Recherche sur le processus d'usinage à haute efficacité de la roue intégrale en alliage de titane

En tant que pièce complexe typique de l'industrie manufacturière, la roue globale est largement utilisée dans des domaines de haute technologie tels que l'aviation, l'aérospatiale, les turbomachines modernes, les compresseurs, les turbomachines et les dispositifs de propulsion de lancement de fusée. Avec les progrès de la science des matériaux et de la technologie d'usinage, la roue intégrale en alliage de titane est progressivement devenue le matériau principal en raison de ses excellentes propriétés mécaniques. Cependant, la difficile usinabilité de l’alliage de titane et sa structure complexe de lame posent de nombreux défis au processus d’usinage. Le but de cet article est de discuter du processus d'usinage efficace de la roue monolithique en alliage de titane afin d'améliorer l'efficacité de l'usinage, la qualité de l'usinage et de réduire le coût de fabrication.
Difficultés d'usinage de la roue intégrale en alliage de titane
Les principales difficultés rencontrées lors du traitement de la roue en alliage de titane comprennent les aspects suivants :
Propriétés du matériau : les performances de coupe en alliage de titane (tel que TC4) sont médiocres, petit module d'élasticité, dureté élevée, le processus de coupe est sujet à la déformation, colle le couteau, laisse le couteau et d'autres phénomènes, affectant la qualité de la surface et la précision géométrique.
Surface complexe : la forme de la pale de la turbine est complexe, principalement des surfaces de forme libre, des changements de courbure, des changements fréquents dans la force de coupe pendant le processus d'usinage et la direction est incertaine, facile à produire des vibrations, affectant la qualité de la surface.
Rigidité insuffisante des lames : les lames longues et fines ont une mauvaise rigidité lors du processus d'usinage et sont sujettes à une déformation élastique pendant le processus de finition, ce qui rend difficile la garantie de la précision de l'usinage.
Coûts de traitement élevés : la liaison haute performance à quatre et cinq axes des machines-outils CNC est coûteuse, cycle d'usinage long, faible efficacité, augmentant le coût de fabrication.

Recherche sur les processus d'usinage à haute efficacité
1. Sélection des outils et planification du chemin
Sélection d'outils : pour l'usinage difficile de l'alliage de titane, une fraise à alimentation rapide SKG spécialement développée pour l'alliage de titane est utilisée pour l'ébauche, la fraise SKG adopte un petit angle de déviation et une plaquette de type S à faible résistance, la force de coupe est principalement dans la direction axiale. , et la périphérie extérieure de l'outil évite les structures creuses, ce qui convient à la structure à paroi mince de la roue et aux caractéristiques du traitement de forme spéciale, et peut améliorer l'efficacité de l'ébauche et réduire le coût d'utilisation de l'outil.
Planification du chemin : au stade du rainurage grossier, une méthode de rainurage descendante est adoptée couche par couche dans la direction du canal pour réaliser le degré de rétention sur la lame en contrôlant la zone d'usinage de chaque couche entre les canaux pour garantir la rigidité. de la lame. Dans la phase de finition, le fraisage par points est utilisé pour déterminer raisonnablement la surépaisseur de finition de la lame, sélectionner les paramètres appropriés de l'outil de finition, réduire la force de coupe et garantir la stabilité et la précision du traitement.
2. Optimisation des paramètres de fraisage
Méthode expérimentale orthogonale : utilisez une méthode expérimentale orthogonale pour étudier les caractéristiques du fraisage multi-axes de l'alliage de titane et analyser les effets de la vitesse de fraisage, de l'avance par dent, de la largeur de fraisage, de la profondeur de fraisage et de l'angle d'inclinaison de l'outil sur la force de fraisage et la rugosité de la surface. Le modèle de prédiction de régression de la force de fraisage à cinq facteurs et de la rugosité de surface du fraisage de l'alliage de titane TC4 par une fraise à billes en carbure basé sur l'émulsion comme fluide de fraisage est établi et sa rationalité est vérifiée.
Simulation et validation expérimentale : Le calcul du vecteur d'axe d'outil et la visualisation du parcours d'outil sont complétés en utilisant MATLAB avec la simulation conjointe MAX-PAC et UG. La faisabilité et la supériorité de la trajectoire d'outil optimisée sont vérifiées par simulation et test d'usinage réel.
3. Optimisation multi-objectifs
Optimisation de l'ébauche : en visant le problème du coût élevé et de la faible efficacité de l'ébauche globale de la roue en alliage de titane, établir un modèle mathématique d'optimisation multi-objectifs avec la consommation d'outils minimale et l'efficacité de fraisage la plus élevée comme fonction objectif, et résoudre l'optimisation multi-objectifs problème de la frontière de solution optimale de Pareto avec la boîte à outils d'algorithmes améliorée.
Optimisation de la finition : pour les exigences de haute qualité de surface et de haute efficacité de la finition de la roue en alliage de titane, établissez un modèle mathématique d'optimisation multi-objectifs avec une qualité de surface optimale et une efficacité de fraisage la plus élevée comme fonction objectif, et améliorez la qualité et l'efficacité de l'usinage grâce à l'optimisation. algorithme.
Grâce à la recherche sur le processus d'usinage efficace de la roue intégrale en alliage de titane, cet article propose une solution complète depuis la sélection des outils et la planification du chemin, l'optimisation des paramètres de fraisage jusqu'à l'optimisation multi-objectifs. Ces mesures améliorent efficacement l'efficacité et la qualité d'usinage de la roue intégrale en alliage de titane et réduisent le coût de fabrication. Les résultats de la recherche ont une grande valeur d’application en ingénierie et fournissent un support technique pour l’usinage de pièces en matériaux difficiles à usiner et présentant des structures complexes. Avec les progrès continus de la technologie, le processus d'usinage efficace de la roue intégrale en alliage de titane sera encore amélioré et optimisé à l'avenir.