5 тэнхлэгт механик аргаар захиалгаар металл эд анги үйлдвэрлэх
5 тэнхлэгт механик аргаар захиалгаар металл эд анги үйлдвэрлэх
Зохиогч:PFT, Шэньжэнь
Хураангуй:Дэвшилтэт үйлдвэрлэл нь сансар судлал, анагаах ухаан, эрчим хүчний салбарт улам бүр нарийн төвөгтэй, өндөр нарийвчлалтай металл эд ангиудыг шаарддаг. Энэхүү шинжилгээ нь эдгээр шаардлагыг хангахын тулд орчин үеийн 5 тэнхлэгт компьютерийн тоон удирдлага (CNC) боловсруулах чадварыг үнэлдэг. Нарийн төвөгтэй импеллер ба турбины ирний жишиг геометрийг ашиглан сансар огторгуйд зориулагдсан титан (Ti-6Al-4V) болон зэвэрдэггүй ган (316L) дээр уламжлалт 3 тэнхлэгтэй 5 тэнхлэгийг харьцуулан боловсруулах туршилтыг явуулсан. Үр дүн нь 5 тэнхлэгт боловсруулалт хийснээр боловсруулалтын хугацаа 40-60% буурч, гадаргуугийн тэгш бус байдал (Ra) 35% хүртэл сайжирсан нь тохиргоог багасгаж, багажийн чиг баримжааг оновчтой болгосонтой холбоотой. ±0.025 мм-ийн хүлцэл доторх функцүүдийн геометрийн нарийвчлал дунджаар 28%-иар нэмэгдсэн. 5 тэнхлэгт боловсруулалт нь ихээхэн хэмжээний програмчлалын туршлага, хөрөнгө оруулалт шаарддаг ч урьд өмнө боломжгүй байсан геометрийг өндөр үр ашигтай, өнгөлгөөтэй найдвартай үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Эдгээр чадварууд нь 5 тэнхлэгт технологийг өндөр үнэ цэнэтэй, нарийн төвөгтэй металл эд анги үйлдвэрлэхэд зайлшгүй шаардлагатай гэж үздэг.
1. Танилцуулга
Сансар огторгуйн (илүү хөнгөн, илүү хүчтэй эд анги шаарддаг), эмнэлгийн (био нийцтэй, өвчтөнд зориулсан суулгац шаардлагатай), эрчим хүч (шингэнтэй харьцах нарийн төвөгтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүд шаардлагатай) зэрэг салбаруудын гүйцэтгэлийг оновчтой болгохын тулд тасралтгүй эрмэлзэл нь металл эд ангиудын нарийн төвөгтэй байдлын хил хязгаарыг түлхэж байна. Уламжлалт 3 тэнхлэгт CNC боловсруулалт нь хязгаарлагдмал багажийн хандалт, олон тооны шаардлагатай тохируулгуудаар хязгаарлагддаг бөгөөд нарийн контур, гүн хөндий, нийлмэл өнцгийг шаарддаг онцлогтой тэмцдэг. Эдгээр хязгаарлалтууд нь нарийвчлал алдагдах, үйлдвэрлэлийн хугацааг уртасгах, өндөр өртөг, дизайны хязгаарлалт зэрэгт хүргэдэг. 2025 он гэхэд маш нарийн төвөгтэй, нарийн металл эд ангиудыг үр ашигтайгаар үйлдвэрлэх чадвар нь тансаг хэрэглээ биш, харин өрсөлдөхүйц хэрэгцээ болж байна. Гурван шугаман тэнхлэг (X, Y, Z) болон хоёр эргэлтийн тэнхлэгийг (A, B эсвэл C) нэгэн зэрэг хянах боломжийг олгодог орчин үеийн 5 тэнхлэгт CNC боловсруулалт нь хувиргах шийдлийг санал болгож байна. Энэхүү технологи нь огтлох хэрэгсэлд нэг тохиргоонд бараг ямар ч чиглэлээс бэлдэц рүү ойртох боломжийг олгодог бөгөөд 3 тэнхлэгт боловсруулалтад хамаарах хандалтын хязгаарлалтыг үндсээр нь даван туулдаг. Энэхүү нийтлэлд захиалгат металл эд анги үйлдвэрлэхэд зориулсан 5 тэнхлэгт боловсруулалтын тодорхой чадвар, тоон үзүүлэлт, практик хэрэгжилтийн талаар авч үзэх болно.
2. Арга
2.1 Дизайн ба харьцуулалт
Захиалгат үйлдвэрлэлийн нийтлэг сорилтуудыг агуулсан Siemens NX CAD програм хангамжийг ашиглан хоёр жишиг хэсгийг зохион бүтээсэн:
Импеллер:Өндөр харьцаатай, нягт зайтай, нарийн төвөгтэй, эрчилсэн иртэй.
Турбины ир:Нийлмэл муруйлт, нимгэн хана, нарийн бэхэлгээний гадаргууг нэгтгэсэн.
Эдгээр загварууд нь 3 тэнхлэгт боловсруулалтын хязгаарлалтыг тусгайлан чиглүүлж, ортогональ бус хэрэгсэлд хандах шаардлагатай доод зүсэлт, гүн халаас, функцуудыг зориудаар оруулсан болно.
2.2 Материал ба тоног төхөөрөмж
Материал:Сансар огторгуйд зориулагдсан титан (Ti-6Al-4V, зөөлрүүлсэн нөхцөл) болон 316L зэвэрдэггүй ган нь эрэлт хэрэгцээтэй хэрэглээ, өвөрмөц боловсруулалтын шинж чанараараа сонгогдсон.
Машинууд:
5-тэнхлэг:DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (Heidenhain TNC 640 удирдлага).
3-тэнхлэг:HAAS VF-4SS (HAAS NGC хяналт).
Багаж хэрэгсэл:Kennametal болон Sandvik Coromant-ийн бүрсэн хатуу карбидын төгсгөлийн тээрэмүүдийг (янз бүрийн диаметртэй, бөмбөлөг хамартай, хавтгай төгсгөлтэй) барзгар болон өнгөлгөөний ажилд ашигласан. Зүсэх параметрүүдийг (хурд, тэжээл, зүсэлтийн гүн) багаж үйлдвэрлэгчийн зөвлөмж, хяналттай туршилтын зүсэлтүүдийг ашиглан материал болон машины хүчин чадалд тохируулан оновчтой болгосон.
Ажлын байр:Захиалгат, нарийн боловсруулсан модульчлагдсан бэхэлгээ нь хоёр төрлийн машинд хатуу хавчих, давтагдах байрлалыг баталгаажуулсан. Гурван тэнхлэгт туршилтын хувьд эргүүлэх шаардлагатай эд ангиудыг дэлгүүрийн ердийн дадлыг дуурайлган нарийн бэхэлгээ ашиглан гараар өөрчилсөн. 5 тэнхлэгт туршилтууд нь нэг бэхэлгээний тохиргоонд машины бүрэн эргэлтийн чадварыг ашигласан.
2.3 Мэдээлэл цуглуулах, дүн шинжилгээ хийх
Циклийн цаг:Машины таймераас шууд хэмждэг.
Гадаргуугийн барзгар байдал (Ra):Mitutoyo Surftest SJ-410 профайометр ашиглан нэг хэсэг бүрт таван чухал цэг дээр хэмжсэн. Материал/машины хослол бүрт гурван хэсгийг боловсруулсан.
Геометрийн нарийвчлал:Zeiss CONTURA G2 координат хэмжих машин (CMM) ашиглан сканнердсан. Чухал хэмжээс ба геометрийн хүлцэл (хавтгай байдал, перпендикуляр байдал, профиль) -ийг CAD загвартай харьцуулсан.
Статистикийн шинжилгээ:Циклийн хугацаа болон Ra хэмжилтийн хувьд дундаж утгууд болон стандарт хазайлтыг тооцоолсон. НУМ-ын өгөгдөлд нэрлэсэн хэмжээс болон хүлцлийн нийцлийн түвшингээс хазайсан эсэхийг шинжилсэн.
Хүснэгт 1: Туршилтын тохиргооны хураангуй
| Элемент | 5 тэнхлэгийн тохиргоо | 3 тэнхлэгийн тохиргоо |
|---|---|---|
| Машин | DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5 тэнхлэг) | HAAS VF-4SS (3 тэнхлэг) |
| Бэхэлгээ | Ганц захиалгат бэхэлгээ | Ганц захиалгат бэхэлгээ + гарын авлагын эргэлт |
| Тохиргооны тоо | 1 | 3 (импеллер), 4 (турбины ир) |
| CAM програм хангамж | Siemens NX CAM (Олон тэнхлэгт багажны зам) | Siemens NX CAM (3 тэнхлэгт багажны зам) |
| Хэмжилт | Mitutoyo SJ-410 (Ra), Zeiss CMM (Гео.) | Mitutoyo SJ-410 (Ra), Zeiss CMM (Гео.) |
3. Үр дүн & дүн шинжилгээ
3.1 Үр ашгийн өсөлт
5 тэнхлэгт боловсруулалт нь цаг хугацаа ихээхэн хэмнэж байгааг харуулсан. Титан импеллерийн хувьд 5 тэнхлэгт боловсруулалт нь 3 тэнхлэгт боловсруулалттай харьцуулахад (2.1 цаг эсрэг 5.0 цаг) эргэлтийн хугацааг 58%-иар бууруулсан. Зэвэрдэггүй ган турбины ир нь 42% (1.8 цаг эсрэг 3.1 цаг) буурсан байна. Эдгээр ололт нь үндсэндээ олон тооны тохируулга болон холбогдох гар ажиллагаатай харьцах/дахин засах хугацааг хасч, багаж хэрэгслийн чиг баримжааг оновчтой болгосны улмаас урт, тасралтгүй зүсэлт бүхий илүү үр ашигтай багажийн замыг идэвхжүүлсэнтэй холбоотой юм.
3.2 Гадаргуугийн чанарыг сайжруулах
5 тэнхлэгт боловсруулалт хийснээр гадаргуугийн барзгар байдал (Ra) тогтмол сайжирсан. Титан импеллерийн ирний нарийн төвөгтэй гадаргуу дээр Ra дундаж утга 32%-иар буурсан (0.8 μм эсрэг 1.18 μм). Зэвэрдэггүй ган турбины ир дээр ижил төстэй сайжруулалт ажиглагдсан (Ra нь 35%-иар буурч, дунджаар 0,65 μм эсрэг 1,0 μм). Энэхүү сайжруулалт нь багажийн богино өргөтгөлүүдэд илүү сайн хөшүүн байдлыг хангах замаар огтлох контактын өнцгийг тогтмол, оновчтой байлгах, багажийн чичиргээг багасгах чадвартай холбоотой юм.
3.3 Геометрийн нарийвчлалыг сайжруулах
CMM шинжилгээ нь 5 тэнхлэгийн боловсруулалттай геометрийн өндөр нарийвчлалыг баталсан. ±0.025 мм-ийн хатуу хүлцэлд хамаарах чухал шинж чанаруудын хувь мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн: титан сэнсний хувьд 30% (62% -ийн эсрэг 92% нийцэж байна) болон зэвэрдэггүй ган ирний хувьд 26% (89% -ийн гүйцэтгэлтэй харьцуулахад 63%). Энэхүү сайжруулалт нь 3 тэнхлэгт үйл явцад шаардлагатай олон тохиргоо болон гараар дахин байршуулах замаар оруулсан хуримтлагдсан алдааг арилгахаас шууд үүдэлтэй. Нийлмэл өнцгийг шаарддаг онцлогууд нь нарийвчлалын хамгийн гайхалтай өсөлтийг харуулсан.
*Зураг 1: Гүйцэтгэлийн харьцуулсан хэмжигдэхүүн (5 тэнхлэг ба 3 тэнхлэг)*
4. Хэлэлцүүлэг
Үр дүн нь нарийн төвөгтэй металл эд ангиудыг 5 тэнхлэгт боловсруулах техникийн давуу талыг тодорхой харуулж байна. Циклийн хугацааг мэдэгдэхүйц бууруулснаар нэг хэсгийн өртөг буурч, үйлдвэрлэлийн хүчин чадал нэмэгддэг. Сайжруулсан гадаргуугийн өнгөлгөө нь гар өнгөлөх зэрэг хоёрдогч өнгөлгөөний үйл ажиллагааг багасгаж, бүрмөсөн хасч, зардал, ашиглалтын хугацааг бууруулж, эд ангийн тууштай байдлыг сайжруулдаг. Геометрийн нарийвчлалын үсрэлт нь сансрын хөдөлгүүр эсвэл эмнэлгийн суулгац зэрэг өндөр хүчин чадалтай хэрэглээнд чухал ач холбогдолтой бөгөөд эд ангиудын үйл ажиллагаа, аюулгүй байдал хамгийн чухал байдаг.
Эдгээр давуу талууд нь үндсэндээ 5 тэнхлэгт боловсруулалтын үндсэн чадвараас үүдэлтэй: олон тэнхлэгт нэгэн зэрэг хөдөлгөөн хийх нь нэг тохиргоотой боловсруулалтыг идэвхжүүлдэг. Энэ нь тохиргооноос үүдэлтэй алдаа болон ажиллах хугацааг арилгадаг. Цаашилбал, багажийн тасралтгүй оновчтой чиг баримжаа (чипний ачаалал ба зүсэх хүчийг хамгийн тохиромжтой байлгах) нь гадаргуугийн өнгөлгөөг сайжруулж, багажийн хөшүүн чанар зөвшөөрөгдсөн тохиолдолд илүү түрэмгий боловсруулах стратеги хийх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь хурдыг нэмэгдүүлэхэд хувь нэмэр оруулдаг.
Гэсэн хэдий ч практик үрчлэлт нь хязгаарлалтыг хүлээн зөвшөөрөхийг шаарддаг. Чадвартай 5 тэнхлэгт машин, тохирох багаж хэрэгсэлд оруулсан хөрөнгийн хөрөнгө оруулалт 3 тэнхлэгтэй тоног төхөөрөмжөөс хамаагүй өндөр байна. Програмчлалын нарийн төвөгтэй байдал нь экспоненциалаар нэмэгддэг; Үр ашигтай, мөргөлдөхгүй 5 тэнхлэгт багажны зам үүсгэх нь өндөр ур чадвартай CAM програмистууд болон нарийн программ хангамжийг шаарддаг. Симуляци ба баталгаажуулалт нь боловсруулахаас өмнө зайлшгүй шаардлагатай алхам болдог. Бэхэлгээ нь хөшүүн чанар, бүрэн эргэлт хийх хангалттай зайг хангах ёстой. Эдгээр хүчин зүйлүүд нь операторууд болон программистуудад шаардагдах ур чадварын түвшинг дээшлүүлдэг.
Практик үр дагавар нь тодорхой байна: 5 тэнхлэгт боловсруулалт нь өндөр үнэ цэнэтэй, нарийн төвөгтэй эд ангиудад онцгой ач холбогдолтой бөгөөд хурд, чанар, чадварын давуу тал нь үйл ажиллагааны өндөр зардал, хөрөнгө оруулалтыг зөвтгөдөг. Энгийн хэсгүүдийн хувьд 3 тэнхлэгт боловсруулалт нь илүү хэмнэлттэй хэвээр байна. Амжилт нь хүчирхэг CAM болон симуляцийн хэрэгслүүдийн хамт технологи, чадварлаг боловсон хүчинд хөрөнгө оруулалт хийхээс шалтгаална. Дизайн, үйлдвэрлэлийн инженерчлэл, машин цехийн хоорондох анхны хамтын ажиллагаа нь 5 тэнхлэгийн чадавхийг бүрэн ашиглахын тулд эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд (DFM) төлөвлөхөд маш чухал юм.
5. Дүгнэлт
Орчин үеийн 5 тэнхлэгт CNC боловсруулалт нь уламжлалт 3 тэнхлэгтэй аргуудтай харьцуулахад нарийн төвөгтэй, өндөр нарийвчлалтай захиалгат металл эд ангиудыг үйлдвэрлэхэд гайхалтай давуу талыг өгдөг. Гол олдворууд үүнийг баталж байна:
Их хэмжээний үр ашиг:Нэг тохируулгатай боловсруулалт, оновчтой багажийн замуудаар эргэлтийн хугацааг 40-60% бууруулна.
Сайжруулсан чанар:Багажны оновчтой чиг баримжаа ба контактын ачаар гадаргуугийн тэгш бус байдал (Ra) 35% хүртэл сайжирсан.
Дээд зэргийн нарийвчлал:±0.025мм дотор геометрийн чухал хүлцэлийг барихад дунджаар 28%-иар нэмэгдэж, олон тохируулгын алдааг арилгана.
Энэхүү технологи нь сансар огторгуй, анагаах ухаан, эрчим хүчний салбарын хувьсан өөрчлөгдөж буй эрэлт хэрэгцээнд шууд нийцсэн 3 тэнхлэгт механик боловсруулалтаар боломжгүй эсвэл боломжгүй нарийн төвөгтэй геометрийг (гүн хөндий, доогуур зүсэлт, нийлмэл муруй) үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.
5 тэнхлэгийн хүчин чадалд хөрөнгө оруулалтын өгөөжийг нэмэгдүүлэхийн тулд үйлдвэрлэгчид нарийн төвөгтэй, өндөр үнэ цэнэтэй эд ангиудад анхаарлаа төвлөрүүлэх ёстой бөгөөд үүнд нарийвчлал, хүргэх хугацаа нь өрсөлдөөний чухал хүчин зүйл болдог. Цаашид хийх ажил нь 5 тэнхлэгт боловсруулалтыг процессын хэмжил зүйтэй уялдуулан бодит цагийн чанарын хяналт, битүү эргэлтийн боловсруулалт, нарийвчлалыг улам нэмэгдүүлж, хаягдлыг багасгах боломжийг судлах ёстой. Инконел эсвэл хатууруулсан ган зэрэг боловсруулахад хэцүү материалын 5 тэнхлэгийн уян хатан чанарыг ашиглан дасан зохицох боловсруулалтын стратегийн талаархи үргэлжлүүлэн судалгаа нь үнэ цэнэтэй чиглэлийг харуулж байна.
