Ricerca sul processo di lavorazione ad alta efficienza della girante integrale in lega di titanio

Essendo una tipica parte complessa dell'industria manifatturiera, la girante complessiva è ampiamente utilizzata in campi ad alta tecnologia come l'aviazione, l'aerospaziale, le moderne turbomacchine, i compressori, le turbomacchine e i dispositivi di propulsione per il lancio di razzi. Con il progresso della scienza dei materiali e della tecnologia di lavorazione, la girante integrale in lega di titanio è gradualmente diventata il materiale principale grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche. Tuttavia, la difficile lavorabilità della lega di titanio e la sua complessa struttura delle pale pongono molte sfide al processo di lavorazione. Lo scopo di questo articolo è discutere l'efficiente processo di lavorazione della girante monolitica in lega di titanio al fine di migliorare l'efficienza di lavorazione, la qualità della lavorazione e ridurre i costi di produzione.
Difficoltà nella lavorazione della girante integrale in lega di titanio
Le principali difficoltà incontrate nella lavorazione della girante in lega di titanio comprendono i seguenti aspetti:
Proprietà del materiale: le prestazioni di taglio della lega di titanio (come TC4) sono scarse, modulo di elasticità ridotto, elevata durezza, il processo di taglio è soggetto a deformazione, coltello che si attacca, lascia che il coltello e altri fenomeni influenzino la qualità della superficie e la precisione geometrica.
Superficie complessa: la forma della pala della girante è complessa, per lo più superfici a forma libera, cambiamenti di curvatura, frequenti cambiamenti nella forza di taglio durante il processo di lavorazione e la direzione è incerta, facile da produrre vibrazioni, che influiscono sulla qualità della superficie.
Rigidità della lama insufficiente: le lame lunghe e sottili hanno una scarsa rigidità durante il processo di lavorazione e sono soggette a deformazione elastica durante il processo di finitura, il che rende difficile garantire la precisione della lavorazione.
Costi di lavorazione elevati: i collegamenti a quattro e cinque assi ad alte prestazioni delle macchine utensili CNC sono costosi, cicli di lavorazione lunghi, bassa efficienza, aumento dei costi di produzione.

Ricerca sui processi di lavorazione ad alta efficienza
1. Selezione degli strumenti e pianificazione del percorso
Selezione dell'utensile: per la lavorazione difficile della lega di titanio, per la sgrossatura viene utilizzata la fresa ad avanzamento rapido SKG appositamente sviluppata per la lega di titanio, la fresa SKG adotta un angolo di deflessione ridotto e un inserto di tipo S a bassa resistenza, la forza di taglio è principalmente nella direzione assiale e la periferia esterna dell'utensile evita la struttura cava, che è adatta alla struttura a pareti sottili della girante e alle caratteristiche della lavorazione dalla forma speciale, e può migliorare l'efficienza di sgrossatura e ridurre i costi di utilizzo dell'utensile.
Pianificazione del percorso: nella fase di scanalatura grezza, viene adottato un metodo di scanalatura dall'alto verso il basso strato per strato lungo la direzione del corridore per realizzare la quantità di ritenzione sulla lama controllando l'area di lavorazione di ciascuno strato tra i corridori per garantire la rigidità della lama. Nella fase di finitura, la fresatura a punti viene utilizzata per determinare ragionevolmente il sovrametallo di finitura della lama, selezionare i parametri appropriati dell'utensile di finitura, ridurre la forza di taglio e garantire stabilità e precisione di lavorazione.
2. Ottimizzazione dei parametri di fresatura
Metodo sperimentale ortogonale: utilizzare il metodo sperimentale ortogonale per studiare le caratteristiche della fresatura multiasse della lega di titanio e analizzare gli effetti della velocità di fresatura, dell'avanzamento per dente, della larghezza di fresatura, della profondità di fresatura e dell'angolo di inclinazione dell'utensile sulla forza di fresatura e sulla rugosità superficiale. Viene stabilito il modello di previsione della regressione della forza di fresatura a cinque fattori e della rugosità superficiale della fresatura della lega di titanio TC4 mediante fresa a sfera in metallo duro basata sull'emulsione come fluido di fresatura e ne viene verificata la razionalità.
Simulazione e validazione sperimentale: il calcolo del vettore dell'asse utensile e la visualizzazione del percorso utensile sono completati utilizzando MATLAB con la simulazione dei giunti MAX-PAC e UG. La fattibilità e la superiorità della traiettoria del percorso utensile ottimizzato vengono verificate attraverso la simulazione e test di lavorazione reali.
3. Ottimizzazione multi-obiettivo
Ottimizzazione della sgrossatura: mirare al problema del costo elevato e della bassa efficienza della sgrossatura complessiva della girante in lega di titanio, stabilire un modello matematico di ottimizzazione multi-obiettivo con il consumo minimo di utensili e la massima efficienza di fresatura come funzione obiettivo e risolvere l'ottimizzazione multi-obiettivo problema della frontiera delle soluzioni ottimali di Pareto con il toolbox dell'algoritmo migliorato.
Ottimizzazione della finitura: per i requisiti di elevata qualità superficiale e alta efficienza della finitura della girante in lega di titanio, stabilire un modello matematico di ottimizzazione multi-obiettivo con qualità superficiale ottimale e massima efficienza di fresatura come funzione obiettivo e migliorare la qualità e l'efficienza della lavorazione attraverso l'ottimizzazione algoritmo.
Attraverso la ricerca sull'efficiente processo di lavorazione della girante integrale in lega di titanio, questo articolo propone una soluzione completa dalla selezione degli utensili e dalla pianificazione del percorso, dall'ottimizzazione dei parametri di fresatura all'ottimizzazione multi-obiettivo. Queste misure migliorano efficacemente l'efficienza e la qualità della lavorazione della girante integrale in lega di titanio e riducono i costi di produzione. I risultati della ricerca hanno un alto valore applicativo ingegneristico e forniscono supporto tecnico per la lavorazione di parti in materiale difficile da lavorare con strutture complesse. Con il continuo progresso della tecnologia, l'efficiente processo di lavorazione della girante integrale in lega di titanio sarà ulteriormente migliorato e ottimizzato in futuro.