ლითონის ნაწილების ინდივიდუალური დამზადება 5-ღერძიანი დამუშავებით
ლითონის ნაწილების ინდივიდუალური დამზადება 5-ღერძიანი დამუშავებით
ავტორი:PFT, შენჟენი
რეზიუმე:მოწინავე წარმოება მოითხოვს სულ უფრო რთულ, მაღალი სიზუსტის ლითონის კომპონენტებს აერონავტიკის, მედიცინისა და ენერგეტიკის სექტორებში. ეს ანალიზი აფასებს თანამედროვე 5-ღერძიანი კომპიუტერული რიცხვითი მართვის (CNC) დამუშავების შესაძლებლობებს ამ მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად. რთული იმპულსებისა და ტურბინის პირების წარმომადგენლობითი საორიენტაციო გეომეტრიების გამოყენებით, ჩატარდა დამუშავების საცდელი ტესტები, რომლებიც ადარებდა 5-ღერძიან და ტრადიციულ 3-ღერძიან მეთოდებს აერონავტიკის დონის ტიტანზე (Ti-6Al-4V) და უჟანგავ ფოლადზე (316L). შედეგები აჩვენებს დამუშავების დროის 40-60%-ით შემცირებას და ზედაპირის უხეშობის (Ra) 35%-მდე გაუმჯობესებას 5-ღერძიანი დამუშავებით, რაც განპირობებულია შემცირებული დაყენებებით და ხელსაწყოების ოპტიმიზებული ორიენტაციით. ±0.025 მმ ტოლერანტობის ფარგლებში მახასიათებლების გეომეტრიული სიზუსტე საშუალოდ 28%-ით გაიზარდა. მიუხედავად იმისა, რომ მოითხოვს მნიშვნელოვან წინასწარ პროგრამირების ექსპერტიზას და ინვესტიციებს, 5-ღერძიანი დამუშავება საშუალებას იძლევა საიმედოდ წარმოიქმნას აქამდე შეუძლებელი გეომეტრიები უმაღლესი ეფექტურობითა და დასრულებით. ეს შესაძლებლობები 5-ღერძიან ტექნოლოგიას აუცილებელ პოზიციად აქცევს მაღალი ღირებულების, კომპლექსური, ინდივიდუალური ლითონის ნაწილების დამზადებისთვის.
1. შესავალი
ისეთ ინდუსტრიებში, როგორიცაა აერონავტიკა (მოითხოვს უფრო მსუბუქ და ძლიერ ნაწილებს), მედიცინა (მოითხოვს ბიოშეთავსებად, პაციენტისთვის სპეციფიკურ იმპლანტებს) და ენერგეტიკა (მოითხოვს სითხის დამუშავების რთულ კომპონენტებს), მუშაობის ოპტიმიზაციის დაუღალავმა სწრაფვამ ლითონის ნაწილების სირთულის საზღვრები გააფართოვა. ტრადიციული 3-ღერძიანი CNC დამუშავება, რომელიც შეზღუდულია ხელსაწყოებზე შეზღუდული წვდომით და მრავალი საჭირო კონფიგურაციით, ებრძვის რთულ კონტურებს, ღრმა ღრუებს და რთულ კუთხეებს. ეს შეზღუდვები იწვევს სიზუსტის შემცირებას, წარმოების დროის გახანგრძლივებას, უფრო მაღალ ხარჯებს და დიზაინის შეზღუდვებს. 2025 წლისთვის, მაღალი სიზუსტის, მაღალი სიზუსტის ლითონის ნაწილების ეფექტურად წარმოების შესაძლებლობა აღარ არის ფუფუნება, არამედ კონკურენტული აუცილებლობა. თანამედროვე 5-ღერძიანი CNC დამუშავება, რომელიც გთავაზობთ სამი ხაზოვანი ღერძის (X, Y, Z) და ორი ბრუნვის ღერძის (A, B ან C) ერთდროულ კონტროლს, წარმოადგენს ტრანსფორმაციულ გადაწყვეტას. ეს ტექნოლოგია საშუალებას აძლევს საჭრელ ხელსაწყოს მიუახლოვდეს სამუშაო ნაწილს პრაქტიკულად ნებისმიერი მიმართულებით ერთი კონფიგურაციით, ფუნდამენტურად გადალახავს 3-ღერძიანი დამუშავებისთვის დამახასიათებელ წვდომის შეზღუდვებს. ეს სტატია განიხილავს 5-ღერძიანი დამუშავების სპეციფიკურ შესაძლებლობებს, რაოდენობრივ უპირატესობებს და პრაქტიკული განხორციელების მოსაზრებებს ლითონის ნაწილების ინდივიდუალური წარმოებისთვის.
2. მეთოდები
2.1 დიზაინი და შედარება
Siemens NX CAD პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით შეიქმნა ორი საორიენტაციო ნაწილი, რომლებიც მოიცავს ინდივიდუალური წარმოების საერთო გამოწვევებს:
იმპულერი:გამოირჩევა რთული, დაგრეხილი პირებით, მაღალი ასპექტის თანაფარდობითა და მცირე კლირენსით.
ტურბინის პირი:რთული სიმრუდეების, თხელი კედლებისა და ზუსტი სამონტაჟო ზედაპირების ინტეგრირება.
ამ დიზაინებში განზრახ იყო ჩართული ჭრილები, ღრმა ჯიბეები და ხელსაწყოებზე არაორთოგონალური წვდომა საჭირო მახასიათებლებზე, რაც სპეციალურად სამღერძიანი დამუშავების შეზღუდვებზე იყო ორიენტირებული.
2.2 მასალები და აღჭურვილობა
მასალები:აერონავტიკის დონის ტიტანი (Ti-6Al-4V, გახურების პირობა) და 316L უჟანგავი ფოლადი შეირჩა მომთხოვნი აპლიკაციებისთვის მათი შესაბამისობისა და გამორჩეული დამუშავების მახასიათებლების გამო.
მანქანები:
5-ღერძი:DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (Heidenhain TNC 640 კონტროლი).
3-ღერძი:HAAS VF-4SS (HAAS NGC კონტროლი).
ხელსაწყოები:უხეში დამუშავებისა და დასრულებისთვის გამოყენებული იქნა Kennametal-ისა და Sandvik Coromant-ის მყარი კარბიდის ბოლოებიანი დაფარული ფრეზები (სხვადასხვა დიამეტრის, ბურთულიანი და ბრტყელი ბოლოებით). ჭრის პარამეტრები (სიჩქარე, მიწოდება, ჭრის სიღრმე) ოპტიმიზირებული იყო მასალისა და დანადგარის შესაძლებლობების მიხედვით, ხელსაწყოს მწარმოებლის რეკომენდაციებისა და კონტროლირებადი სატესტო ჭრის გამოყენებით.
სამუშაო საყრდენი:სპეციალურად დამუშავებულმა, ზუსტად დამუშავებულმა მოდულური სამაგრებმა უზრუნველყო ორივე ტიპის დანადგარის მყარი დამაგრება და განმეორებადი მდებარეობა. 3-ღერძიანი ტესტირებისთვის, ბრუნვის საჭირო ნაწილები ხელით გადაადგილდა ზუსტი დუბელების გამოყენებით, რაც ტიპურ საამქრო პრაქტიკას სიმულირებდა. 5-ღერძიანმა ტესტირებისთვის გამოყენებული იყო დანადგარის სრული ბრუნვის შესაძლებლობა ერთი სამაგრების კონფიგურაციაში.
2.3 მონაცემთა შეგროვება და ანალიზი
ციკლის დრო:იზომება პირდაპირ მანქანის ტაიმერებიდან.
ზედაპირის უხეშობა (Ra):გაზომვები განხორციელდა Mitutoyo Surftest SJ-410 პროფილომეტრის გამოყენებით თითოეული ნაწილის ხუთ კრიტიკულ ადგილას. მასალის/მანქანის კომბინაციის მიხედვით, სამი ნაწილი დამუშავებული იქნა.
გეომეტრიული სიზუსტე:სკანირებულია Zeiss CONTURA G2 კოორდინატების საზომი აპარატით (CMM). კრიტიკული ზომები და გეომეტრიული ტოლერანტობები (სიბრტყელეობა, პერპენდიკულარულობა, პროფილი) შედარებული იქნა CAD მოდელებთან.
სტატისტიკური ანალიზი:ციკლის დროისა და Ra გაზომვებისთვის გამოითვალა საშუალო მნიშვნელობები და სტანდარტული გადახრები. CMM მონაცემები გაანალიზდა ნომინალური ზომებიდან გადახრისა და ტოლერანტობის შესაბამისობის მაჩვენებლების დასადგენად.
ცხრილი 1: ექსპერიმენტული დაყენების შეჯამება
| ელემენტი | 5-ღერძიანი დაყენება | 3-ღერძიანი დაყენება |
|---|---|---|
| მანქანა | DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5-ღერძიანი) | HAAS VF-4SS (3-ღერძიანი) |
| ფიქსაცია | ერთჯერადი ინდივიდუალური მოწყობილობა | ერთიანი, ინდივიდუალური ფიქსაცია + ხელით ბრუნვა |
| დაყენებების რაოდენობა | 1 | 3 (იმპელერი), 4 (ტურბინის პირი) |
| CAM პროგრამული უზრუნველყოფა | Siemens NX CAM (მრავალღერძიანი ხელსაწყოების ბილიკები) | Siemens NX CAM (3-ღერძიანი ხელსაწყოების ბილიკები) |
| გაზომვა | Mitutoyo SJ-410 (Ra), Zeiss CMM (Geo.) | Mitutoyo SJ-410 (Ra), Zeiss CMM (Geo.) |
3. შედეგები და ანალიზი
3.1 ეფექტურობის ზრდა
5-ღერძიანმა დამუშავებამ დროის მნიშვნელოვანი დაზოგვა აჩვენა. ტიტანის იმპულერის შემთხვევაში, 5-ღერძიანმა დამუშავებამ ციკლის დრო 58%-ით შეამცირა 3-ღერძიან დამუშავებასთან შედარებით (2.1 საათი 5.0 საათის წინააღმდეგ). უჟანგავი ფოლადის ტურბინის პირმა აჩვენა 42%-იანი შემცირება (1.8 საათი 3.1 საათის წინააღმდეგ). ეს მიღწევები, ძირითადად, გამოწვეული იყო მრავალი დაყენების და მასთან დაკავშირებული ხელით დამუშავების/ხელახალი ფიქსაციის დროის აღმოფხვრით და უფრო ეფექტური ხელსაწყოს ბილიკების უზრუნველყოფით უფრო ხანგრძლივი, უწყვეტი ჭრით, ხელსაწყოს ოპტიმიზებული ორიენტაციის წყალობით.
3.2 ზედაპირის ხარისხის გაუმჯობესება
ზედაპირის უხეშობა (Ra) მუდმივად უმჯობესდებოდა 5-ღერძიანი დამუშავებით. ტიტანის იმპულერის რთულ პირების ზედაპირებზე, Ra-ს საშუალო მნიშვნელობები შემცირდა 32%-ით (0.8 µm 1.18 µm-ის წინააღმდეგ). მსგავსი გაუმჯობესება დაფიქსირდა უჟანგავი ფოლადის ტურბინის პირზეც (Ra შემცირდა 35%-ით, საშუალოდ 0.65 µm 1.0 µm-ის წინააღმდეგ). ეს გაუმჯობესება განპირობებულია ჭრის კონტაქტის მუდმივი, ოპტიმალური კუთხის შენარჩუნების და ხელსაწყოს ვიბრაციის შემცირების უნარით, ხელსაწყოს უფრო მოკლე სიგრძეებში უკეთესი სიმყარის გამო.
3.3 გეომეტრიული სიზუსტის გაუმჯობესება
CMM ანალიზმა დაადასტურა 5-ღერძიანი დამუშავების უმაღლესი გეომეტრიული სიზუსტე. კრიტიკული მახასიათებლების პროცენტული მაჩვენებელი, რომელიც მკაცრ ±0.025 მმ ტოლერანტობის ფარგლებში იყო დაცული, მნიშვნელოვნად გაიზარდა: ტიტანის იმპულერისთვის 30%-ით (მიღწეულია 92%-იანი შესაბამისობა 62%-ის წინააღმდეგ) და უჟანგავი ფოლადის პირისთვის 26%-ით (მიღწეულია 89%-იანი შესაბამისობა 63%-ის წინააღმდეგ). ეს გაუმჯობესება პირდაპირ განპირობებულია 3-ღერძიანი პროცესის დროს მრავალჯერადი დაყენებით და ხელით პოზიციონირებით გამოწვეული კუმულაციური შეცდომების აღმოფხვრით. რთული კუთხეების მოთხოვნით მახასიათებლებმა აჩვენა სიზუსტის ყველაზე მნიშვნელოვანი ზრდა.
*სურათი 1: შედარებითი შესრულების მაჩვენებლები (5-ღერძიანი vs. 3-ღერძიანი)*
4. დისკუსია
შედეგები ნათლად ადასტურებს 5-ღერძიანი დამუშავების ტექნიკურ უპირატესობებს რთული, ინდივიდუალური შეკვეთით დამზადებული ლითონის ნაწილებისთვის. ციკლის დროის მნიშვნელოვანი შემცირება პირდაპირ აისახება თითოეული ნაწილის ხარჯების შემცირებასა და წარმოების სიმძლავრის ზრდაზე. გაუმჯობესებული ზედაპირის დამუშავება ამცირებს ან საერთოდ გამორიცხავს მეორად დამუშავების ოპერაციებს, როგორიცაა ხელით გაპრიალება, რაც კიდევ უფრო ამცირებს ხარჯებსა და დამზადების დროს, ამავდროულად აუმჯობესებს ნაწილის თანმიმდევრულობას. გეომეტრიული სიზუსტის ნახტომი კრიტიკულად მნიშვნელოვანია მაღალი ხარისხის აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა აერონავტიკული ძრავები ან სამედიცინო იმპლანტები, სადაც ნაწილის ფუნქცია და უსაფრთხოება უმთავრესია.
ეს უპირატესობები, პირველ რიგში, 5-ღერძიანი დამუშავების ძირითადი შესაძლებლობებიდან გამომდინარეობს: ერთდროული მრავალღერძიანი მოძრაობა, რაც საშუალებას იძლევა ერთი კონფიგურაციით დამუშავება. ეს გამორიცხავს კონფიგურაციით გამოწვეულ შეცდომებს და დამუშავების დროს. გარდა ამისა, ხელსაწყოს უწყვეტი ოპტიმალური ორიენტაცია (ნატეხების იდეალური დატვირთვისა და ჭრის ძალების შენარჩუნება) აუმჯობესებს ზედაპირის დამუშავებას და საშუალებას იძლევა უფრო აგრესიული დამუშავების სტრატეგიების, სადაც ხელსაწყოს სიმტკიცე ამის საშუალებას იძლევა, რაც ხელს უწყობს სიჩქარის ზრდას.
თუმცა, პრაქტიკული გამოყენება მოითხოვს შეზღუდვების აღიარებას. 5-ღერძიანი მექანიზმისა და შესაფერისი ხელსაწყოების კაპიტალდაბანდება მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე 3-ღერძიანი აღჭურვილობისთვის. პროგრამირების სირთულე ექსპონენციალურად იზრდება; ეფექტური, შეჯახებისგან თავისუფალი 5-ღერძიანი ხელსაწყოების ბილიკების შექმნა მოითხოვს მაღალკვალიფიციურ CAM პროგრამისტებს და დახვეწილ პროგრამულ უზრუნველყოფას. სიმულაცია და ვერიფიკაცია დამუშავებამდე სავალდებულო ეტაპები ხდება. ფიქსაციამ უნდა უზრუნველყოს როგორც სიმტკიცე, ასევე საკმარისი კლირენსი სრული ბრუნვისთვის. ეს ფაქტორები ამაღლებს ოპერატორებისა და პროგრამისტებისთვის საჭირო უნარების დონეს.
პრაქტიკული მნიშვნელობა ნათელია: 5-ღერძიანი დამუშავება შესანიშნავია მაღალი ღირებულების, რთული კომპონენტებისთვის, სადაც მისი უპირატესობები სიჩქარის, ხარისხისა და შესაძლებლობების მხრივ ამართლებს მაღალ ოპერაციულ ზედნადებებსა და ინვესტიციებს. უფრო მარტივი ნაწილებისთვის, 3-ღერძიანი დამუშავება კვლავ უფრო ეკონომიურია. წარმატება დამოკიდებულია როგორც ტექნოლოგიაში, ასევე კვალიფიციურ პერსონალში ინვესტირებაზე, ასევე ძლიერ CAM-სა და სიმულაციურ ინსტრუმენტებზე. დიზაინს, წარმოების ინჟინერიასა და სამანქანო სახელოსნოს შორის ადრეული თანამშრომლობა გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა 5-ღერძიანი შესაძლებლობების სრულად გამოსაყენებლად, როდესაც ნაწილების წარმოებადი (DFM) დიზაინისთვისაა განკუთვნილი.
5. დასკვნა
თანამედროვე 5-ღერძიანი CNC დამუშავება ტრადიციულ 3-ღერძიან მეთოდებთან შედარებით, რთული, მაღალი სიზუსტის, ინდივიდუალური ლითონის ნაწილების დასამზადებლად აშკარად უკეთეს გადაწყვეტას წარმოადგენს. ძირითადი დასკვნები ამას ადასტურებს:
მნიშვნელოვანი ეფექტურობა:ციკლის დროის 40-60%-ით შემცირება ერთჯერადი დამუშავებისა და ოპტიმიზებული ხელსაწყოების გზების მეშვეობით.
გაუმჯობესებული ხარისხი:ზედაპირის უხეშობის (Ra) 35%-მდე გაუმჯობესება ხელსაწყოს ოპტიმალური ორიენტაციისა და კონტაქტის გამო.
უმაღლესი სიზუსტე:კრიტიკული გეომეტრიული ტოლერანტობის საშუალო 28%-იანი ზრდა ±0.025 მმ-ის ფარგლებში, რაც გამორიცხავს შეცდომებს მრავალი დაყენების დროს.
ტექნოლოგია საშუალებას იძლევა შეიქმნას რთული გეომეტრიული ფორმები (ღრმა ღრუები, ჩაღრმავებები, რთული მრუდები), რომლებიც არაპრაქტიკული ან შეუძლებელია 3-ღერძიანი დამუშავებით, რითაც პირდაპირ რეაგირებს აერონავტიკის, მედიცინისა და ენერგეტიკის სექტორების მზარდ მოთხოვნებზე.
5-ღერძიანი შესაძლებლობების ინვესტიციის ანაზღაურების მაქსიმიზაციის მიზნით, მწარმოებლებმა ყურადღება უნდა გაამახვილონ მაღალი სირთულის, მაღალი ღირებულების ნაწილებზე, სადაც სიზუსტე და მიწოდების ვადა კრიტიკული კონკურენტული ფაქტორებია. სამომავლო პროექტებში უნდა შესწავლილ იქნას 5-ღერძიანი დამუშავების ინტეგრაცია მეტროლოგიასთან რეალურ დროში ხარისხის კონტროლისა და დახურული ციკლის დამუშავებისთვის, რაც კიდევ უფრო გაზრდის სიზუსტეს და შეამცირებს ჯართს. ასევე ღირებულ მიმართულებას წარმოადგენს ადაპტური დამუშავების სტრატეგიების კვლევის გაგრძელება, რომლებიც იყენებენ 5-ღერძიან მოქნილობას ისეთი რთულად დასამუშავებელი მასალებისთვის, როგორიცაა ინკონელი ან გამაგრებული ფოლადები.
