5 ardatzeko mekanizazioarekin neurrira egindako metalezko piezen fabrikazioa
5 ardatzeko mekanizazioarekin neurrira egindako metalezko piezen fabrikazioa
Egilea:PFT, Shenzhen
Laburpena:Fabrikazio aurreratuak gero eta konplexuagoak eta zehaztasun handiko metalezko osagaiak eskatzen ditu aeroespazial, medikuntza eta energia sektoreetan. Analisia honek 5 ardatzeko ordenagailu bidezko zenbakizko kontrol bidezko (CNC) mekanizazio modernoaren gaitasunak ebaluatzen ditu eskakizun horiek betetzeko. Inpultsore eta turbina-palen erreferentziazko geometriak erabiliz, mekanizazio-probak egin ziren 5 ardatzeko eta 3 ardatzeko metodo tradizionalak alderatuz, titanio aeroespazialean (Ti-6Al-4V) eta altzairu herdoilgaitzean (316L). Emaitzek mekanizazio-denboraren % 40-60ko murrizketa eta gainazaleko zimurtasunaren (Ra) hobekuntza % 35eraino erakusten dute 5 ardatzeko prozesamenduarekin, konfigurazio murriztuei eta erremintaren orientazio optimizatuari zor zaiona. ±0,025 mm-ko tolerantziaren barruan dauden ezaugarrien zehaztasun geometrikoa batez beste % 28 handitu zen. Hasierako programazio-espezializazio eta inbertsio handia behar den arren, 5 ardatzeko mekanizazioak lehen bideraezinak ziren geometriak modu fidagarrian ekoiztea ahalbidetzen du, eraginkortasun eta akabera handiagoarekin. Gaitasun hauek 5 ardatzeko teknologia ezinbestekoa da balio handiko metalezko pieza pertsonalizatu konplexuen fabrikaziorako.
1. Sarrera
Industria aeroespazialak (pieza arinagoak eta sendoagoak eskatzen ditu), medikuntzak (inplante biobateragarriak eta pazienteentzako espezifikoak behar ditu) eta energiak (fluidoak maneiatzeko osagai konplexuak behar ditu) bezalako industrietan errendimenduaren optimizaziorako etengabeko ahaleginak metalezko piezen konplexutasunaren mugak gainditu ditu. 3 ardatzeko CNC mekanizazio tradizionalak, erreminta-sarbide mugatuak eta konfigurazio anitzek mugatuta, kontura korapilatsuekin, barrunbe sakonekin eta angelu konposatuak behar dituzten ezaugarriekin borrokatzen du. Muga horiek zehaztasuna arriskuan jartzea, ekoizpen-denborak luzatzea, kostu handiagoak eta diseinu-murrizketak dakartzate. 2025erako, metalezko piezak oso konplexuak eta zehatzak modu eraginkorrean fabrikatzeko gaitasuna ez da luxu bat izango, lehiakortasun-behar bat baizik. 5 ardatzeko CNC mekanizazio modernoak, hiru ardatz lineal (X, Y, Z) eta bi ardatz birakari (A, B edo C) aldibereko kontrola eskaintzen dituenak, irtenbide eraldatzailea aurkezten du. Teknologia honek ebaketa-erremintak piezara ia edozein norabidetatik hurbiltzea ahalbidetzen du konfigurazio bakarrean, 3 ardatzeko mekanizazioan berezkoak diren sarbide-mugak funtsean gaindituz. Artikulu honek 5 ardatzeko mekanizazioaren gaitasun espezifikoak, abantaila kuantifikatuak eta inplementazio praktikoaren inguruko gogoetak aztertzen ditu metalezko piezen ekoizpen pertsonalizaturako.
2. Metodoak
2.1 Diseinua eta erreferentziazko analisia
Bi erreferentziazko pieza diseinatu ziren Siemens NX CAD softwarea erabiliz, fabrikazio pertsonalizatuan ohikoak diren erronkak kontuan hartuta:
Errotorea:Alderdi-erlazio handiko eta tarte estuetako pala bihurritu konplexuak.
Turbina-pala:Kurbadura konposatuak, horma meheak eta muntaketa gainazal zehatzak barne hartzen ditu.
Diseinu hauek nahita txertatu zituzten ebakidura sakonak, poltsiko sakonak eta erreminta-sarbide ez-ortogonalak behar dituzten ezaugarriak, bereziki 3 ardatzeko mekanizazioaren mugak kontuan hartuta.
2.2 Materialak eta ekipamendua
Materialak:Aeroespazio-mailako titanioa (Ti-6Al-4V, egoera errea) eta 316L altzairu herdoilgaitza hautatu ziren aplikazio zorrotzetan duten garrantziagatik eta mekanizazio-ezaugarri bereizgarriengatik.
Makinak:
5 ardatz:DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (Heidenhain TNC 640 kontrola).
3 ardatz:HAAS VF-4SS (HAAS NGC kontrola).
Tresneria:Kennametal eta Sandvik Coromant-en karburo solido estalidun mutur-fresak (diametro desberdinetakoak, mutur esferikoak eta mutur lauak) erabili ziren arbastatzeko eta akabera emateko. Ebaketa-parametroak (abiadura, aitzinamendua, ebaketa-sakonera) materialaren eta makinaren gaitasunen arabera optimizatu ziren, erreminta-fabrikatzailearen gomendioak eta kontrolatutako proba-ebaketa erabiliz.
Lan-euskarria:Neurrira egindako eta zehaztasunez mekanizatutako euskarri modularrek bi makina motetarako finkatze zurruna eta kokapen errepikagarria bermatu zituzten. 3 ardatzeko probetan, biraketa behar zuten piezak eskuz berriro kokatu ziren zehaztasun-estakoekin, tailerreko ohiko praktika simulatuz. 5 ardatzeko probetan makinaren biraketa-gaitasun osoa erabili zen euskarri bakarreko konfigurazio batean.
2.3 Datuen eskurapena eta azterketa
Zikloaren denbora:Makina-tenporizadoreetatik zuzenean neurtua.
Gainazalaren zimurtasuna (Ra):Mitutoyo Surftest SJ-410 profilometro bat erabiliz neurtu zen pieza bakoitzeko bost kokapen kritikotan. Hiru pieza mekanizatu ziren material/makina konbinazio bakoitzeko.
Zehaztasun geometrikoa:Zeiss CONTURA G2 koordenatuen neurketa-makina (CMM) batekin eskaneatu da. Dimentsio kritikoak eta tolerantzia geometrikoak (lautasuna, perpendikulartasuna, profila) CAD modeloekin alderatu dira.
Analisi estatistikoa:Batez besteko balioak eta desbideratze estandarrak kalkulatu ziren ziklo-denborarentzat eta Ra neurketetarako. CMM datuak aztertu ziren dimentsio nominaletatik desbideratzea eta tolerantzia-betetze-tasak zehazteko.
1. taula: Esperimentu-konfigurazioaren laburpena
| Elementua | 5 ardatzeko konfigurazioa | 3 ardatzeko konfigurazioa |
|---|---|---|
| Makina | DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5 ardatzekoa) | HAAS VF-4SS (3 ardatzekoa) |
| Finkatzea | Muntaketa pertsonalizatu bakarra | Elementu pertsonalizatu bakarra + eskuzko errotazioak |
| Konfigurazio kopurua | 1 | 3 (Inpultsatzailea), 4 (Turbina-pala) |
| CAM softwarea | Siemens NX CAM (Ardatz anitzeko tresna-bideak) | Siemens NX CAM (3 ardatzeko tresna-ibilbideak) |
| Neurketa | Mitutoyo SJ-410 (Ra), Zeiss CMM (Geo.) | Mitutoyo SJ-410 (Ra), Zeiss CMM (Geo.) |
3. Emaitzak eta analisia
3.1 Eraginkortasun-irabaziak
5 ardatzeko mekanizazioak denbora aurrezpen nabarmena erakutsi zuen. Titaniozko inpellerraren kasuan, 5 ardatzeko prozesamenduak ziklo-denbora % 58 murriztu zuen 3 ardatzeko mekanizazioarekin alderatuta (2,1 ordu vs. 5,0 ordu). Altzairu herdoilgaitzezko turbina-palak % 42ko murrizketa erakutsi zuen (1,8 ordu vs. 3,1 ordu). Irabazi horiek batez ere hainbat konfigurazio eta eskuzko manipulazio/berriro finkatzeko denbora ezabatzeagatik eta erremintaren orientazio optimizatuari esker, erreminta-ibilbide eraginkorragoak ahalbidetzeagatik lortu ziren, ebaki luzeago eta jarraituekin.
3.2 Gainazalaren Kalitatearen Hobekuntza
Gainazaleko zimurtasuna (Ra) etengabe hobetu zen 5 ardatzeko mekanizazioarekin. Titaniozko inpeltzailearen pala-gainazal konplexuetan, batez besteko Ra balioak % 32 jaitsi ziren (0,8 µm vs. 1,18 µm). Antzeko hobekuntzak ikusi ziren altzairu herdoilgaitzezko turbina-pala (Ra % 35 murriztu zen, batez beste 0,65 µm vs. 1,0 µm). Hobekuntza hau ebaketa-kontaktu-angelu konstante eta optimoa mantentzeko gaitasunari eta erremintaren bibrazioa murrizteari zor zaio, erremintaren luzapen laburragoetan erremintaren zurruntasun hobeari esker.
3.3 Zehaztasun geometrikoaren hobekuntza
CMM analisiak 5 ardatzeko prozesamenduarekin zehaztasun geometriko bikaina berretsi zuen. ±0,025 mm-ko tolerantzia zorrotzaren barruan mantendutako ezaugarri kritikoen ehunekoa nabarmen handitu zen: % 30 titaniozko inpellerrarentzat (% 92ko konpliantzia lortuz % 62ren aldean) eta % 26 altzairu herdoilgaitzezko palarentzat (% 89ko konpliantzia lortuz % 63ren aldean). Hobekuntza hau zuzenean dator 3 ardatzeko prozesuan beharrezkoak diren konfigurazio anitzek eta eskuzko birposizionamenduek eragindako errore metatuak ezabatzetik. Angelu konposatuak eskatzen dituzten ezaugarriek erakutsi zuten zehaztasun-irabazi nabarmenenak.
*1. irudia: Errendimendu-neurketa konparatiboak (5 ardatzekoa vs. 3 ardatzekoa)*
4. Eztabaida
Emaitzek argi eta garbi ezartzen dituzte 5 ardatzeko mekanizazioaren abantaila teknikoak pieza metaliko konplexu pertsonalizatuetarako. Ziklo-denboraren murrizketa nabarmenek pieza bakoitzeko kostu txikiagoak eta ekoizpen-ahalmena handitzea dakar zuzenean. Gainazalaren akabera hobetuak bigarren mailako akabera-eragiketak murrizten edo ezabatzen ditu, hala nola eskuzko leuntzea, kostuak eta entrega-epeak are gehiago murriztuz, eta, aldi berean, piezaren koherentzia hobetuz. Zehaztasun geometrikoaren jauzia funtsezkoa da errendimendu handiko aplikazioetarako, hala nola aeroespazial motorrak edo inplante medikoak, non piezaren funtzioa eta segurtasuna funtsezkoak diren.
Abantaila hauek batez ere 5 ardatzeko mekanizazioaren gaitasun nagusitik datoz: aldibereko mugimendu multiardatzak konfigurazio bakarreko prozesamendua ahalbidetzen du. Horrek konfigurazioak eragindako akatsak eta manipulazio denbora ezabatzen ditu. Gainera, erremintaren orientazio optimo jarraituak (txirbil-karga eta ebaketa-indar idealak mantenduz) gainazalaren akabera hobetzen du eta mekanizazio-estrategia oldarkorragoak ahalbidetzen ditu erremintaren zurruntasunak ahalbidetzen duen lekuetan, abiadura irabazten lagunduz.
Hala ere, praktikan jartzeak mugak onartzea eskatzen du. 5 ardatzeko makina eta tresneria egoki bat egiteko kapital-inbertsioa 3 ardatzeko ekipamendu bat baino askoz handiagoa da. Programazioaren konplexutasuna esponentzialki handitzen da; 5 ardatzeko tresna-ibilbide eraginkorrak eta talka gabekoak sortzeko, CAM programatzaile oso trebeak eta software sofistikatua behar dira. Simulazioa eta egiaztapena mekanizatu aurretik derrigorrezko urratsak bihurtzen dira. Finkatzeak zurruntasuna eta nahikoa tarte eman behar ditu biraketa-desplazamendu osoa egiteko. Faktore hauek operadoreen eta programatzaileen trebetasun-maila areagotzen dute.
Inplikazio praktikoa argia da: 5 ardatzeko mekanizazioa bikaina da balio handiko osagai konplexuetarako, non abiaduran, kalitatean eta gaitasunean dituen abantailak funtzionamendu-gastu eta inbertsio handiagoa justifikatzen duten. Pieza sinpleagoetarako, 3 ardatzeko mekanizazioa ekonomikoagoa da oraindik. Arrakasta teknologian eta langile kualifikatuetan inbertitzearen mende dago, CAM eta simulazio tresna sendoekin batera. Diseinuaren, fabrikazio-ingeniaritzaren eta mekanizazio-tailerraren arteko lankidetza goiztiarra ezinbestekoa da 5 ardatzeko gaitasunak guztiz aprobetxatzeko fabrikazio-gaitasunerako piezak (DFM) diseinatzerakoan.
5. Ondorioa
5 ardatzeko CNC mekanizazio modernoak irtenbide nabarmen hobea eskaintzen du pieza metaliko konplexu eta zehatzak fabrikatzeko, 3 ardatzeko metodo tradizionalen aldean. Emaitza nagusiek baieztatzen dute:
Eraginkortasun esanguratsua:Ziklo-denboraren % 40-60ko murrizketa mekanizazio bakarreko konfigurazioaren eta tresna-ibilbide optimizatuen bidez.
Kalitate hobetua:Gainazalaren zimurtasunaren (Ra) % 35erainoko hobekuntzak erremintaren orientazio eta kontaktu optimoari esker.
Zehaztasun handiagoa:Batez beste % 28ko igoera tolerantzia geometriko kritikoak ±0,025 mm-ren barruan mantentzean, konfigurazio anitzeko akatsak ezabatuz.
Teknologiak geometria korapilatsuak (barrunbe sakonak, azpiko mozketak, kurba konposatuak) ekoiztea ahalbidetzen du, 3 ardatzeko mekanizazioarekin praktikoak ez direnak edo ezinezkoak direnak, aeroespazial, medikuntza eta energia sektoreen eskaerei zuzenean erantzunez.
5 ardatzeko gaitasunean egindako inbertsioaren itzulera maximizatzeko, fabrikatzaileek konplexutasun handiko eta balio handiko piezetan jarri beharko lukete arreta, non zehaztasuna eta entrega-epea lehiakortasun-faktore kritikoak diren. Etorkizuneko lanek 5 ardatzeko mekanizazioa prozesu barruko metrologiarekin integratzea aztertu beharko lukete denbora errealeko kalitate-kontrolerako eta begizta itxiko mekanizaziorako, zehaztasuna areagotuz eta hondakinak murriztuz. Mekanizazio-estrategia moldagarriei buruzko ikerketa jarraituak, mekanizatzeko zailak diren materialetarako (Inconel edo altzairu gogortuak, 5 ardatzeko malgutasuna aprobetxatzen dutenak) ere norabide baliotsua aurkezten du.
