Gweithgynhyrchu Rhannau Metel Personol gyda Pheiriannu 5-Echel

Gweithgynhyrchu Rhannau Metel Personol gyda Pheiriannu 5-Echel

Awdur:PFT, Shenzhen

Crynodeb:Mae gweithgynhyrchu uwch yn galw am gydrannau metel cynyddol gymhleth a manwl gywir ar draws sectorau awyrofod, meddygol ac ynni. Mae'r dadansoddiad hwn yn gwerthuso galluoedd peiriannu rheoli rhifiadol cyfrifiadurol (CNC) 5-echel modern wrth fodloni'r gofynion hyn. Gan ddefnyddio geometregau meincnod sy'n cynrychioli impellers cymhleth a llafnau tyrbin, cynhaliwyd treialon peiriannu gan gymharu dulliau 5-echel yn erbyn dulliau 3-echel traddodiadol ar ditaniwm gradd awyrofod (Ti-6Al-4V) a dur di-staen (316L). Mae'r canlyniadau'n dangos gostyngiad o 40-60% yn yr amser peiriannu a gwelliant o hyd at 35% mewn garwedd arwyneb (Ra) gyda phrosesu 5-echel, sy'n ganlyniad i osodiadau llai a chyfeiriadedd offer wedi'i optimeiddio. Cynyddodd cywirdeb geometrig ar gyfer nodweddion o fewn goddefgarwch ±0.025mm 28% ar gyfartaledd. Er bod angen arbenigedd a buddsoddiad rhaglennu sylweddol ymlaen llaw, mae peiriannu 5-echel yn galluogi cynhyrchu geometregau a oedd yn amhosibl o'r blaen yn ddibynadwy gydag effeithlonrwydd a gorffeniad uwch. Mae'r galluoedd hyn yn gosod technoleg 5-echel fel un hanfodol ar gyfer cynhyrchu rhannau metel cymhleth, gwerth uchel.

1. Cyflwyniad
Mae'r ymgyrch ddi-baid am optimeiddio perfformiad ar draws diwydiannau fel awyrofod (sy'n mynnu rhannau ysgafnach a chryfach), meddygol (sy'n gofyn am fewnblaniadau biogydnaws, penodol i'r claf), ac ynni (sy'n gofyn am gydrannau cymhleth sy'n trin hylifau) wedi gwthio ffiniau cymhlethdod rhannau metel. Mae peiriannu CNC 3-echel traddodiadol, wedi'i gyfyngu gan fynediad cyfyngedig i offer a nifer o osodiadau gofynnol, yn cael trafferth gyda chyfuchliniau cymhleth, ceudodau dwfn, a nodweddion sy'n gofyn am onglau cyfansawdd. Mae'r cyfyngiadau hyn yn arwain at gywirdeb peryglus, amseroedd cynhyrchu estynedig, costau uwch, a chyfyngiadau dylunio. Erbyn 2025, nid yw'r gallu i gynhyrchu rhannau metel manwl gywir a chymhleth iawn yn effeithlon bellach yn foethusrwydd ond yn angenrheidrwydd cystadleuol. Mae peiriannu CNC 5-echel modern, sy'n cynnig rheolaeth ar yr un pryd o dair echel llinol (X, Y, Z) a dwy echel gylchdro (A, B neu C), yn cyflwyno datrysiad trawsnewidiol. Mae'r dechnoleg hon yn caniatáu i'r offeryn torri nesáu at y darn gwaith o bron unrhyw gyfeiriad mewn un gosodiad, gan oresgyn y cyfyngiadau mynediad sy'n gynhenid ​​mewn peiriannu 3-echel yn sylfaenol. Mae'r erthygl hon yn archwilio'r galluoedd penodol, y manteision meintioli, ac ystyriaethau gweithredu ymarferol peiriannu 5-echel ar gyfer cynhyrchu rhannau metel wedi'u teilwra.

2. Dulliau
2.1 Dylunio a Meincnodi
Dyluniwyd dau ran meincnod gan ddefnyddio meddalwedd CAD Siemens NX, gan ymgorffori heriau cyffredin mewn gweithgynhyrchu personol:

Impeller:Yn cynnwys llafnau cymhleth, troellog gyda chymhareb agwedd uchel a chliriadau tynn.

Llafn y Tyrbin:Yn ymgorffori crymeddau cyfansawdd, waliau tenau, ac arwynebau mowntio manwl gywir.
Roedd y dyluniadau hyn yn fwriadol yn ymgorffori tandoriadau, pocedi dwfn, a nodweddion sy'n gofyn am fynediad at offer nad ydynt yn orthogonol, gan dargedu'n benodol gyfyngiadau peiriannu 3-echel.

2.2 Deunyddiau ac Offer

Deunyddiau:Dewiswyd Titaniwm gradd awyrofod (Ti-6Al-4V, cyflwr anelio) a Dur Di-staen 316L oherwydd eu perthnasedd mewn cymwysiadau heriol a'u nodweddion peiriannu unigryw.

Peiriannau:

5-Echel:DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (rheolaeth Heidenhain TNC 640).

3-Echel:HAAS VF-4SS (rheolaeth NGC HAAS).

Offerynnu:Defnyddiwyd melinau pen carbid solet wedi'u gorchuddio (amrywiol ddiamedrau, trwyn pêl, a phen gwastad) o Kennametal a Sandvik Coromant ar gyfer torri'n fras a gorffen. Optimeiddiwyd paramedrau torri (cyflymder, porthiant, dyfnder toriad) yn ôl deunydd a galluoedd y peiriant gan ddefnyddio argymhellion gwneuthurwr offer a thoriadau prawf rheoledig.

Daliad gwaith:Sicrhaodd gosodiadau modiwlaidd wedi'u peiriannu'n fanwl gywir, glampio anhyblyg a lleoliad ailadroddadwy ar gyfer y ddau fath o beiriant. Ar gyfer y treialon 3-echel, ail-leolwyd y rhannau yr oedd angen cylchdroi arnynt â llaw gan ddefnyddio dowels manwl gywir, gan efelychu arfer llawr y siop nodweddiadol. Defnyddiodd y treialon 5-echel allu cylchdroi llawn y peiriant o fewn un gosodiad gosodiad.

2.3 Caffael a Dadansoddi Data

Amser Cylch:Wedi'i fesur yn uniongyrchol o amseryddion peiriant.

Garwedd Arwyneb (Ra):Wedi'i fesur gan ddefnyddio proffilomedr Mitutoyo Surftest SJ-410 mewn pum lleoliad critigol fesul rhan. Peiriannwyd tair rhan fesul cyfuniad deunydd/peiriant.

Cywirdeb Geometreg:Wedi'i sganio gan ddefnyddio peiriant mesur cyfesurynnau (CMM) Zeiss CONTURA G2. Cymharwyd dimensiynau critigol a goddefiannau geometrig (gwastadrwydd, perpendicwlaredd, proffil) yn erbyn modelau CAD.

Dadansoddiad Ystadegol:Cyfrifwyd gwerthoedd cyfartalog a gwyriadau safonol ar gyfer amser cylchred a mesuriadau Ra. Dadansoddwyd data CMM am wyriad o ddimensiynau enwol a chyfraddau cydymffurfio goddefgarwch.

Tabl 1: Crynodeb o'r Gosodiad Arbrofol

3. Canlyniadau a Dadansoddiad
3.1 Enillion Effeithlonrwydd
Dangosodd peiriannu 5-echel arbedion amser sylweddol. Ar gyfer yr impeller titaniwm, gostyngodd prosesu 5-echel amser y cylchred 58% o'i gymharu â pheiriannu 3-echel (2.1 awr vs. 5.0 awr). Dangosodd llafn y tyrbin dur di-staen ostyngiad o 42% (1.8 awr vs. 3.1 awr). Deilliodd yr enillion hyn yn bennaf o ddileu gosodiadau lluosog a'r amser trin â llaw/ail-osod cysylltiedig, a galluogi llwybrau offer mwy effeithlon gyda thoriadau hirach a pharhaus oherwydd cyfeiriadedd offer wedi'i optimeiddio.

3.2 Gwella Ansawdd Arwyneb
Gwellodd garwedd arwyneb (Ra) yn gyson gyda pheiriannu 5-echel. Ar arwynebau cymhleth llafn yr impeller titaniwm, gostyngodd gwerthoedd Ra cyfartalog 32% (0.8 µm vs. 1.18 µm). Gwelwyd gwelliannau tebyg ar y llafn tyrbin dur di-staen (gostyngodd Ra 35%, gyda chyfartaledd o 0.65 µm vs. 1.0 µm). Priodolir y gwelliant hwn i'r gallu i gynnal ongl gyswllt torri cyson, optimaidd a dirgryniad offer llai trwy anhyblygedd offer gwell mewn estyniadau offer byrrach.

3.3 Gwella Cywirdeb Geometreg
Cadarnhaodd dadansoddiad CMM gywirdeb geometrig uwchraddol gyda phrosesu 5-echel. Cynyddodd canran y nodweddion critigol a gedwir o fewn y goddefiant llym o ±0.025mm yn sylweddol: 30% ar gyfer yr impeller titaniwm (gan gyflawni cydymffurfiaeth o 92% yn erbyn 62%) a 26% ar gyfer y llafn dur di-staen (gan gyflawni cydymffurfiaeth o 89% yn erbyn 63%). Mae'r gwelliant hwn yn deillio'n uniongyrchol o ddileu gwallau cronnus a gyflwynwyd gan osodiadau lluosog ac ail-leoli â llaw sy'n ofynnol yn y broses 3-echel. Dangosodd nodweddion sy'n mynnu onglau cyfansawdd y cynnydd cywirdeb mwyaf dramatig.

*Ffigur 1: Metrigau Perfformiad Cymharol (5-Echel vs. 3-Echel)*

4. Trafodaeth
Mae'r canlyniadau'n sefydlu'n glir fanteision technegol peiriannu 5-echel ar gyfer rhannau metel cymhleth wedi'u teilwra. Mae'r gostyngiadau sylweddol yn yr amser cylchred yn cyfieithu'n uniongyrchol i gostau is fesul rhan a chynnydd mewn capasiti cynhyrchu. Mae'r gorffeniad wyneb gwell yn lleihau neu'n dileu gweithrediadau gorffen eilaidd fel caboli â llaw, gan ostwng costau ac amseroedd arweiniol ymhellach wrth wella cysondeb rhannau. Mae'r naid mewn cywirdeb geometrig yn hanfodol ar gyfer cymwysiadau perfformiad uchel fel peiriannau awyrofod neu fewnblaniadau meddygol, lle mae swyddogaeth a diogelwch rhannau o'r pwys mwyaf.

Mae'r manteision hyn yn deillio'n bennaf o allu craidd peiriannu 5-echel: symudiad aml-echel ar yr un pryd sy'n galluogi prosesu un gosodiad. Mae hyn yn dileu gwallau a thrin a achosir gan y gosodiad. Ar ben hynny, mae cyfeiriadedd offer gorau posibl parhaus (cynnal llwyth sglodion a grymoedd torri delfrydol) yn gwella gorffeniad arwyneb ac yn caniatáu strategaethau peiriannu mwy ymosodol lle mae anhyblygedd offer yn caniatáu, gan gyfrannu at enillion cyflymder.

Fodd bynnag, mae mabwysiadu ymarferol yn gofyn am gydnabod cyfyngiadau. Mae'r buddsoddiad cyfalaf ar gyfer peiriant 5-echel galluog ac offer addas yn sylweddol uwch nag ar gyfer offer 3-echel. Mae cymhlethdod rhaglennu yn cynyddu'n esbonyddol; mae cynhyrchu llwybrau offer 5-echel effeithlon, heb wrthdrawiadau, yn gofyn am raglenwyr CAM medrus iawn a meddalwedd soffistigedig. Mae efelychu a gwirio yn dod yn gamau gorfodol cyn peiriannu. Rhaid i osodiadau ddarparu anhyblygedd a digon o gliriad ar gyfer teithio cylchdro llawn. Mae'r ffactorau hyn yn codi'r lefel sgiliau sydd ei hangen ar weithredwyr a rhaglenwyr.

Mae'r goblygiad ymarferol yn glir: mae peiriannu 5-echel yn rhagori ar gyfer cydrannau cymhleth gwerth uchel lle mae ei fanteision o ran cyflymder, ansawdd a gallu yn cyfiawnhau'r costau gweithredol a'r buddsoddiad uwch. Ar gyfer rhannau symlach, mae peiriannu 3-echel yn parhau i fod yn fwy darbodus. Mae llwyddiant yn dibynnu ar fuddsoddi mewn technoleg a phersonél medrus, ynghyd ag offer CAM ac efelychu cadarn. Mae cydweithio cynnar rhwng dylunio, peirianneg weithgynhyrchu a'r siop beiriannau yn hanfodol i fanteisio'n llawn ar alluoedd 5-echel wrth ddylunio rhannau ar gyfer gweithgynhyrchu (DFM).

5. Casgliad
Mae peiriannu CNC 5-echel modern yn darparu ateb amlwg well ar gyfer gweithgynhyrchu rhannau metel cymhleth, manwl iawn wedi'u teilwra o'i gymharu â dulliau 3-echel traddodiadol. Mae canfyddiadau allweddol yn cadarnhau:

Effeithlonrwydd Sylweddol:Gostyngiadau amser cylch o 40-60% trwy beiriannu un gosodiad a llwybrau offer wedi'u optimeiddio.

Ansawdd Gwell:Gwelliannau garwedd arwyneb (Ra) o hyd at 35% oherwydd cyfeiriadedd a chyswllt offer gorau posibl.

Cywirdeb Uwch:Cynnydd cyfartalog o 28% wrth ddal goddefiannau geometrig critigol o fewn ±0.025mm, gan ddileu gwallau o sawl gosodiad.
Mae'r dechnoleg yn galluogi cynhyrchu geometregau cymhleth (ceudodau dwfn, is-doriadau, cromliniau cyfansawdd) sy'n anymarferol neu'n amhosibl gyda pheiriannu 3-echelin, gan fynd i'r afael yn uniongyrchol â gofynion esblygol y sectorau awyrofod, meddygol ac ynni.

Er mwyn sicrhau'r elw mwyaf posibl ar fuddsoddiad mewn gallu 5-echel, dylai gweithgynhyrchwyr ganolbwyntio ar rannau cymhleth iawn, gwerth uchel lle mae cywirdeb ac amser arweiniol yn ffactorau cystadleuol hollbwysig. Dylai gwaith yn y dyfodol archwilio integreiddio peiriannu 5-echel â metroleg yn y broses ar gyfer rheoli ansawdd amser real a pheiriannu dolen gaeedig, gan wella cywirdeb ymhellach a lleihau sgrap. Mae ymchwil barhaus i strategaethau peiriannu addasol sy'n manteisio ar hyblygrwydd 5-echel ar gyfer deunyddiau anodd eu peiriannu fel Inconel neu ddur caled hefyd yn cyflwyno cyfeiriad gwerthfawr.