Machnamh Titáinim le haghaidh Cineálacha Aeirspáis

Tugann comhdhéanta titaniamhach dúshlánacha don mheaisíníocht CNC i n-iarratais struchtúrtha aeirspáisdeach toisc do na hairíonna inhereanta cosúil le hiontaofacht teasa íseal agus imchaitheamh ceimiceach ard. Déanann an obair seo sonraíocht ar mhodh córasach chun meaisíníocht CNC de Ti-6Al-4V a roptaimh, ag buntúint ar laghdú i gcaill an uirlis agus ar bhaint amach toleráinsí géometraichea. Úsáideadh iarratais mheaisíníochta le hionaid CNC iolarghreannacha ardaíodh leo córasanna monatóireachta coinníollacha an uirlis (TCM). Athraíodh na paraiméadair cothaithe (luas, béim, doimhneacht an ghearrtha) agus na straitéisí coscna uirlis go córasach. Taispeánaíonn na torthaí go laghdaíonn an teannadh fuaraithe pulsaíochan 42% den caill thamhlaíochta in aghaidh an ghearrthaigh ina thaobh seachas an fhuarán coitianta, agus go laghdaíonn na straitéisí millithe troichoidéalta eagracha an t-am meaisíníochta 18% agus feabhsaíonn sé an greamacht achrann (Ra) 15% do chomhpháirtí le ballaí tana. Deimhneann anailís na sonraí gur tábhachtach an coibhneas idir an t-energi ghearrthaigh sonrach agus an caill uirlis leanúnach. Soláthraíonn na torthaí seo straitéisí a d'fhéadfaí a chur i bhfeidhm chun éifeachtacht meaisíníochta agus cáilíocht na gcomhpháirtí a fheabhsú do chuid mhór den aeirspáis struchtúrtha. Is é an teorainn ná an bhuntúint ar Ti-6Al-4V; tá níos mó dearbhaithe ag teastáil chun iarracht a bhaint as na gráid titaniamhacha eile.

1
Is é an t-éisínteacht gan stad ar ardchumas agus éifeachtacht fuinnimh i ndearadh aeirspáis naíonúil an tús a chuirtear go forleathan ar chosúil Ti-6Al-4V. Tá a gcumas éagsúil cosúil le hiontaíocht mheáchan-streang agus ina chosúil le haghaidh comhpháirteanna struchtúrtha ríthábhachtacha cosúil le himealltaca, socrú ceannach, agus altanna crainn [1]. Mar sin féin, déanann na gné sin chéanna - go háirithe, an t-éadóchas teocht íseal, an t-éadóchas ard ag teochtaí ardaithe, agus an t-éadóchas ceimiceach láidir do mheáin taispeána - titáiniamh an-tuirsiúil chun oibríocht a dhéanamh go héifeachtach agus cruinn [2]. Tagraíonn na dúshláin seo do théamh oibre tapaidh, éadóchas reatha don phobal, an deis aschuir an phobail (go háirithe i ngreimhneacha tiubha), agus costais tháirgiúlachta ardaithe [3]. Mar sin féin, tá sé ina sprioc táirgiúil éagsúil CNC oibríocht titáiniamh don aeirspáis fós. Taispeánann an obair seo modh praiticiúil agus torthaí turgnamhacha a bhfuil siad tar éis na dúshláin sin a shárú trí rogha an-éifeachtach agus tairbheacha fuaraithe, ag iarraidh cruinnithe a chur ar bun, prótacail tháirgiúlachta éifeachtacha cosúil le haghaidh.

2 Modhanna
2.1 Dearbú Díbirt & Ábhar Páirceanna
Bhí an t-ábhar bunúsach a bhí faoi staidéar ann ná pláta Ti-6Al-4V (Grád 5) a bhí dianaithe, i gcomhréir le sonrúchán AMS 4911L. Bhí na hoibríochtaí príomhroicthe a bhí faoi staidéar ann ná milling péribheir (roughing agus finishing) agus milling poca, a léiríonn gnéithe struchtúrtha aeirspáis coitianta. Rinneadh dearmad go cúramach ar na páirceanna ag úsáid chomhthacarán folamhraí saincheaptha agus clámaróidí meicniúla tairise chun craos agus bogadh a laghdú, go háirithe do gheometraíocht na mballaí tana.

2.2 Uirlisí Oibríochta & Toinneáil
Rinneadh turgnamh ar lárionad oibríochta CNC 5-axis DMG MORI DMU 80 eVo líneach (spindle 40 kW, uasmhéad 18,000 rpm). Ba iad na hairíonna roicthe seo iad:

• Crúbaítíocht: Millingigh cruinne carbide (Ø10mm, 4-liop, clúdaithe ZrN) le héadach/pitch ina athraíonn sé ina ghéarú.

• Críochnú: Millingigh cruinne carbide (Ø8mm & Ø6mm, 4-liop, clúdaithe AlTiN).
  Cuireadh síorródh ar choinníoll an tsaothrú (VBmax wear wear) ag baint úsáide as comhcheangal de anailís ar an bhfolláine inrochtana (Siemens Sinumerik 840D sl integrated monitoring) agus tomhais thréimhsiúla amachlíneacha trí mheán na micreascóp digiteach Keyence VHX-7000. Meastar an crua-chorracht (Ra, Rz) ag baint úsáide as Mitutoyo Surftest SJ-410 profilometer. Deimhníodh cruinneas na dtomhas trí mheán na haonad tomhais comhordaithe Zeiss CONTURA G2 (CMM).

2.3 Coibhéisí Próisis & Fuinneamh Amharcachais
Rugadh go maith ar na coibhéisí neamhspleáide eiteanna a bhíodh againn:

• Treoluas An Tsaothrú (Vc): 40 m/soicind - 80 m/soicind

• Bíodh ar gach fiacla (fz): 0.04 mm/fiacla - 0.12 mm/fiacla

• Doiléid Ghreanachta Aisiotach (ap): 0.5 mm - 3.0 mm (deireadh), 5 mm - 15 mm (gríobhthógáil)

• Doiléid Ghreanachta Rádiálta (ae): 0.5 mm - 6.0 mm (straitéisí oiriúnaithe)

• Straitéisí Fionnuisce: Imeallach traidisiúnta (6%), Linn nitrogéine cryogenic pulsaíte

• Straitéisí Cosála: Cosáil pharaleal traidisiúnta, Milling troichoidal oiriúnaithe.
  Cuireadh síos ar an wear flanc (VBmax), cosúntas an uimhí (Ra, Rz), fuinneamh iontaofach (SCE), am oibreoiríochta in aghaidh gach gné, agus easpa mírleathnachta ar ghnéithe chriticiúla (tús na ballaí, suímh na bpoll). Tharla logáil sonraí go díreach ón gcóras smachta CNC (cumhacht, torc, am) agus trí mheitríocht as líne. Rinneadh ar a laghadh trí athchóiriúcháin in aghaidh gach coinníoll.

3 Torthaí agus Anailís
3.1 Iarcheannachas Foirgnimh
Bhí tionchar mór ag an bhfreastalaíocht agus luas an ghearrtha ar chur le forbairt anuaill. Taispeánann an Figiúr 1 an treo is mó a bhí againn: laghdú mór ar an n-uaill ghuailín thar gach luas gearrtha a bhíodh le húsáid pulsaíocht fhuaraithe cryogenic LN2 i gcomparáid le haghaidh fuaraithe traidisiúnta. Ag an luas meán (60 m/soic), laghdú 42% ar an VBmax meánach tar éis inneallachtaí volume caighdeánaithe a bhíodh le húsáid an fhuaraithe cryogenic. Tháinig easpa trom ar an n-inneall (briseadh amach) go héadomhach faoi lus fuaraithe ag luas ard (80 m/soic) laistigh de thréimhse ghearr, ag an am seo fuaraithe cryogenic chuir isteach ar inneallachtaí leanúnach, cé go raibh uaill níos mó ann ná ag luas ísle. Bhí comhcheangal láidir idir comharthaí cumhachta an spinndil agus tomhais VBmax seachasghreidh, ag deimhniú go raibh éifeachtúil an chóras TCM chun uaill a thomhas (R² = 0.91).

3.2 Cáilíocht Achar agus Cruinneas Geometrical
Bhí an-éigealachd (Ra) ar an gcaoladh go príomha ag ráta an-thaschaithe agus ag straitéis an-tiompanachta i gceannaithe. D'éirigh le Ra meánach 25% a fheabhsú trí lúú a dhéanamh ar an tasgadh in aghaidh an ghinteach (fz) ó 0.08 mm/ginteach go 0.05 mm/ginteach. Chun cinn, thug an-oibríocht troichoidalais aigeann a chur i bhfeidhm le haghaidh caoladh ballaí tana (ap = 8mm, tiomsacht bhallais 1.5mm) feabhas 15% ar Ra (meán 0.32 µm vs. 0.38 µm le haghaidh cosáin pharalela) agus laghdú 30% ar an gcur i bhfeidhm, mar a mheasadh de réir éigealachd CMM ó thiomsacht bhallais ainmnithe (An Figiúr 2). Laghdú 18% ar an t-amh macanálaíochta i gcomhaid ghearrthaíocht chomh maith trí choinneáil meánachas airgeadta a bhaint amach tríd an gcomhpháirtíocht uirlisí a choinneáil rialta an straitéis seo a thabharfadh freisin.

3.3 Táirgiúlacht agus Tomhaltas Fuinnimh
Laghdaíodh an t-Indicadóir Energnéadach Sonrach (SCE), a thomhas ar éifeachtúlacht an phróisis, leis an méid a bhíonn ag éirí ag ráta bhaintí mata (MRR) mar a bhí súil leis. Mar sin féin, d'fhéad sé an teocht a laghdú chun 10-15% níos airde SCE a thabhairt i gcomparáid le fuarú traidisiúnta ag an MRR chéanna, a bheidh ceangailte le costas énergie a sholáthar LN2. Páirteanna struchtúrtha casta a thagann le 20% méadú éifeachtúlachta i ngach páirt oibre, mar thoradh ar an t-séadshaothrú a shonrú agus laghdú ar an am nach bhfuil ag gearrthóireacht (athsholáthar, oibríochtaí oibríochtaí), laghdaíodh an t-éifeacht a bhíodh ar an SCE.

4 Plé
Comhla leis an laghdú drámaíochta a breathnú ar chostas an t-soláthair ag úsáid oíche LN2 piosrachta, tá cinnte againn go mbeidh LN2 in ann na teocht ard a bhuailfidh amach i réimsí an t-sheoltóireachta a mheithiú, ag laghdú mar sin ar an difúireamh agus ar an bhfeidhmchlócaíocht a bhíonn coitianta le huirlisí carbide [4, 5]. Is dócha go mbeidh an t-altasóireacht piosrachta in ann dul i mbun an idirbhuinn uirlisí agus chip, ag lughdu ar an úsáid neamhriachtanach. Tá an-tionchar ar an mbeith bheith ag eagarthóireacht troichoidalta eagarthe, go háirithe do bhallaí réasúla, ón gcomhthromú ar an gcomhpháirtiú radaíochta agus laghdú ar na hiongnaíochtaí sheoltóireachta, ag lughdu ar an bhfeidhmchlócaíocht agus ar an bhfuaim a chruthaíonn an t-uirlis agus an mhais [6]. Tá sé seo ina aistriú díreach ar airí ailtireachta agus ar chruinneas an dromchlaoí.

Is éard is briseamh mór ar an staidéar seo é a fheidhmíocht ar Ti-6Al-4V. Cé go bhfuil sé ina chiontach, taispeánann halúin titanaimh eile (mar shampla, Ti-5553, halúin near-beta) airíonna éagsúla oibreoiríochta; táthar ag teastáil bhunúsú ar na torthaí seo do na hairíonna sin. Chun cinn, tá achoimre saoil agus timpeallachta ag baint le forleaganadh cryogenic LN2 ag teastáil aistriúcháin saoil i réimse leathan, ag cothú na sábháilteachta uirlisí agus na breiseanna éagsúla a chur i gcomparáid le costais/bonnraíocht gairmiúil LN2 agus seoladh.

Don phráchtas déantúsaíocht aeirspáis, tacaíonn na torthaí seo i bhfad le:

1. Cur i bhfeidhm Pulsed Cryogenic Machining: Do oibríochtaí milling titanaimh thána, go háirithe roughing agus semi-finishing, chun saol an uirlisí agus oibríocht ina dtaobh a uasmhéadú.

2. Ag forbarth Páipéidh Uirlisíoch: Go háirithe taispeáin trochoidal do bhuailtí crua ar struchtúir aeirspáisí tanaí chun an t-integraíocht achrann, cruinneas méadaithe agus éadach.

3. Cur isteach Monatóireacht Stáid an Uirlisí: Soláthraíonn úsáid na gcosáilí cumhachta spindil bealach éifeachtach, comhtháite leis an mbainisteoireacht maighnéad chun wearraíocht an uirlisí a thiontaí agus athruithe a chur in áirithe go réamhchúrsach, ag laghdú ar an risce toirmiscthe.

5 Chun deireadh
Taispeánann an t-astud seo straitéisí éifeachtacha chun CNC machining of Ti-6Al-4V a fheabhsú do thábhachtach fórsaí aeirspáis. Laghdaíonn fionnuisce líonra cryogenic pulsed wear tapaidh an tsaighead is príomhchúis, ag ligean do chluasaíocht iontaofa ardaithe agus saothair fada a chothabháil. Faightear feabhas ar an dearcadh dromclaoch agus cruinneas tomhais (go háirithe do bhallaí tana) agus ar tháirgiúlacht iomlánach trí thurraic milling adaptive trochoidal in ionad cosúil párailel. Taispeánann an comhcheangal idir monitoring cumhachta spindle agus wear saighde bealach smacht in-process. Soláthraíonn na findings réitigh a bheidh in úsáid díreach do tháirgeoirí aeirspáis a bhfuil sé ina gceannach leo éifeachtacht, éagsúlacht agus cáilíocht tháirgeadh titianiamh a fheabhsú. Ba cheart d'obair amach seo a leanúint an optimisation a dhéanamh ar pharaiméadairí cryogenic delivery (deisgne nóisil, pulgáil am), le extend a chur ar an modh eile comhpháipéir titianiamh ard-chumais agus a dhéanamh ar anailísí techno-economic agus timpeallachtaí iomlánach ar an gcríochnúchán machining.