenspannungsverformung untersucht, wenn die Schnitteffizienz durch die anderen beiden Konstruktionsvariablen erhöht wird, wie in Abb. 19 dargestellt.

Die Ergebnisse bewiesen, dass die optimale Kombination von Schnittparametern unter den gegebenen Randbedingungen durch den genetischen Algorithmus mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0.0599 mm/z erreicht wurde; Schnittgeschwindigkeit von 72.5627 m/min; und Frästiefe von 0.1090 mm.

Im Bearbeitungsprozess können die optimierten Fräsparameter nicht nur die Bearbeitungsverformung dünnwandiger Teile reduzieren und kontrollieren, um die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit zu erfüllen, sondern auch die Bearbeitungseffizienz verbessern, sodass die sinnvolle Optimierung der Fräsparameter für die Fertigung von großer Bedeutung ist .

2. Assistive Support-Technologie

Beim Fräsen dünnwandiger Teile dient der Einsatz der Hilfsunterstützungstechnologie hauptsächlich dazu, die Steifigkeit dünnwandiger Teile im Bearbeitungsprozess zu verbessern und dadurch die elastische Verformung im Bearbeitungsprozess zu verringern.

Hilfsunterstützungstechnologien zur Kontrolle der Verformung dünnwandiger Teile der Forschung sind hauptsächlich Phasenwechselmaterial-Hilfsunterstützungs- und Spiegelbildfräsverarbeitungs-2-Kategorien.

2.1 Hilfsunterstützung basierend auf Phasenwechsel von Materialien

Um die Verformung zu lösen, wurde Material mit niedrigem Schmelzpunkt in den Strukturhohlraum eingespritzt, um das Fräsen zu unterstützen.

Die Verwendung einer Phasenwechsel-Hilfsunterstützung kann die Steifigkeit dünnwandiger Teile und damit die Bearbeitungsgenauigkeit dünnwandiger Teile verbessern, erhöht jedoch die Bearbeitungsprozessschritte und verringert die Bearbeitungseffizienz bis zu einem gewissen Grad.

2.2 Spiegelfrässystem

Das sogenannte Spiegelfrässystem besteht aus zwei synchronen Bewegungen des horizontalen Bearbeitungszentrums und einer flexiblen Vorrichtung, zwei Werkzeugmaschinenspindelköpfen, einem Stützkopf, dem anderen dem Bearbeitungskopf, den beiden synchronen Bewegungen, als Spiegelverteilung bei der Bearbeitung der Werkstück auf beiden Seiten das Prinzip von Abb. 21 zeigt.

Derzeit sind das französische Unternehmen Dufieux Industrue und das spanische Unternehmen M. Torrs die weltweit führenden Hersteller von Spiegelfräsgeräten.

Der Einsatz von Spiegelfräsen kann die Steifigkeit dünnwandiger Teile verbessern und die Verformung des Fräsprozesses reduzieren; kann auch die wiederholten Positionierungsfehler vermeiden, die durch mehrfaches Spannen verursacht werden, um die Bearbeitungsgenauigkeit sicherzustellen und die Bearbeitungseffizienz zu verbessern.

Bei den aktuellen Spiegelfrästeilen handelt es sich jedoch hauptsächlich um dünnwandige flache Platten, da die komplexe Form dünnwandiger Teile noch weiterer Forschung bedarf.

3. Hochgeschwindigkeitsschneiden

Das Konzept des Hochgeschwindigkeitsschneidens wurde 1931 erstmals vom deutschen Physiker Carl.J.Salomon vorgeschlagen; nach den Bemühungen vieler Wissenschaftler, die Theorie des Hochgeschwindigkeitsschneidens ausgereifter und vollständiger zu machen. Der Hauptinhalt der Theorie ist: Im traditionellen Bereich von Schnittgeschwindigkeit, Schnitttemperatur und Schnittkraft nehmen die Schnittgeschwindigkeit zu und werden größer, wenn die Schnittgeschwindigkeit größer als ein Wert ist, Schnitttemperatur und Schnittkraft nehmen zu Die Schnittgeschwindigkeit wird jedoch verringert, wodurch die elastische Verformung und die Eigenspannungsverformung gelöst werden können.

Hochgeschwindigkeitsschneiden im Verformungsprozess, wie in Abbildung 22 dargestellt, vereinfachtes Hochgeschwindigkeitsschneidenmodell, die erste Verformungszone wird reduziert, der Scherwinkel wird größer; die zweite Verformungszone der Kontaktlänge wird reduziert, die Vorderseite der vorderen Klinge verringert durch die Belastung die Rolle des Hochgeschwindigkeitsschneidens, sodass die Schnittkraft stark reduziert wird; Da die Spanabfuhrgeschwindigkeit dann sehr hoch ist, wird die meiste Wärme beim Schneidvorgang vom Span abgeführt, wodurch die Schneidtemperatur sinkt.

Aus der obigen Analyse des Hochgeschwindigkeitsschneidens: Aufgrund der Reduzierung der Schnittkraft wird bei der Bearbeitung dünnwandiger Teile die Werkzeug-Werkstück-Verformung entsprechend gering sein, was die Größe und Form der Teile sowie die Genauigkeit verbessert; Da der Großteil der Wärme von den Spänen abgeführt wird, wird beim HSM im Vergleich zum herkömmlichen Schneiden der Temperaturanstieg des Werkstücks verlangsamt und die thermische Verformung des Werkstücks verringert.

Beim Hochgeschwindigkeitsschneiden ist der Überhang des Werkzeugs im Allgemeinen kürzer, weist eine gute Steifigkeit, eine geringe axiale Schnitttiefe, eine große radiale Schnittbreite und eine hohe Schnitteffizienz auf und eignet sich für die Bearbeitung dünnwandiger Teile.

Daher ist das Hochgeschwindigkeitsschneiden dünnwandiger Teile mit hoher Präzision der Entwicklungstrend der zukünftigen Fertigungstechnologie.

4. CNC-Kompensationstechnologie

Unter der Einwirkung der Schnittkraft auf bearbeitete Teile kommt es zu einer elastischen Verformung der Teile, und bei kontinuierlichem Materialabtrag prallt ein Teil des Werkstücks nach dem Passieren des Werkzeugs zurück und es kommt zum Phänomen des Loslassens des Werkzeugs Dadurch entstehen dünnwandige Teile, die oben dicker und unten dünner sind.

Je nach Verformungsgrad erhält das Werkzeug eine zusätzliche Ablenkung, um die elastische Verformung dünnwandiger Teile zu lösen.

4.1 Echtzeit-Verformungsfehlerkompensation basierend auf dynamischen Merkmalen

Für das Fehlerkompensationsproblem der durch die elastische Verformung des Werkstücks verursachten Schnittkraft kann eine auf dynamischen Merkmalen basierende Echtzeit-Verformungsfehlerkompensationsmethode verwendet werden, um ein dynamisches Merkmalsmodell zu erstellen und dann das Ausmaß der Verformung gemäß dem dynamischen Merkmal zu berechnen Modell, das die Kompensation von Bearbeitungsfehlern bei elastischer Verformung basierend auf dem Funktionsblock realisieren kann.

4.2 Offline-aktive Vergütungsmethode

Verformungen aufgrund der geringen Steifigkeit dünnwandiger Teile werden durch das Phänomen des Loslassens des Werkzeugs unter Krafteinwirkung verursacht. Die Daten werden durch eine hybride Programmiermethode aus VC++ und MATLAB verarbeitet, die intuitive Diagramme generiert und die Werkzeugbahn ändert.

Um das Problem zu lösen, dass dünnwandige Teile dick und dünn sind, wird bei der CNC-Programmierung das Werkzeug entsprechend dem Verformungsgrad auf das ursprüngliche Wanderwerkzeug umgestellt, so dass das Werkzeug zusätzliche Durchbiegungen ausführen und kompensieren kann Der durch das Schneidwerkzeug erzeugte Rückprall kann durch die numerische Steuerungstechnologie kompensiert werden. Ein Schneidwerkzeug entfernt das Restmaterial und kann die Bearbeitungsgenauigkeit dünnwandiger Teile gewährleisten.

Derzeit wird das Verformungsproblem dünnwandiger Teile durch Prozessoptimierung, Spannanordnung, Hilfsunterstützungstechnologie, Hochgeschwindigkeitsschneidtechnologie und CNC-Kompensationstechnologie analysiert, um die Bearbeitungsgenauigkeit dünnwandiger Teile sicherzustellen in einem bestimmten Teil können die gewünschten Ergebnisse erzielt werden.

Schwierig

Bei der Werkzeugwegkompensation handelt es sich nicht nur um alle Änderungen der Werkzeugposition, die kompensiert werden können, sondern auch um die Notwendigkeit, die Werkzeughaltung zu ändern. Wenn der Kompensationsweg nicht glatt ist, wird die tatsächliche Bearbeitungsgenauigkeit verringert, und andere Probleme sind schwierig zur allgemeinen Anwendung zu fördern.

Kann KI zur Verbesserung beitragen?

Algorithmen, die auf künstlicher Intelligenz basieren, können die Recheneffizienz verbessern, aber Algorithmen mit künstlicher Intelligenz müssen das Modell trainieren. Das Trainingsmodell wird unter bestimmten Parametern ausgeführt Auch der Einsatz der geführten Bearbeitung unterliegt gewissen Einschränkungen.

Zukunftstechnologie – Digitaler Zwilling

Die Konvergenz von Technologien der neuen Generation wie dem Internet der Dinge, Big Data und Cloud Computing mit der Fertigung hat zum Konzept der digitalen Zwillinge geführt. Diese Zwillinge, virtuelle Nachbildungen physischer Einheiten, ermöglichen eine nahtlose Interaktion zwischen der physischen und der digitalen Welt und führen zu intelligenten Herstellungsprozessen.

Im Kontext der Zerspanung spielen digitale Zwillinge eine entscheidende Rolle bei der vorausschauenden Wartung und Qualitätskontrolle. Durch die Nutzung von Datenanalysen, Simulationsmodellen und Echtzeit-Feedbackmechanismen ermöglichen sie Herstellern, den Werkzeugverschleiß zu überwachen, Bearbeitungsergebnisse vorherzusagen und Prozesse zu optimieren, insbesondere bei dünnwandigen Bearbeitungsanwendungen.

Ein bemerkenswerter Fortschritt ist die Integration von analytischen und Finite-Elemente-Modellen mit Sensordaten, die in der Entwicklung digitaler Zwillingsplattformen gipfelt. Diese Plattformen ermöglichen die Vorhersage und Kontrolle von Verformungen dünnwandiger Teile und bewältigen damit eine große Herausforderung in der Präzisionsfertigung.

Durch ausgefeilte Datenfusionstechniken beschleunigen diese Plattformen die Verformungsvorhersage und erleichtern die Echtzeitsteuerung, was letztendlich die Bearbeitungsgenauigkeit verbessert. Sie bestehen aus mehreren Schichten, einschließlich physischer Entitätsschichten, Zwillingsinformationsschichten und Cloud-Entscheidungsschichten, die jeweils zur Gesamtintelligenz und Anpassungsfähigkeit des Systems beitragen.

Die Vorteile digitaler Zwillinge-basierter Ansätze sind vielfältig. Sie bieten Echtzeit-Einblicke in Bearbeitungsprozesse, erleichtern die adaptive Entscheidungsfindung als Reaktion auf sich ändernde Bedingungen und integrieren intelligente Algorithmen, um die Leistung zu optimieren und Kosten zu senken.

Im Wesentlichen stellen digitale Zwillinge einen Paradigmenwechsel in der Fertigung dar und ermöglichen es der Industrie, ein beispielloses Maß an Präzision, Effizienz und Kontrolle zu erreichen. Indem sie die Lücke zwischen der physischen und der digitalen Welt schließen, ebnen sie den Weg für eine neue Ära der intelligenten Fertigung.

Fazit

Generell ist die Bearbeitung dünnwandiger Teile eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Bei der Gestaltung von Produkten muss von Anfang an die dünnwandige Verarbeitung berücksichtigt werden. Dies ist ein wichtiger Faktor für die Herstellung erfolgreicher Produkte. Unter der Voraussetzung, dass es keine Wahl gibt, ist eine geeignete Verarbeitungslösung aus praktischer Sicht natürlich die realistischste Wahl für Unternehmen und Kunden.