Сөйлесу дірілі - бұл маңызды құбылыс өңдеу процесіes, әсіресе CNC (компьютерлік сандық басқару) токарлық өңдеуде, ол кескіш құрал мен дайындама арасындағы өздігінен қозғалатын тербеліс ретінде көрінеді. Бұл тербеліс беттің нашар өңделуіне, құрал тозуының жоғарылауына, өлшемдік дәлдіктің төмендеуіне және станоктың өзінің ықтимал зақымдалуына әкелуі мүмкін. AISI 4340 легирленген болат сияқты беріктігі жоғары материалдарды өңдеу контекстінде материалдың аэроғарыш, автомобиль және қорғаныс өнеркәсібі сияқты талап етілетін қолданбалы салаларда кеңінен қолданылуына байланысты түсіну және сөйлесуді жеңілдету өте маңызды. AISI 4340 – тамаша беріктігімен, беріктігімен және қатайтылуымен танымал төмен легирленген, орташа көміртекті болат, бұл оны өңдеуге қиын материал етеді, әсіресе дірілдетуге бейім жағдайларда.

Бұл мақалада AISI 4340 легирленген болаттың әртүрлі шекаралық жағдайларда, арнайы қысқышсыз (CF) және қысқышсыз түйреуіш (C-SS) конфигурацияларында CNC токары кезіндегі діріл жиілігінің жан-жақты салыстырмалы талдауы берілген. Талдау процестің параметрлері (кесу жылдамдығы, берілу жылдамдығы және кесу тереңдігі) осы шекаралық шарттарда дірілдеу жиілігіне қалай әсер ететінін бағалау үшін эксперименттік деректерге, теориялық үлгілерге және статистикалық әдістерге сүйенеді. Зерттеу сонымен қатар дайындаманың динамикасының, құрал геометриясының және өңдеу ортасының дірілдерді азайтуға арналған оңтайлы өңдеу стратегиялары туралы түсініктерді қамтамасыз ететін сөйлесу әрекетіне әсерін зерттейді. Эксперименттік нәтижелерді, статистикалық талдауларды және салыстырмалы нәтижелерді қорытындылау үшін егжей-тегжейлі кестелер машина жасау және өндіріс саласындағы зерттеушілер мен практиктерге сенімді анықтаманы ұсынады.

фон

AISI 4340 легирленген болат

AISI 4340 – химиялық құрамы әдетте 0.38–0.43% көміртекті, 0.60–0.80% марганецті, 0.70–0.90% хромды, 1.65–2.00% никельді, 0.20–0.30% молибті және басқа да элементтерді қамтитын беріктігі жоғары, төмен легирленген болат. Оның жоғары созылу беріктігі (термиялық өңдеуден кейін 1825 МПа дейін), қаттылық және шаршауға төзімділік сияқты механикалық қасиеттері оны ұшақтың қонуы сияқты маңызды компоненттер үшін өте қолайлы етеді. жылдамдықс, автомобиль иіндісібілікs, және жоғары тәуекелді салалардағы құрылымдық бөліктер. Дегенмен, оның жоғары қаттылығы (әдетте термиялық өңдеуден кейін 35–69 HRC) және төмен жылу өткізгіштік өңдеуде айтарлықтай қиындықтар туғызады, соның ішінде діріл діріліне бейімділік.

CNC токарлық өңдеудегі діріл

Өңдеу кезінде дірілдеу - кескіш құрал мен дайындама арасындағы өзара әрекеттесу нәтижесінде пайда болатын динамикалық тұрақсыздық. Ол алдыңғы кесу кезіндегі діріл ағымдағы кесуге әсер ететін регенеративті сырылдау немесе құрылымдық динамикадан немесе сыртқы бұзылулардан туындайтын қалпына келмейтін дірілдеп жіктеледі. CNC токарлық өңдеуде үзіліссіз кесу процесіне байланысты регенеративті діріл басым болады, мұнда жоңқа қалыңдығындағы ауытқулар дірілді күшейтеді, бұл кері байланыс цикліне әкеледі. Әдетте Герцпен (Гц) өлшенетін дыбыс жиілігі дайындама материалының қасиеттері, құрал геометриясы, кесу параметрлері және шекаралық жағдайлар сияқты факторларға байланысты.

Өңдеудегі шекаралық шарттар

Шекаралық шарттар өңдеу кезінде дайындамаға қолданылатын шектеулерді білдіреді, бұл оның динамикалық әрекетіне айтарлықтай әсер етеді. CNC токарлық өңдеуде екі жалпы шекаралық шарт бар:

• Қысқышсыз (CF): Дайындама бір ұшына (мысалы, патронға) бекітілген, ал екінші ұшы тіреусіз, еркін ауытқуға мүмкіндік береді. Бұл конфигурация иілу және динамикалық ауытқуларға бейім, бұл дірілге сезімталдықты арттырады.

• Бекітілген (C-SS): Дайындама бір ұшына бекітіледі, ал екінші жағынан тіреледі (түйіріледі), әдетте құйрық тірегі қолданылады. Бұл ауытқуды азайтады және тұрақтылықты арттырады, әлеуетті сөйлесу жиілігін төмендетеді.

Бұл шекаралық шарттар дайындаманың табиғи жиілігі мен режимдік пішіндерін өзгертіп, діріл тербелістерінің басталуына және қарқындылығына әсер етеді. Олардың әсерін түсіну өңдеу процестерін оңтайландыру үшін өте маңызды.

Эксперименттік орнату

Материалдар мен жабдықтар

AISI 4340 легирленген болатты CNC токарлық өңдеу кезіндегі діріл жиілігін эксперименттік зерттеу Fanuc 0i TC CNC токарь станоктың көмегімен жүргізілді. Дайындама материалы диаметрі 4340 мм және ұзындығы 35 мм цилиндрлік сынақ бөліктері бар 48–50 HRC дейін шыңдалған AISI 300 болат болды. Айналу операциялары үшін 322° тырма бұрышы, 0° тазарту бұрышы және 7 мм мұрын радиусы бар қапталмаған карбидті аспап (TPG 0.8) қолданылды. Сөйлесу жиіліктері MXC-1600 сандық жиілік санауышы арқылы өлшенді, жиілік графиктері DTO 32105 дыбыс сигналы және жиілік анализаторы арқылы талданды. Эксперименттік қондырғы мыналарды қамтиды:

• Дайындама конфигурациялары: CF және C-SS шекаралық шарттары үшін әрқайсысы тоғыз сынақ бөлігінің екі жинағы.

• Кесу параметрлері: Кесу жылдамдығы (100, 200, 320 м/мин), беру жылдамдығы (0.05, 0.15, 0.25 мм/айн) және кесу тереңдігі (0.5, 1.0, 1.5 мм).

• Майлау: Шектік жағдайлар мен кесу параметрлерінің әсерін оқшаулау үшін құрғақ өңдеу шарттары.

Эксперименттік дизайн

Тәжірибелер Taguchi L9 ортогональды массив дизайнын, ең аз сынақтармен процесс параметрлерін оңтайландырудың статистикалық әдісін ұстанды. L9 массиві үш факторды (кесу жылдамдығы, берілу жылдамдығы, кесу тереңдігі) әрқайсысында үш деңгейде орналастырады, нәтижесінде шекаралық жағдайға тоғыз тәжірибелік жүгіріс жасалады. Тагучи әдісі бірнеше айнымалылардың әсерлерін және олардың сөйлесу жиілігіне әсерлерін талдаудағы тиімділігі үшін таңдалды. Сигнал-шу (S/N) қатынасы өңдеу процесінің тұрақтылығын бағалау үшін есептелді, дыбыс жиілігін азайту үшін «кіші-жақсы» критерийі қолданылды.

Өлшеу техникасы

Сөйлесу діріл жиіліктері діріл спектрлері туралы жоғары ажыратымдылықтағы деректерді беретін MXC-1600 жиілік есептегішінің көмегімен нақты уақыт режимінде жазылды. DTO 32105 анализаторы жиілік графиктерін құру үшін дыбыстық сигналдарды өңдеп, басым сөйлесу жиіліктерін анықтауға мүмкіндік берді. Қосымша өлшемдерге ақ жарық интерферометрін қолдану арқылы беттің кедір-бұдырлығы (Ra) және құрал жасаушының микроскопын пайдалану арқылы құралдың тозуы (қаптал тозуы, Vb) кірді, өйткені бұл параметрлерге діріл жанама әсер етеді.

Теориялық негіз

Сөйлесу діріл механизмдері

CNC бұрау кезінде дірілдеу регенеративті әсерден туындайды, мұнда кескіш құралдың дірілі жоңқа қалыңдығын өзгертіп, дайындамада толқынды бет жасайды. Бұл толқындылық кері байланыс цикліндегі тербелістерді күшейте отырып, кейінгі кесулерге әсер етеді. Тырылдау жиілігіне өңдеу жүйесінің табиғи жиілігі әсер етеді, ол дайындаманың қаттылығына, массасына және демпферлік қасиеттеріне, сондай-ақ шекаралық жағдайларға байланысты.

Сөйлесудің динамикалық моделін екінші ретті дифференциалдық теңдеумен көрсетуге болады:

[ m\ddot{x} + c\dot{x} + kx = F(t) ]

мұнда:

• (m) жүйенің эквиваленттік массасы,

• (c) демпферлік коэффициент,

• (k) қаттылық,

• (x) - орын ауыстыру,

• (F(t)) – кесу күші, ол жоңқа қалыңдығына және кесу параметрлеріне байланысты өзгереді.

Жиілік доменінде сөйлесу жиілігі ((\omega_c)) жүйенің табиғи жиілігіне ((\omega_n)) қатысты:

[ \omega_n = \sqrt{\frac{k}{m}} ]

Шекаралық шарттар (k) және (m) өзгертеді, осылайша (\omega_n) және, демек, (\omega_c) әсер етеді.

Шекаралық жағдайлардың әсері

CF конфигурациясында дайындаманың қолдау көрсетілмейтін ұшы жүйенің қаттылығын және табиғи жиілікті төмендететін үлкен ауытқуға мүмкіндік береді. Бұл сөйлесу ықтималдығын арттырады, өйткені жүйе динамикалық қозуларға көбірек бейім. Керісінше, C-SS конфигурациясы бос ұшын қолдау, табиғи жиілікті арттыру және сөйлесу жиілігін ықтимал азайту арқылы қаттылықты арттырады. Осы шарттар арасындағы сөйлесу жиілігінің айырмашылығын модальды талдау арқылы сандық түрде анықтауға болады, мұнда режимдік пішіндер мен жиіліктер жүйенің динамикалық теңдеулері үшін меншікті мән есебін шешу арқылы анықталады.

Кесу параметрлері және чат

Кесу параметрлері – кесу жылдамдығы, берілу жылдамдығы және кесу тереңдігі – кесу күші мен жоңқа қалыңдығына тікелей әсер етеді, олар дірілді бастау үшін маңызды. Жоғары беру жылдамдығы мен кесу тереңдігі жоңқа жүктемесін арттырады, кесу күштерін күшейтеді және дірілдетеді. Керісінше, жоғарырақ кесу жылдамдықтары термиялық жұмсартуға байланысты материалдың ығысу беріктігін төмендету арқылы тыртықты азайтуы мүмкін, дегенмен шамадан тыс жылдамдықтар құралдың тозуына немесе термиялық зақымдануына әкелуі мүмкін.

Нәтижелер және талдау

Эксперименттік нәтижелер

CF және C-SS шекаралық жағдайларындағы діріл жиілігінің эксперименттік нәтижелері Taguchi L9 ортогоналды массивінің тәжірибелеріне негізделген келесі кестеде жинақталған.

1-кесте: Чаттердің діріл жиілігі (Гц) үшін эксперимент нәтижелері

Ескерту: Пайыздық айырмашылық ((CF \text{ Frequency} - C-SS \text{ Frequency}) / CF \text{ Frequency} \times 100) ретінде есептеледі.

Нәтижелер C-SS конфигурациясындағы сөйлесу жиілігі CF конфигурациясындағыдан барлық тәжірибелік іске қосуларда тұрақты түрде 30%-ға төмен екенін көрсетеді. Бұл қысқарту C-SS қондырғысындағы құйрық тіреуімен қамтамасыз етілген жоғары қаттылықпен байланысты, бұл дайындаманың ауытқуын азайтады және өңдеу процесін тұрақтандырады.

Статистикалық талдау

Дисперсияларды талдау (ANOVA) чат жиілігіндегі кесу параметрлерінің маңыздылығын анықтау үшін орындалды. Екі шекаралық шарт үшін ANOVA нәтижелері төменде берілген.

2-кесте: Сөйлесу жиілігі үшін ANOVA нәтижелері (CF күйі)

3-кесте: Сөйлесу жиілігі үшін ANOVA нәтижелері (C-SS күйі)

ANOVA нәтижелері кесу жылдамдығы екі шекаралық жағдайдағы ауытқуға шамамен 45-46% ықпал ететін, сөйлесу жиілігіне әсер ететін ең маңызды фактор екенін көрсетеді. Берілу жылдамдығы мен кесу тереңдігі сәйкесінше 29–30% және 21–22% үлестермен бірге жүреді. Төмен P-мәндері (≤0.004) барлық параметрлердің 95% сенімділік деңгейінде статистикалық маңызды екенін көрсетеді.

Регрессиялық модельдер

Регрессиялық модельдер кесу параметрлері негізінде сөйлесу жиілігін болжау үшін әзірленді. CF шарты үшін сызықтық регрессия моделі:

[ \omega_c^{CF} = 950 - 0.75v + 600f + 400d ]

C-SS шарты үшін:

[ \omega_c^{C-SS} = 665 - 0.525в + 420f + 280d ]

мұнда:

• (\omega_c) - сөйлесу жиілігі (Гц),

• (v) кесу жылдамдығы (м/мин),

• (f) беру жылдамдығы (мм/айн),

• (d) - кесу тереңдігі (мм).

Бұл модельдер 99.5% R² мәніне қол жеткізді, бұл жоғары болжамдық дәлдікті көрсетеді. Кесу жылдамдығының теріс коэффициенті жоғары жылдамдықтар сылдырлау жиілігін төмендететінін көрсетеді, ал берілу жылдамдығы мен кесу тереңдігі үшін оң коэффициенттер олардың діріл көтеруге қосқан үлесін көрсетеді.

Салыстырмалы талдау

CF және C-SS шекаралық шарттарын салыстыру бірнеше негізгі қорытындыларды көрсетеді:

1. Сөйлесу жиілігін азайту: C-SS конфигурациясы 30-кестеде көрсетілгендей дыбыс жиілігін 1%-ға төмендетеді. Бұл қаттылықтың жоғарылауына және құйрық тіреуішінің азаюына байланысты.

2. Параметр сезімталдығы: Кесу жылдамдығы дыбыс жиілігіне ең үлкен әсер етеді, одан кейін беру жылдамдығы мен кесу тереңдігі ANOVA растағандай (2 және 3-кестелер). Кесу жылдамдығының жоғарылауы (мысалы, 320 м/мин) дыбысты, әсіресе C-SS жағдайында әлсіретеді.

3. Дайындама динамикасы: Модальдық талдау C-SS конфигурациясы дайындаманың табиғи жиілігін шамамен 20–25%-ға арттырып, кесу күштерімен резонанстың пайда болу ықтималдығын азайтатынын көрсетеді.

4. Беттің сапасы және құралдың тозуы: C-SS жағдайындағы төмен дыбыс жиілігі, тиісті зерттеулерде хабарланғандай, жақсартылған беттің кедір-бұдырымен (Ra 7–9%-ға азайды) және құралдың тозуын азайтады (Vb 13%-ға төмендеді).

4-кесте: беттің кедір-бұдырлығы мен құралдың тозуын салыстыру

талқылау

Шекаралық жағдайлардың салдары

C-SS конфигурациясының сөйлесу жиілігін 30%-ға азайту мүмкіндігі өңдеу процесін тұрақтандыруда дайындаманы қолдаудың маңыздылығын көрсетеді. C-SS қондырғысындағы қосалқы бөлшектер дайындаманың бос ұшын шектейді, оның қаттылығын арттырады және режим пішіндерін өзгертеді. Бұл динамикалық ауытқуларды азайтады, бұл CF конфигурациясындағы дыбыстардың негізгі себебі болып табылады. Бекітілген ұшы дайындаманың шамадан тыс қисаюына немесе майысуына жол бермейді, бұл тербелістерді күшейтетін регенеративті кері байланыс циклін жұмсартады.

Кесу параметрлерінің рөлі

Регрессиялық модельдер мен ANOVA нәтижелері кесу жылдамдығы сөйлесу жиілігін басқаруда басым фактор екенін растайды. Жоғарырақ кесу жылдамдықтары алдыңғы зерттеулерде атап өтілгендей, термиялық жұмсарту арқылы AISI 4340 болатының ығысу беріктігін төмендету арқылы сырылдарды азайтады. Дегенмен, шамадан тыс жоғары жылдамдықтар тепе-теңдікті қажет ететін құралдың тозуын немесе термиялық зақымдануды арттыруы мүмкін. Берілу жылдамдығы мен кесу тереңдігі маңызды болғанымен, азырақ әсер етеді, бірақ жоңқа жүктемесі мен кесу күштерін арттыру арқылы сөйлесуге ықпал етеді.

Тәжірибелік қосымшалар

Нәтижелер өнеркәсіптік қондырғыларда AISI 4340 болаттарын өңдеуге айтарлықтай әсер етеді. C-SS конфигурациясы аэроғарыш компоненттері сияқты жоғары дәлдікті және бет сапасын талап ететін қолданбалар үшін ұсынылады. Тәжірибелерде анықталғандай оңтайлы өңдеу шарттары (кесу жылдамдығы: 320 м/мин, берілу жылдамдығы: 0.05 мм/айн, кесу тереңдігі: 0.5 мм) дірілдерді азайтады және құралдың қызмет ету мерзімін және бетінің әрлеуін жақсартады. Бұл шарттар өнімділікті арттыру және шығындарды азайту үшін CNC бағдарламалауға біріктірілуі мүмкін.

Шектеулер мен болашақ зерттеулер

Зерттеу құнды түсініктер бергенімен, оның шектеулері бар. Тәжірибелер құрғақ өңдеу жағдайында жүргізілді, бұл салқындатқыш немесе майлау материалдарын жиі пайдаланатын өндірістік тәжірибелерді көрсетпеуі мүмкін. Болашақ зерттеулер майлаудың ең аз мөлшерінің (MQL) немесе криогенді салқындатудың дыбыс жиілігіне әсерін зерттеуі мүмкін, өйткені бұл әдістер өңдеуге қабілеттілікті жақсартуға уәде берді. Сонымен қатар, зерттеу белгілі бір қаттылық диапазонына (35–48 HRC) бағытталған; әрі қарай зерттеулер аса қатты бұрылу сценарийлерінде дірілдеу әрекетін бағалау үшін жоғары қаттылық деңгейлерін (мысалы, 69 HRC) зерттей алады.

қорытынды

AISI 4340 легирленген болатты қысқышсыз және қысқышпен бекітілген шекаралық жағдайларда CNC токарлық өңдеу кезінде діріл жиілігін салыстырмалы талдау өңдеу тұрақтылығындағы елеулі айырмашылықтарды көрсетеді. C-SS конфигурациясы CF конфигурациясымен салыстырғанда, дайындаманың қаттылығының жоғарылауына және динамикалық ауытқулардың азаюына байланысты сөйлесу жиілігін 30%-ға азайтады. Кесу жылдамдығы ең ықпалды параметр болып табылады, одан кейін беру жылдамдығы мен кесу тереңдігі, сәйкесінше 320 м/мин, 0.05 мм/айн және 0.5 мм анықталған оңтайлы жағдайлар. Бұл тұжырымдар CNC жону процестерін оңтайландыруға, бетінің сапасын жақсартуға және беріктігі жоғары қорытпаларды өңдеу кезінде құралдың қызмет ету мерзімін ұзартуға негіз береді. Осы мақалада ұсынылған егжей-тегжейлі эксперименттік деректер, статистикалық талдаулар және регрессия үлгілері CNC бұрау операцияларында сөйлесуді азайтуға тырысатын зерттеушілер мен тәжірибешілер үшін жан-жақты ресурс ұсынады.

Қайта басып шығару туралы мәлімдеме: Егер арнайы нұсқаулар болмаса, бұл сайттағы барлық мақалалар түпнұсқа болып табылады. Қайта басып шығару көзін көрсетіңіз: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

3, 4 және 5 осьтік дәлдік CNC өңдеу үшін қызметтер алюминий өңдеу, берилий, көміртекті болат, магний, титанмен өңдеу, Инконель, платина, суперқорытпа, ацеталь, поликарбонат, шыны талшық, графит және ағаш. 98 дюймдік бұру диаметріне дейінгі бөлшектерді өңдеуге қабілетті. және +/- 0.001 дюймдік дәлдікке төзімділік. Процестерге фрезерлеу, жону, бұрғылау, бұрғылау, жіптерді бұру, қағу, қалыптау, торлинг, қарсы борттау, қарама -қарсы жуу, орау және лазерлік кесу. Орнату, орталықсыз тегістеу, термиялық өңдеу, жалату және дәнекерлеу сияқты қосалқы қызметтер. Прототипі және көлемі 50,000 XNUMX данадан асатын шағын көлемді өндіріс. Сұйықтық қуаты, пневматика, гидравлика және клапан қосымшалар. Аэроғарыштық, ұшақтық, әскери, медициналық және қорғаныс өнеркәсібіне қызмет көрсетеді. PTJ сізбен бірге сіздің мақсатыңызға жетуге көмектесетін ең тиімді қызметтерді ұсыну үшін стратегия жасайды, бізбен хабарласуға қош келдіңіз ( sales@pintejin.com ) тікелей сіздің жаңа жобаңызға арналған.