Авиациялық дәрежедегі беріктігі жоғары алюминий-литий қорытпаларын жоғары жылдамдықпен фрезерлеу кезіндегі термиялық құрылымның эволюциясын және беттік қалдық кернеуді мультифизикалық модельдеу
Авиациялық жоғары берік алюминий-литий (Al-Li) қорытпалары төмен тығыздық, жоғары меншікті беріктік, тамаша коррозияға төзімділік және жақсартылған шаршау қасиеттерінің ерекше үйлесімі арқасында аэроғарыш өнеркәсібінде маңызды болып табылады. AA2050, AA2099 және AA2195 сияқты бұл қорытпалар фюзеляж панельдері, қанат мұқабалары және жүк тиеу сияқты маңызды құрылымдық компоненттерде көбірек қолданылады.подшипник жеңіл дизайн және механикалық өнімділік маңызды болып табылатын жақтаулар. Жоғары жылдамдықты фрезер (HSM), a дәл өңдеу жоғары кесу жылдамдығымен және беріліс жылдамдығымен сипатталатын процесс, бұл қорытпаларды қатаң өлшемдік төзімділікпен күрделі геометрияларға айналдыру үшін кеңінен қолданылады. Дегенмен, механикалық, жылулық және микроқұрылымдық құбылыстарды қамтитын HSM кезіндегі көп физикалы өзара әрекеттесулер, әсіресе жылулық текстураның эволюциясын және беттік қалдық кернеулерді бақылауда айтарлықтай қиындықтарды тудырады. Бұл факторлар өңделген бөліктің бетінің тұтастығына, шаршау мерзіміне және қызмет көрсетудегі жалпы өнімділікке сыни әсер етеді.
HSM күрделілігі кесу күштерінің өзара әрекеттесуінен, үйкеліс жылуының пайда болуынан, пластикалық деформациядан және динамикалық қайта кристалданудан туындайды, олардың барлығы микроқұрылымдық өзгерістерге және қалдық кернеу күйлеріне ықпал етеді. Жылулық текстураның эволюциясы локализацияланған қыздыру және деформация әсерінен кристаллографиялық текстураның дамуын білдіреді, ал беттік қалдық кернеулер механикалық жүктемелер мен жылу градиенттерінің бірлескен әсерінен туындайды. Бұл құбылыстарды түсіну және болжау үшін есептеу механикасы, термодинамика және материалтануды біріктіретін күрделі көп физикалы модельдеу тәсілдері қажет. Мұндай модельдер зерттеушілер мен инженерлерге өңдеу параметрлерін оңтайландыруға, бет сапасын жақсартуға және аэроғарыштық құрамдас бөліктердегі крекинг немесе бұрмалану сияқты ақауларды азайтуға мүмкіндік береді.
Бұл мақалада Al-Li қорытпаларының HSM кезінде термиялық текстураның эволюциясы мен беттік қалдық кернеуді талдау үшін көп физикалық модельдеу әдістерін жан-жақты зерттеу қарастырылған. Ол соңғы элементтерді талдау (FEA), кристалдық пластикалық модельдер және фазалық өріс модельдеулерінен алынған тәжірибелік және есептеу әдістемелеріндегі соңғы жетістіктерді синтездейді. Талқылау Al-Li қорытпаларының материалдық қасиеттерін, HSM механикасын, термиялық және механикалық модельдеу құрылымдарын, текстураның эволюциясының механизмдерін, қалдық кернеуді қалыптастыруды және процесті оңтайландырудың практикалық стратегияларын шешуге арналған. Егжей-тегжейлі кестелер материалдың қасиеттерін, модельдеу тәсілдерін және эксперименттік нәтижелерді салыстыру үшін енгізілген, бұл мұқият және ғылыми негізделген презентацияны қамтамасыз етеді.
Алюминий-литий қорытпалары: құрамы мен қасиеттері
Аль-Ли қорытпаларына шолу
Алюминий-литий қорытпалары аэроғарыштық қолданбалардың күрделі талаптарын қанағаттандыру үшін жасалған озық материалдар класын білдіреді. Литийді қосу, әдетте массасының 0.5-тен 3%-ға дейін, серпімділік модулін шамамен 3%-ға арттыра отырып, қорытпаның тығыздығын литийдің 1 массасына шаққанда шамамен 6%-ға төмендетеді. Бұл қорытпалар сонымен қатар AA7075 немесе AA2024 сияқты кәдімгі алюминий қорытпаларымен салыстырғанда жоғары шаршау сызатының өсуіне төзімділігін, сыну беріктігін және коррозияға төзімділігін көрсетеді. AA2050, AA2099 және AA2195 сияқты үшінші буын Al-Li қорытпалары мыс (Cu), магний (Mg) және цирконий (Zr) сияқты элементтермен композицияларды оңтайландыру арқылы анизотропия мен дәнекерлеуді қоса алғанда, бұрынғы қиындықтарды шешу үшін әзірленген.
Құрамы және микроқұрылымдық сипаттамалары
Al-Li қорытпаларының құрамы олардың механикалық және жылулық қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді. Литий когерентті δ′ (Al₃Li) тұнбалардың түзілуін күшейтеді, бұл жауын-шашынның қатаюына ықпал етеді, сонымен қатар анизотропты механикалық әрекетке әкелетін жазық сырғуды енгізеді. Cu сияқты басқа легирленген элементтер T₁ (Al₂CuLi) және θ′ (Al₂Cu) фазаларының түзілуіне ықпал етеді, ал Zr Al₃Zr дисперсоидтары арқылы дәнді тазартуды жеңілдетеді, икемділікті жақсартады және термомеханикалық өңдеу кезінде текстураны бақылайды. 1-кесте аэроғарыштық қолданбаларда қолданылатын негізгі Al-Li қорытпаларының типтік құрамын жинақтайды.
**1-кесте: Авиациялық деңгейдегі Al-Li қорытпаларының типтік химиялық құрамдары (масс.%)**
қорытпа |
Al |
Li |
Cu |
Mg |
Zr |
Mn |
Fe |
Si |
Басқа |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
AA2050 |
Бал. |
0.7-1.3 |
3.2-3.9 |
0.2-0.6 |
0.06-0.14 |
0.2-0.5 |
≤0.1 |
≤0.1 |
Ag: 0.2–0.7 |
AA2099 |
Бал. |
1.6-2.0 |
2.4-3.0 |
0.1-0.5 |
0.05-0.12 |
0.1-0.5 |
≤0.07 |
≤0.05 |
Zn: ≤0.9 |
AA2195 |
Бал. |
0.8-1.2 |
3.7-4.3 |
0.25-0.8 |
0.08-0.16 |
≤0.25 |
≤0.15 |
≤0.12 |
Ag: 0.25–0.6 |
AA2198 |
Бал. |
0.8-1.1 |
2.9-3.5 |
0.1-0.5 |
0.04-0.18 |
≤0.5 |
≤0.1 |
≤0.08 |
Zn: ≤0.35 |
Ескертулер: Бал. = Баланс; Fe және Si қоспалар; Басқалары белгілі қорытпалар үшін Ti, Sc немесе Ce сияқты микроэлементтерді қамтиды.
Механикалық және жылулық қасиеттері
Al-Li қорытпаларының механикалық қасиеттері, мысалы, жоғары меншікті беріктік пен қаттылық, оларды жоғары жүктемелерге ұшырайтын аэроғарыштық компоненттер үшін өте қолайлы етеді. Мысалы, AA2099 шамамен 450–550 МПа аққыштық күшін және T500 шынықтырудан кейін 600–8 МПа шекті созылу беріктігін (UTS) көрсетеді. Дегенмен, олардың жоғары беріктігі кристаллографиялық құрылымға байланысты анизотропияның жоғарылауына байланысты, әсіресе соғылған бұйымдарда. Термиялық тұрғыдан, Al-Li қорытпалары жақсы өткізгіштікке ие (шамамен 30-40% IACS), бірақ HSM сияқты жоғары температуралық процестер кезінде термиялық жұмсартуға бейім, бұл өңдеу шарттарын дәл бақылауды қажет етеді.
2-кестеде таңдалған Al-Li қорытпаларының механикалық және жылулық қасиеттері кәдімгі алюминий қорытпаларымен салыстырылады.
**2-кесте: Al-Li және кәдімгі алюминий қорытпаларының механикалық және жылулық қасиеттері**
қорытпа |
Тығыздығы (г / см³) |
Өнімділік беріктігі (МПа) |
UTS (МПа) |
Жас модулі (GPa) |
Жылу өткізгіштік (Вт/м·К) |
---|---|---|---|---|---|
AA2050 |
2.70 |
470-520 |
510-570 |
76 |
130-150 |
AA2099 |
2.63 |
450-550 |
500-600 |
77 |
120-140 |
AA2195 |
2.71 |
480-540 |
520-620 |
78 |
125-145 |
AA7075-T6 |
2.81 |
500-540 |
560-590 |
71 |
130-160 |
AA2024-T3 |
2.78 |
345-400 |
480-520 |
73 |
120-150 |
Ескертулер: Мәндер шамамен берілген және арнайы термиялық өңдеу мен өңдеу шарттарына байланысты.
Жоғары жылдамдықты фрезерлеу: технологиялық механика және қиындықтар
Жоғары жылдамдықты фрезерлеудің негіздері
Жоғары жылдамдықты фрезерлік кесу жылдамдығы 1000 м/мин асатын, алюминий қорытпалары үшін жиі 2000–5000 м/мин жететін, жоғары берілу жылдамдығымен және кесу тереңдігінің төмендігімен анықталады. Бұл процесс материалды кетірудің жоғары жылдамдығына (MRR) және бетті әрлеуге қол жеткізу үшін шпиндельдің жоғары жылдамдығы мен жетілдірілген құрал материалдарын (мысалы, карбид немесе поликристалды алмас) пайдаланады. Аэроғарыш өнеркәсібінде HSM жұқа қабырғалы құрылымдар мен күрделі геометрияларды өңдеу үшін өте маңызды, мысалы, Al-Li қорытпаларындағы монолитті компоненттер, олар кейбір қолданбаларда материалды кетірудің 90% құрайды.
HSM механикасы кесу күштерінің динамикалық өзара әрекеттесуін, аспап пен дайындаманың әрекеттесуін және жылу өндіруді қамтиды. Кесетін құрал дайындаманы циклдік түрде қосады, ығысу деформациясы арқылы жоңқаларды шығарады, сонымен бірге құрал-жоңқа интерфейсінде айтарлықтай үйкеліс жылуын тудырады. Al-Li қорытпалары үшін жоғары жылу өткізгіштік және төмен балқу температурасы (шамамен 600–650°C) термиялық әсерлерді күшейтеді, бұл микроқұрылымға және қалдық кернеулерге әсер ететін локализацияланған температураның көтерілуіне әкеледі.
Al-Li қорытпаларының HSM қиындықтары
Al-Li қорытпаларының HSM негізгі қиындықтарына мыналар жатады:
-
Жылу әсерлері: Жоғары кесу жылдамдықтары құрал мен дайындаманың интерфейсінде 300–500°C дейінгі температураны тудырады, бұл термиялық жұмсартуға, динамикалық қайта кристалдануға және фазалық түрлендіруге ықпал етеді.
-
Қалдық кернеулер: Механикалық жүктемелер мен термиялық градиенттер күрделі қалдық кернеу профильдерін тудырады, беттегі созылу кернеулері шаршау мерзімін бұзуы мүмкін.
-
Текстура эволюциясы: Механикалық анизотропияға және қалыптауға әсер ететін HSM кристаллографиялық текстураның өзгеруі кезіндегі деформация және термиялық циклдар.
-
Құралдың тозуы және діріл: Al-Li қорытпаларының жоғары беріктігі мен абразивтілігі құралдың тозуын тездетеді, ал жұқа қабырғалы құрылымдар бетінің сапасына әсер ететін дірілге бейім.
-
Бетінің тұтастығы: Төмен беттің кедір-бұдырлығына (Ra < 0.8 мкм) және жер асты қабатының ең аз зақымдалуына қол жеткізу өте маңызды, бірақ қорытпалардың өңдеу параметрлеріне сезімталдығына байланысты қиын.
Бұл қиындықтар өңделген компоненттердің оңтайлы өнімділігін қамтамасыз ететін HSM кезінде мультифизикалық өзара әрекеттесулерді болжау және басқару үшін кеңейтілген модельдеуді қажет етеді.
Көп физикалы модельдеу шеңберлері
Көп физикалы модельдеуге шолу
Көп физикалы модельдеу HSM кезінде күрделі өзара әрекеттесулерді имитациялау үшін бірнеше физикалық домендерді (механикалық, термиялық және микроқұрылымдық) біріктіреді. Негізгі тәсілдерге мыналар жатады:
-
Ақырлы элементтерді талдау (FEA): Үздіксіз механиканың көмегімен кесу күштерін, жылу өрістерін және қалдық кернеулерді модельдейді.
-
Кристалды пластикалық модельдер: Астық масштабындағы микроқұрылымдық эволюцияны және текстураның өзгерістерін түсіріңіз.
-
Фазалық өріс әдістері: Фазалық түрлендірулерді және қайта кристалдану кинетикасын имитациялау.
-
Қосылған термомеханикалық модельдер: Стресс пен текстура эволюциясын болжау үшін термиялық және механикалық әсерлерді біріктіріңіз.
Бұл құрылымдар жоғары деформация жылдамдығы мен температура кезіндегі материалдың әрекетін сипаттау үшін Джонсон-Кук үлгісі сияқты конститутивтік модельдерге сүйенеді және олар көбінесе рентген сәулелерінің дифракциясы (XRD) және электрондардың кері шашырауы (EBSD) сияқты эксперименттік әдістер арқылы тексеріледі.
HSM үшін соңғы элементтерді талдау
FEA HSM-де термомеханикалық муфтаны түсіріп, кесу процесін имитациялау үшін кеңінен қолданылады. Басқарушы теңдеулер мыналарды қамтиды:
-
Импульс балансы: [ \nabla \cdot \sigma + \rho b = \rho \ddot{u} ] мұндағы (\sigma) - кернеу тензоры, (\rho) - тығыздық, (b) - дене күші, (\ddot{u}) - үдеу.
-
Энергия балансы: [ \rho c_p \frac{\partial T}{\partial t} = \nabla \cdot (k \nabla T) + Q ] мұндағы (c_p) - меншікті жылу, (T) - температура, (k) - жылу өткізгіштік және (Q) - пластикалық жұмыс пен үйкеліс нәтижесінде пайда болатын жылу.
FEA үлгілері дайындамаларды және құралды элементтерге бөліп, кернеуді, деформацияны және температураны бөлуді шешеді. Al-Li қорытпалары үшін FEA әртүрлі жағдайларда, соның ішінде құрғақ, минималды майлау (MQL) және криогенді салқындату кезінде кесу күштерін, температура профильдерін және қалдық кернеулерді болжау үшін пайдаланылды. 3-кестеде Al-Li қорытпаларының HSM үшін әртүрлі FEA негізіндегі үлгілері салыстырылады.
**3-кесте: Al-Li қорытпаларының HSM үшін СЭҚ негізіндегі үлгілерін салыстыру**
Үлгі түрі |
Бағдарламалық қамтамасыз ету |
Басты ерекшеліктер |
Шығару |
шектеулер |
анықтамалық |
---|---|---|---|---|---|
2D ортогональды кесу |
ABAQUS |
Джонсон-Кук конститутивтік моделі, үйкеліс жылуы |
Кесу күштері, бет температурасы |
Жеңілдетілген геометрия, 3D әсерлерін елемейді |
|
3D фрезерлеу |
DEFORM-3D |
Қосылған термомеханикалық, адаптивті тор |
Қалдық кернеу, чиптің морфологиясы |
Жоғары есептеу құны |
|
Криогенді салқындату |
КОМСОЛ |
Термомеханикалық муфта, LN2 салқындату |
Беттік қалдық кернеу, температура |
Арнайы салқындату шарттарымен шектелген |
|
Гибридті FEA-статистикалық |
ЖАУАПТАР |
СЭҚ жауап бетінің әдістемесімен біріктіреді |
Қалдық стрессті болжау |
Үлкен эксперименттік деректерді қажет етеді |
Кристалды пластикалық модельдеу
Кристалл пластикасының үлгілері астық масштабында сырғу және егу механизмдерін шешу арқылы текстураның эволюциясын имитациялайды. Бұл модельдер кристаллографиялық текстураны сипаттау үшін бағдарлауды тарату функциясын (ODF) пайдаланады және деформацияның қатаюы мен текстураның өзгерістерін түсіру үшін Voce қатайту үлгісі сияқты конститутивтік заңдарды біріктіреді. Пластикалық деформацияның басқарушы теңдеуі:
[ \нүкте{\гамма}^\альфа = \нүкте{\гамма}_0 \сол( \frac{|\tau^\alpha|}{\tau_c^\alpha} \оң)^n \text{sgn}(\tau^\alpha) ]
мұндағы (\dot{\gamma}^\alpha) сырғанау жүйесіндегі ығысу жылдамдығы (\альфа), (\tau^\alpha) шешілген ығысу кернеуі, (\tau_c^\alpha) сыни шешілген ығысу кернеуі және (n) - деформация жылдамдығының сезімталдық көрсеткіші.
Al-Li қорытпалары үшін кристалды пластикалық модельдер механикалық анизотропияға әсер ететін HSM кезінде Brass {110}<112> және Cube {100}<001> сияқты текстура компоненттерінің эволюциясын болжайды. Бұл модельдер есептеуді қажет етеді, бірақ микроқұрылымдық өзгерістер туралы егжей-тегжейлі түсінік береді.
Фазалық өріс және микроқұрылымдық модельдер
Фазалық өріс әдістері тәртіп параметрлерінің эволюциясын қадағалау арқылы динамикалық қайта кристалдануды (DRX) және фазалық түрлендірулерді имитациялайды. Фазалық-өріс теңдеуі:
[ \frac{\partial \phi}{\partial t} = -M \frac{\delta F}{\delta \phi} ]
мұндағы (\phi) – фазалық өрістің айнымалысы, (M) – қозғалғыштық, (F) – бос энергияның функционалдық мәні. Бұл модельдер жоғары деформация жылдамдығы мен температураға байланысты HSM кезінде пайда болатын Al-Li қорытпаларындағы үздіксіз динамикалық қайта кристалдануды (CDRX) зерттеу үшін әсіресе пайдалы.
HSM-дегі термиялық текстураның эволюциясы
Текстура эволюциясының механизмдері
Al-Li қорытпаларының HSM термиялық құрылымының эволюциясы пластикалық деформация, термиялық градиенттер және қайта кристалдану комбинациясы арқылы жүзеге асады. Негізгі механизмдерге мыналар жатады:
-
Slip жүйесін белсендіру: Жоғары ығысу штаммдары бірнеше сырғанау жүйелерін белсендіреді, бұл Мыс {112}<111> және S {123}<634> сияқты құрылымдық компоненттерге әкеледі.
-
Динамикалық қайта кристалдану (DRX): Локализацияланған қыздыру DRX-ге ықпал етеді, нәтижесінде жұқа, тең жақты дәндер мен текстураның рандомизациясы пайда болады.
-
Термиялық жұмсарту: Жоғары температура ағынның кернеуін азайтады, сырғанау жүйесінің белсенділігін және текстураның дамуын өзгертеді.
Ыстық экструзия немесе илемдеу кезінде жиі дамыған Al-Li қорытпаларының күшті бастапқы құрылымы HSM кезінде циклдік жүктеме мен термиялық циклдарға байланысты дамиды. EBSD зерттеулері жоғары жылдамдықты фрезерлеу CDRX, әсіресе AA2099 сияқты қорытпаларда ілгерілету арқылы текстураның қарқындылығын төмендете алатынын көрсетеді.
Текстура эволюциясын модельдеу
Текстура эволюциясын болжау үшін кристалды пластикалық соңғы элементтер модельдері (CPFEM) және ODF негізіндегі модельдер пайдаланылады. Мысалы, AA2070 Al-Li қорытпасына арналған көп масштабты модель макро масштабты FEA микро масштабты ODF жаңартуларымен байланыстыру арқылы деформация кезінде текстураның өзгерістерін имитациялайды. Бұл модельдер жоғары кесу жылдамдығы қайта кристалдануды күшейту арқылы текстураның анизотропиясын төмендететінін көрсетеді, ал төмен беру жылдамдығы шектеулі термиялық кіріске байланысты күшті текстураларды сақтайды.
4-кестеде HSM кезінде Al-Li қорытпаларындағы текстураның эволюциясы бойынша эксперименттік және модельдеу зерттеулері жинақталған.
**4-кесте: HSM кезінде Al-Li қорытпаларындағы текстура эволюциясын зерттеу**
қорытпа |
процесс |
Текстура компоненттері |
Модельдеу тәсілі |
Негізгі тұжырымдар |
анықтамалық |
---|---|---|---|---|---|
AA2070 |
HSM |
Жез, текше |
ODF бар CPFEM |
Жоғары кесу жылдамдығымен төмендетілген анизотропия |
|
AA2099 |
Экструзия + HSM |
Мыс, С |
VPSC моделі |
CDRX текстураның қарқындылығын төмендетеді |
|
AA2195 |
Фрезерлеу |
Goss, Cube |
Фазалық өріс |
Тепе-тең дәндер жоғары температурада түзіледі |
|
AA2050 |
Криогенді HSM |
Жез, С |
FEA + EBSD |
Криогенді салқындату текстураның өзгеруін азайтады |
Беттік қалдық кернеудің қалыптасуы
Қалдық кернеу механизмдері
HSM бетіндегі қалдық кернеулер механикалық және жылулық жүктемелердің суперпозициясынан туындайды:
-
Механикалық жүктемелер: Кесу күштері пластикалық деформация арқылы қысу кернеулерін тудырады, ал құралдың тозуы созылу кернеулерін арттырады.
-
Жылулық жүктемелер: Үйкеліс жылуы термиялық кеңею және кейінгі салқындату салдарынан созылу кернеулерін тудырады.
-
Қосылған әсерлер: Термомеханикалық муфта кернеу градиенттерін күшейтеді, әсіресе жұқа қабырғалы компоненттерде.
Al-Li қорытпаларында беттегі созылу қалдық кернеулері (200–300 МПа дейін) шаршау мерзіміне зиян келтіреді, ал жер қойнауындағы қысу кернеулері (100–200 МПа) төзімділікті арттырады. Сұйық азотты (LN2) қолданатын криогенді салқындату кесу температурасын төмендету арқылы созылу кернеуін азайтатыны көрсетілген.
Қалдық кернеуді модельдеу
Қалдық кернеу үлгілері стресс профильдерін болжау үшін SEA эмпирикалық немесе статистикалық тәсілдермен біріктіреді. Мысалы, Цзян және т.б. кесу күштері Al-Li қорытпаларында радиалды қалдық кернеуде басым болатынын көрсету үшін сандық СЭҚ үлгісін пайдаланды, ал жылу жүктемелері төмен жылдамдықтарда әлсіз әсер етеді. Стресс тензоры келесі түрде есептеледі:
[ \sigma_r = \sigma_m + \sigma_t ]
мұндағы (\sigma_r) - қалдық кернеу, (\sigma_m) - механикалық құрамдас, (\sigma_t) - жылу компоненті.
5-кестеде Al-Li қорытпаларының HSM үшін қалдық кернеуді модельдеу тәсілдері салыстырылады.
**5-кесте: Al-Li қорытпаларының HSM үшін қалдық кернеуін модельдеу тәсілдері**
моделі |
қорытпа |
Стресс түрі |
Негізгі параметрлері |
Валидация әдісі |
анықтамалық |
---|---|---|---|---|---|
СЭҚ |
AA2050 |
Созылу/сығымдау |
Кесу жылдамдығы, беру жылдамдығы |
XRD, FEA |
|
Гибридті FEA-статистикалық |
AA7075 |
Беттік созылу |
Құралдың тозуы, кесу тереңдігі |
XRD, ANOVA |
|
Криогенді СЭҚ |
AA2195 |
Қысымды |
LN2 ағынының жылдамдығы, жылдамдығы |
EBSD, XRD |
|
Эмпирикалық |
AA2099 |
Созылу |
Берілу жылдамдығы, шпиндель жылдамдығы |
Электрополировка, XRD |
Эксперименттік валидация және техникасы
Өлшеу техникасы
Көп физикалы модельдердің эксперименталды валидациясы дамыған сипаттама әдістеріне сүйенеді:
-
Рентген сәулелерінің дифракциясы (XRD): Тордың деформациясын талдау арқылы қалдық кернеулерді өлшейді.
-
Электрондық кері шашырау дифракциясы (EBSD): Кристаллографиялық құрылымды және түйір өлшемін карталар.
-
Инфрақызыл термография: HSM кезінде бет температурасы профильдерін түсіреді.
-
Динамометрия: Пьезоэлектрлік датчиктер арқылы кесу күштерінің мөлшерін анықтайды.
Бұл әдістер криогендік салқындату кезінде созылу кезіндегі қалдық кернеулердің төмендеуі немесе CDRX арқылы тең осьті дәндердің қалыптасуы сияқты модельдік болжамдарды растайды.
Іс-тәжірибелер
Соңғы зерттеулер Al-Li қорытпаларының HSM үшін көп физикалы модельдерін растайды:
-
AA2195 криогенді фрезерлеу: Криогенді салқындату бет температурасын 30–50%-ға төмендетті және қалдық кернеулерді созылудан қысуға ауыстырып, шаршау мерзімін ұзартты.
-
AA2099 ішіндегі текстураның эволюциясы: EBSD талдауы жоғары кесу жылдамдықтары текстураның қарқындылығы мен анизотропияны төмендететін CDRX-ке ықпал ететінін растады.
-
AA7050 ішіндегі қалдық кернеу: XRD өлшемдері құралдың қапталының тозуы күшейтілген жылу жүктемелеріне байланысты созылу кернеулерін 20–30%-ға арттыратынын көрсетті.
HSM үшін оңтайландыру стратегиялары
Процесс параметрін оңтайландыру
HSM параметрлерін оңтайландыру — кесу жылдамдығы, берілу жылдамдығы, кесу тереңдігі және салқындату шарттары — қалдық кернеулерді азайтады және текстураның эволюциясын бақылайды. Негізгі стратегияларға мыналар жатады:
-
Жоғары кесу жылдамдықтары: 2000 м/мин жоғары жылдамдықтар DRX ілгерілету арқылы текстураның анизотропиясын азайтады, бірақ жылу жүктемелерін арттырады.
-
Төмен жем жылдамдығы: 0.1 мм/айн төмен беру жылдамдығы механикалық кернеулер мен беттің кедір-бұдырлығын азайтады.
-
Криогенді салқындату: LN2 салқындату беттің тұтастығын жақсарта отырып, температура мен созылу кернеуін азайтады.
-
Құрал геометриясы: Төмен тырма бұрыштары бар өткір құралдар кесу күштерін және жылу шығаруды азайтады.
Жетілдірілген салқындату әдістері
Криогенді салқындату және MQL жылу әсерлерін басқаруда тиімді. LN2 көмегімен криогенді фрезер кесу температурасын 100–200°C дейін төмендетеді, термиялық кернеулерді азайтады және қысу қалдық кернеулерін көтермелейді. MQL ең аз майлауды қолдана отырып, үйкелісті азайтады, бірақ Al-Li қорытпалары үшін криогенді салқындатуға қарағанда тиімділігі төмен.
6-кестеде салқындату стратегияларының HSM нәтижелеріне әсері жинақталған.
**Кесте 6: Салқындату стратегияларының Al-Li қорытпаларының HSM-ге әсері**
Салқындату әдісі |
Температураның төмендеуі (°C) |
Қалдық кернеу (МПа) |
Бетінің кедір-бұдырлығы (мкм) |
анықтамалық |
---|---|---|---|---|
Құрғақ фрезерлеу |
0 |
Созылу: 200–300 |
0.8-1.2 |
|
MQL |
50-100 |
Созылу: 150–250 |
0.6-0.9 |
|
Криогенді (LN2) |
100-200 |
Компрессивті: -100-ден -200-ге дейін |
0.4-0.6 |
|
Су тасқынын салқындату |
80-150 |
Созылу: 100–200 |
0.5-0.8 |
Құралдың дизайны және жабындары
Поликристалды алмаз (PCD) сияқты құрал материалдары және TiAlN сияқты жабындар тозуды және жылудың пайда болуын азайтып, бет сапасын жақсартады. Жоғары спираль бұрыштары сияқты оңтайландырылған құрал геометриялары жұқа қабырғалы Al-Li құрамдастарында діріл мен дірілді азайтады.
Болашақ бағдарлар мен міндеттер
Жаңадан пайда болған модельдеу әдістері
Мультифизикалық модельдеудегі жетістіктерге мыналар жатады:
-
Machine Learning интеграциясы: Есептеу құнын төмендететін текстураны және кернеуді болжау үшін FEA-ны машиналық оқытумен біріктіру.
-
Көп масштабты модельдер: Текстураны жан-жақты болжау үшін макро масштабты FEA микро-масштабты кристалды пластикамен біріктіру.
-
Нақты уақыттағы модельдеу: HSM процесін бақылау және басқару үшін нақты уақыт модельдерін әзірлеу.
Модельдеу және эксперимент жасаудағы қиындықтар
Негізгі қиындықтарға мыналар жатады:
-
Есептеу құны: CPFEM сияқты жоғары дәлдіктегі үлгілер айтарлықтай есептеу ресурстарын қажет етеді.
-
Материалдық өзгергіштік: Қорытпаның құрамы мен бастапқы микроқұрылымындағы өзгерістер модель дәлдігін қиындатады.
-
Эксперименттік валидация: Синхротрон XRD сияқты кеңейтілген сипаттама құралдарына шектеулі қолжетімділік тексеруге кедергі жасайды.
Өнеркәсіптік қолдану
Мультифизикалық модельдеуден алынған түсініктер Boeing 787 фюзеляжі және Al-Li қорытпалары кең таралған Airbus A380 қанаттары сияқты аэроғарыштық компоненттер үшін HSM оңтайландыру үшін қолданылады. Болашақ зерттеулер бұл модельдерді нақты уақыттағы процестерді басқару үшін компьютерлік өндіріс (CAM) жүйелеріне біріктіруге бағытталған.
қорытынды
Авиациялық деңгейдегі Al-Li қорытпаларын жоғары жылдамдықпен фрезерлеу кезінде термиялық текстура эволюциясын және беттік қалдық кернеуді көп-физикалық модельдеу материалтану, есептеу механикасы және өндірістік техниканы біріктіретін маңызды зерттеу саласы болып табылады. СЭҚ, кристалды пластикалық және фазалық өріс модельдерін біріктіру арқылы зерттеушілер механикалық, жылулық және микроқұрылымдық құбылыстардың күрделі өзара әрекеттесуін болжауға және басқара алады. XRD, EBSD және термография көмегімен эксперименттік валидация осы үлгілердің дәлдігін растайды, ал криогендік салқындату және жетілдірілген құрал дизайны сияқты оңтайландыру стратегиялары беттің тұтастығы мен құрамдас өнімділігін арттырады. Есептеу құны мен материалдың өзгергіштігіндегі қиындықтарға қарамастан, модельдеу және эксперименттік әдістердегі үздіксіз жетістіктер Al-Li қорытпалары үшін HSM дәлдігі мен тиімділігін одан әрі жақсартуға уәде береді, бұл олардың аэроғарыштық қолданбаларда тұрақты үстемдігін қамтамасыз етеді.
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!
PTJ® Custom Precision-дің барлық спектрін ұсынады cnc өңдеу фарфоры қызметтер.ISO 9001: 2015 & AS-9100 сертификатталған. 3, 4 және 5 осьтік дәлдік CNC өңдеу фрезерлеуді қосатын қызметтер, тұтынушының талаптарына жүгіну, +/- 0.005 мм төзімділікке ие металл және пластмасса өңделген бөлшектер. Екінші қызметтерге CNC және кәдімгі ұнтақтау, бұрғылау,құйып құю,табақ металы және штамптау. Прототиптермен қамтамасыз ету, толық өндіріс, техникалық қолдау және толық тексеру автомобиль, аэроғарыштық, қалып және арматура, жарықтандыру,медициналық, велосипед және тұтынушы электроника салалар. Уақытында жеткізу. Жобаңыздың бюджеті және күтілетін жеткізу уақыты туралы аздап айтып беріңіз. Біз сізбен мақсатыңызға жетуге көмектесетін ең үнемді қызметтерді ұсыну үшін стратегияны жасаймыз, Бізбен байланысуға қош келдіңіз ( sales@pintejin.com ) тікелей сіздің жаңа жобаңызға арналған.

- 5 Осьті өңдеу
- Cnc фрезерлеу
- Cnc бұрылу
- Машина өңдеу өнеркәсібі
- Өңдеу процесі
- Беттік өңдеу
- Металл өңдеу
- Пластикалық өңдеу
- Металлургия ұнтағы
- Кастинг жасау
- Бөлшектер галереясы
- Автоматты металл бөлшектері
- Машина бөлшектері
- Жарықдиодты жарық диоды
- Құрылыс бөліктері
- Мобильді бөлшектер
- Медициналық бөліктер
- Электрондық бөліктер
- Арнайы өңдеу
- Велосипед бөліктері
- Алюминий өңдеу
- Титанмен өңдеу
- Тот баспайтын болаттан өңдеу
- Мыс өңдеу
- Жезден өңдеу
- Супер легирленген өңдеу
- Peek өңдеу
- UHMW өңдеу
- Unilate өңдеу
- PA6 өңдеу
- PPS өңдеу
- Тефлонмен өңдеу
- Инкелонды өңдеу
- Құрал болатты өңдеу
- Қосымша материал