综合方法为同步知识流程布局先进材料的五轴铣削

文摘

先进材料,如镍基合金、获得涡轮机械制造业的重要性,创建复杂的表面构成一个重大的挑战。然而,铣策略,在可接受的工具提供材料移除率高成本优化工具几何形状和工艺参数选择的需求。本文描述循环铣,专注于产生的接触条件。对此,试验台设计探讨类比铣削过程中切屑形成过程。此外,该方法类比的方法的开发过程。第一次测试运行的结果718年铬镍铁合金验证提出方法。

1。介绍和动机

1.1。应用程序

增加涡轮机械行业的需求导致进一步使用先进材料与杰出的物理性质,导致高热能和机械载荷在加工(1- - - - - -3]。常见的任务是制造复杂的几何特性,可以抽象级或槽所描述的两个或三个边界,当他们发生时,例如,几何图形的Blisks(刀片集成光盘),单一的叶片,和起落架;参见图1。

由于几何形状的复杂性和有限的应用材料的可加工性,同时在五轴铣削变得至关重要。例如,镍基合金具有低导热系数、高刚度、低弹性模量,高的化学反应在升高的温度下。此外,他们的特点是层状切屑形成过程导致动态疲劳应力的工具,因此增加了刀具磨损(4- - - - - -8]。所有这些特征抑制切削参数的可行范围。此外,高纵横比的复杂的几何图形需要使用的工具与长轴和小直径,抑制过程的速度。等铣削组件,使用了一些不同的策略在过去(9,10]。然而,提供一个经济过程,实现高材料移除率在可接受的工具成本是必要的。因此,生产过程必须的几何设计,材质,可以实现高效和经济需求。从此,需求一个集成方法的知识流程布局产生链接切屑形成过程的全面了解在该工具产生的负载。

1.2。粗的策略

主要特征而加工先进高温镍基合金等材料在切削区,高在工具,机械载荷和高动态载荷产生的层状切屑形成过程(4- - - - - -6,11]。然而,加工这样的有效条件下合金甚至是可能的但它需要创新铣策略基于一个优化的知识流程布局。例如,粗选过程显示材料移除率高。意识到这一点,通常大部分的工具与材料。为描述这种接触是一个重要的变量(径向)工具接触所描述的接触角。大工具接触角导致工具和工件之间的长时间接触。结合给定材料的热导率低,这导致高温和刀具寿命短。与大接触角铣削过程,例如,传统的铣槽。在这里,接触角可以达到180°;参见图2(一个)。除了高接触角、铣削技术只剩下有限的潜在过程优化。一个高性能铣削战略的目标是在温和的接触角材料去除率高。过程与小(er)接触角是,例如,侧面铣操作。接触角是直接受到径向切削宽度的影响。因此,侧面铣保证更多的自由技术切削参数大范围变化。速度可能会增加4倍相比,传统的铣槽,和切割深度的工具直径的两倍成为可能(11]。然而,pre-machined /打开插槽需要这样的工艺条件。循环铣(也:余摆线的铣削)是一个加工策略,利用有利的方面侧面铣甚至封闭槽。这一战略还提供了复杂的几何形状,提出了图的铣削1并证明是有利于铣先进材料(10,12,13]。最简单的情况下余摆线的铣削图描述2 (b)直槽,固定宽度和平行墙。加工这样的位置可以通过定义一个圆,这个圆转移进行一个具体的切削宽度。最后,圈子之间的过渡条件必须确保谐波定义工具路径。然而,非生产性刀具运动的部分是相对较高,表明高潜力优化流程布局。

1.3。目标和挑战过程布局

Altintas Lazoglu已经分析,描述和模拟余摆线的过程(10,14]。Klocke et al.presented摆线粗的基于模型的优化和专注于应用的有益方面大切削深度(11]。然而,进一步以保证知识流程布局至关重要的方面是一个详细的了解芯片的形成过程,并同时加工,需要相关工具产生的负载。只是,进给速率和切割速度设计复杂的铣削任务不足,提出在15,16]。基于循环铣的描述,因此,本文关注的接触条件和链接出现加载的工具。关于这个,一个创新的试验台将使芯片的详细调查一个类比铣削过程中形成过程。此外,该方法将类比的方法流程。

2。理论过程分析

2.1。循环铣

在循环铣操作,工具的直径小于槽宽度和工具是一个圆形路径从一个槽侧面。因此,刀具轨迹的几何约束是仅有的两个定义每段路径位置;参见图2 (b)。这些点预设的理想的槽几何,而其它所有点的工具路径可以由流程设计人员根据自由选择有利的切削条件。不同直径的圆允许改变槽宽度和轴倾斜的工具,可以创建非平行槽壁;参见图1。原则上,这个过程包括两个主要节了材料去除过程和背部的运动没有任何工具和工件之间的接触;参见图3(一个)。当地的芯片的厚度要删除(突出显示在图3 (b))改变圆周运动中必不可少的工具。这导致沉重的交变热与机械载荷工具(10]。

2.2。宏观接触分析

接触条件下宏观规模集中在工具的外轮廓描述的穿透工件的接触角。因此,工件和工具可以用不同的方法计算机几何建模模拟。这里使用的系统是基于所谓的dexel模型,工件的位置表示为一组紧密指甲或dexels;这个工具是由一个圆柱体17,18]。一个圆形的接触角分析刀具轨迹显示一个分布,显示在图4对各种切削宽度。

去除材料的最大接触与最大的工具,要求进一步优化路径保持接触角恒定高水平是显而易见的;参见图5(一个)。指的是这个,另一个分析展品,刀具轨迹的几何变化导致不同的最大有效工具活动;参见图5 (b)。这可以显著降低余摆线的铣削的处理时间(11]。

这一方面表明宏观接触条件线性侧铣无效循环工具路径和另一方面优化接触条件的重要性。

2.3。微观接触分析

微观尺度上的接触条件通过使用实际的工具几何和考虑平移和旋转运动的工具。芯片之间的接触条件描述了接触脸和毛边的芯片。它可以解释为主要两个参数,当地芯片的厚度被删除和相关芯片的横截面。截面代表的材料数量的前沿;突出显示的区域图3 (b)。模范,图6(一)显示刀具轨迹的影响半径的毛边的芯片厚度。至于最大的值,影响可以忽略不计。与宏观的接触条件,因此合理应用已知的公式计算微观接触条件线性工具路径循环和余摆线的刀位轨迹。提要每颗牙齿的影响和切削宽度毛边的芯片厚度明显更高,因为它是模范如图6 (b)。可以找到类似的倾向的依赖性芯片截面(11,19]。这表明优化技术的高潜力切削条件以及整个刀具轨迹。主要由两个方面的优化,确定接触角之间的一种妥协,切割速度,最大的毛边的芯片厚度和几何优化的调查工具。因此,一种新型试验台。

3所示。流程布局优化

3.1。描述小说试验台

这部小说试验台结合后两个有利的优势,把它从其他垂直切割设备具有良好的可访问性和实现一个变量凿几何学。test-bench-related方法是基于变换的毛边的芯片几何旋转的过程一个转让的类比过程;参见图7。评估未雕琢的芯片制造的几何可以显示和形式的标本。

实现翻译的类比过程的运动,一个液压安装运输进行一维运动。马车指导生产的标本,在高精度台虎钳夹紧,对芯片的固定工具形成过程;参见图8。该试验台包括测量设备力量以及电容式传感器。三分量测量提供的力测力计Kistler9129AA发生和工具支持。此外,良好的可访问性允许高速相机的实现以及温度记录相机。

3.2。实验装置

根据实际铣削过程,在形式的槽进行切割操作机床海勒MC25,类比铣操作通过小说进行了试验台。调查工具接触角对切削性能的影响,这个参数是根据表不同1。此外,最大的毛边的芯片厚度不同的是保持接触角不变。最后一个参数是不同的切削速度,35 m分钟之间⁻¹和70分钟⁻¹。所有进程在718年镍基合金铬镍铁合金进行伪造的状态,表明没有意义的晶粒结构的方向。应用硬质合金铣削工具从瑞士Jabro工具被涂上一层一层TiAlN和提供了一个直径10毫米,12的尖端半径μm和四个牙齿。调查和比较实际和类比铣削过程充分,多个数据收购,比如力和芯片分析以及金相图片使用高速照相机。

3.3。结果

调查的总体过程性能应用铣削工具中显示参数场,槽进行切割操作。接触角的实验展示工具和切割速度影响达到显著减少体积。完整的参数集,能找到一个快速穿进展,对于更高的切削速度和刀具活动,导致前沿凿;参见图9。在这一点上,它必须指出,土地穿0,2毫米或前沿凿构成了测试的终止准则。此外,芯片花键与切削速度显著增加,而接触角的增大导致了退化的表面质量以及在加工工件毛刺的形成导致更强的磨具磨损。为了将这些发现与适当的操作系统和高效铣削过程的优化,基本和详细的知识关于芯片形成过程必须显示一个不可或缺的工具。

使用这部小说对于这个目的,类比铣测试试验台是表现为一种快速、有效的,可再生的调查潜在的流程优化参数。测量部队在类比测试符合部队中发现真正的铣削试验。因此,评估期间发生的部队使用小说试验台加工成为可能。类似于铣槽测试,这个类比测试表明,切削力提高切削速度和接触的工具,而被动的力量与切削速度下降。这可能被视为一个证据,减少变形的劳动消耗的切削过程切削速度升高导致较低的工具位移,因此表面性质一致。这个特点是芯片的分析证实了压缩这是定义为覆盖的关系减少距离和芯片的长度。这里,减少芯片压缩可以显示切削速度的提高。此外,分析芯片的锯齿状,主要根据加工工件材料的晶粒结构8),显示进展与切削速度导致更高的疲劳应力的工具,因此刀具寿命短。框架的分析,发现它还和可视化,更高的芯片曲线导致短形成芯片和工具之间的接触长度。这显然会导致更高的表面压力工具的芯片,从而进一步引发的倾斜面穿进展。图中可以看到10为和40°,芯片曲线随切削速度(a)和(b),可以通过可视化和分析高速照相机和光学显微镜照片。

这部小说获得的多个数据通过使用类比铣试验台详细说明了切屑形成过程,因此给了前所未有的提示为进一步优化工艺参数框架以及雄心勃勃的铣工具设计任务。

4所示。结论

本文以知识为基础的综合方法流程布局同时介绍了先进材料的五轴铣削。除了工具的优化路径,优化切削参数的高潜力以及工具的几何。指的是,一个创新的试验台对切屑形成过程的详细分析。

确认

作者要感谢弗劳恩霍夫公司协会(FhG)为促进这一研究项目中的HybridHPC弗劳恩霍夫挑战计划和完成TurPro FhG-Innovation-Cluster”。“g·f·卡布拉尔是一个奖学金的巴西的斗篷。

引用

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