روش های موثر برای جلوگیری از تغییر شکل اجزای لوله جدار نازک در تولید

 

در تولید واقعی، معمولاً با پردازش اتصالات لوله‌های جدار نازک در اشکال و اندازه‌های مختلف مواجه می‌شویم که در حین پردازش مستعد تغییر شکل هستند. بررسی روش‌هایی برای جلوگیری از تغییر شکل، حصول اطمینان از اینکه قطعات با الزامات ابعادی و پایداری مطابقت دارند، بسیار مهم است. اجزای جدار نازک یک مسئله چالش برانگیز در فرآیندهای تراشکاری و فرزکاری هستند، در درجه اول به دلیل استحکام و استحکام کم آنها. در طول پردازش، آنها بسیار مستعد تغییر شکل هستند، که باعث افزایش خطاهای شکل و ابعاد می شود و اطمینان از کیفیت قطعه ثابت را دشوار می کند.

 

 

I عوامل اصلی مؤثر بر دقت قطعه کار لوله های جدار نازک

 

1. حساسیت به تغییر شکل در اثر نیرو

قطعات کار با دیواره نازک به شدت مستعد تغییر شکل تحت نیروهای گیره هستند که بر دقت ابعاد و شکل آنها تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، هنگام استفاده از یک چاک سه فک برای بستن قطر بیرونی در حین پردازش قطر داخلی، قطر بیرونی می تواند به دلیل نیروی گیره کمی به شکل مثلثی تغییر شکل دهد. اگرچه یک سوراخ استوانه‌ای ایجاد می‌شود، اما با آزاد کردن چاک، قطر بیرونی به شکل استوانه‌ای بازمی‌گردد، در حالی که سوراخ داخلی به شکل قوس یا مثلثی در می‌آید.

 

2. تغییر شکل ناشی از گرما

گرمای برش می تواند باعث تغییر شکل حرارتی قطعه کار شود و کنترل ابعاد آن را دشوار کند. اجزای فلزی جدار نازک، به ویژه آنهایی که ضریب انبساط خطی بالایی دارند، به ویژه در برابر تغییر شکل حرارتی ناشی از برش گرما حساس هستند، که به طور قابل توجهی بر دقت ابعادی آنها تأثیر می گذارد.

 

3. تغییر شکل ناشی از ارتعاش

تحت نیروهای برش، اجزای شعاعی می توانند باعث خم شدن قطعه کار شوند. اگر سطح بیرونی قطعه کار دارای ویژگی هایی مانند شیار یا بریدگی باشد، ابزار برش ممکن است نیروهای ناهمواری را تجربه کند که منجر به لرزش شود. این ارتعاش می تواند بر دقت ابعاد، شکل و موقعیت قطعه کار و همچنین زبری سطح آن تأثیر منفی بگذارد.

 

 

روش دوم برای کاهش و جلوگیری از تغییر شکل قطعات جدار نازک

 

1. استفاده از فیکسچرهای گیره محوری

هنگام تراشکاری و فرزکاری قطعات کار جدار نازک، بهتر است از گیره محوری به جای گیره شعاعی استفاده شود. روش بستن محوری، که از یک آستین گیره محوری (آستین رزوه ای) استفاده می کند، توزیع نیروهای گیره در امتداد محور قطعه کار را تضمین می کند. از آنجایی که سفتی محوری قطعه کار بیشتر است، این روش خطر تغییر شکل را کاهش می دهد.

 

2. افزایش منطقه تماس بستن

استفاده از آستین های شکاف یا فک های نرم با طراحی خاص، سطح تماس را افزایش می دهد که به توزیع یکنواخت نیروی گیره بر روی قطعه کار کمک می کند. این احتمال تغییر شکل موضعی را در هنگام بستن کاهش می دهد.

 

3. بهینه سازی هندسه ابزار برش و پارامترهای برش

برای به حداقل رساندن نیروهای برش و حرارت، انتخاب دقیق هندسه ابزار برش و پارامترهای برش ضروری است. نیروهای برش و حرارت کمتر احتمال تغییر شکل را کاهش می دهد.

 

4. استفاده کافی از سیالات برش

برش گرما تولید می کند که در درجه اول در تراشه ها و ابزار برش متمرکز می شود. سیالات برش نقش مهمی در خنک سازی، روانکاری، براده برداری و جلوگیری از زنگ زدگی دارند. با اعمال سیالات برش کافی، دمای برش را می توان کاهش داد و از تغییر شکل حرارتی قطعه کار جلوگیری کرد.

 

5. افزودن ریب های فرآیند

برخی از قطعات کار با دیواره نازک دارای دنده های فرآیندی طراحی شده ویژه در نقاط گیره برای افزایش سفتی هستند. نیروی گیره به این دنده ها اعمال می شود و تغییر شکل را کاهش می دهد. پس از ماشینکاری، دنده های فرآیند را می توان برداشت.

 

 

مطالعه موردی III: کاربرد نیروی محوری برای تراشکاری و فرزکاری قطعات کار دیواره نازک

 

1. تجزیه و تحلیل سختی قطعه کار با دیواره نازک

ماده انتخابی آلومینیوم سخت 2A12T4 است و از یک ماده ناهموار استوانه ای توخالی استفاده شده است. حفره داخلی به فرزکاری از چهار طرف نیاز دارد و دیواره بیرونی دارای چهار سوراخ بزرگ (Φ26 میلی متر) و همچنین تعدادی سوراخ پیچ و سوراخ های رزوه دار مربوط به مونتاژ است. حداکثر قطر خارجی 180mm ±0.05mm و حداقل ضخامت دیواره 3mm است. تغییر شکل گردی نباید از 0.15 میلی متر تجاوز کند. علاوه بر چالش‌های تغییر شکل ذاتی قطعات جدار نازک، این قطعه کار همچنین نیازمند پردازش چهار ضلع داخلی و سوراخ در قطر خارجی است که منجر به ضخامت دیواره‌های ناهموار و نامتقارن می‌شود که تغییر شکل را افزایش می‌دهد. موقعیت یابی دقیق برای اطمینان از دقت ویژگی های داخلی و خارجی مورد نیاز است.

 

▲ دیواره نازک قطعات

 

2. مسیر فرآیند پیش از بهبود

1). قطر داخلی را بچرخانید، قطر خارجی را با استفاده از یک چاک سه فک بچرخانید و برای قطرهای داخلی و خارجی یک میلی‌متر در دو طرف بگذارید.

2). از یک مرکز ماشین‌کاری برای آسیاب کردن حفره داخلی با فاصله 1 میلی‌متر در هر طرف استفاده کنید و سطوح داخلی را با چهار سوراخ بزرگ Φ26 با فاصله 2 میلی‌متر تراز کنید.

3). درمان استرس زا.

4). روی ماشین تراش، فرز خشن ثانویه پله داخلی را با فاصله 0.5 میلی‌متر در هر طرف، و قطر خارجی را با فاصله 0.5 میلی‌متر انجام دهید.

5). از مرکز ماشین‌کاری برای آسیاب خشن ثانویه حفره داخلی با مقدار 0.5 میلی‌متر استفاده کنید.

6). درمان استرس زا.

7). روی ماشین تراش، دو وجه انتهایی را به اندازه صاف کنید، تراش نیمه تمام قطر داخلی را انجام دهید و چرخش را تا اندازه نهایی تمام کنید.

8). از مرکز ماشینکاری برای تکمیل اندازه حفره داخلی استفاده کنید.

9). در ماشین تراش، قطر بیرونی را به اندازه بچرخانید.

10). تمام سوراخ ها و ویژگی های بیرونی مرکز ماشینکاری را آسیاب کنید.

 

3. مسائل فرآیند قبل از بهبود

1). وسیله ای که برای فرز خشن و نهایی حفره داخلی استفاده می شود، یک فیکسچر آستین شکافی بود که با یک چاک سه فک بسته شده بود. این تنظیم باعث ایجاد نیروی شعاعی بر روی قطعه کار می شود و در نتیجه به دلیل استحکام کم اجزای جدار نازک تغییر شکل می دهد. قطعه کار، در طول ماشینکاری، تمایل به تغییر شکل به شکل مثلثی دارد. نیروی گیره در طول آسیاب خشن تنظیم می شد تا تنش را از بین ببرد، اما این باعث شد که قطعه کار ناپایدار شود و منجر به حرکت یا کج شدن در حین ماشینکاری شود. مسیر ابزار باید کند می شد و چرخه های تولید را گسترش می داد.

 

2). برای تراشکاری داخلی، از فک‌های نرم برنجی تخصصی برای بستن قطر بیرونی برای چرخش قطر داخلی استفاده شد، اما تغییر شکل همچنان هنگام بستن و رها کردن قطعه کار، به دلیل تمایل قطعه کار به جذب گرمای برش و آزاد کردن تنش داخلی، رخ می‌دهد. قطر داخلی و خارجی پس از برداشتن قطعه کار تغییر می کند و کنترل تغییر شکل را دشوار می کند.

 

3). برای تکمیل سوراخ ها و شیارهای بیرونی از تکیه گاه دو نقطه ای با نیروی گیره ای که توسط پیچ و مهره ها تامین می شد استفاده شد. با این حال، دیوار نازک و استحکام کم باعث ایجاد ارتعاش، به ویژه هنگام حفاری می شود که بر دقت تأثیر می گذارد.

 

4. تجزیه و تحلیل جریان فرآیند پس از بهبود

1) از یک چاک سه فک بر روی ماشین تراش استفاده کنید تا قطر داخلی را به صورت معکوس ببندید، قطر بیرونی را به صورت ناهموار بچرخانید، سپس قطر بیرونی را مجدداً ببندید تا قطر داخلی خشن شود.

2) از یک مرکز ماشینکاری برای آسیاب خشن مربع حفره داخلی و آسیاب خشن از چهار سوراخ بزرگ با فاصله 1 میلی متر در هر طرف استفاده کنید.

3) درمان استرس زا را انجام دهید.

4) از ماشین تراش برای صاف کردن هر دو وجه انتهایی استفاده کنید، مقدار 0.5 میلی متر روی قطر بیرونی بگذارید و قطر داخلی را نیمه تمام کنید.

5) درمان استرس زا را انجام دهید.

6). از تراش برای تکمیل هر دو وجه انتهایی و قطر داخلی تا اندازه نهایی استفاده کنید.

7) از مرکز ماشینکاری برای آسیاب دقیق شکل حفره داخلی استفاده کنید.

8) روی تراش، قطر بیرونی را بچرخانید تا نیازهای گردی و ابعادی را برآورده کنید.

9) از مرکز ماشینکاری برای آسیاب دقیق تمام ویژگی های خارجی استفاده کنید.

 

5. روش های پردازش اصلی و نتایج به دست آمده پس از بهبود

 

1) آسیاب خشن حفره داخلی

فرآیند آسیاب خشن حفره داخلی با روش قبل از بهبود تفاوتی ندارد. یک فیکسچر آستین شکاف برای بستن قطر بیرونی استفاده می شود، در حالی که یک چاک سه فک فیکسچر را نگه می دارد تا ویژگی های مربع داخلی را آسیاب کند. برای فرز خشن سوراخ های خارجی، از یک فک نرم بزرگ مخصوص برای بستن انتهای سمت راست قطر بیرونی قطعه کار استفاده می شود و آن را با شکل مربع داخلی در سمت چپ تراز می کند. در طول فرز دقیق حفره داخلی، از طرح فیکسچر زیر (شکل 2 و شکل 3) استفاده می شود:

 

▲ فرز دقیق از فیکسچر

 

▲ فرز دقیق

 

توجه:

1. کلاه مارپیچ– رزوه کلاهک مارپیچی به قسمت آبی روشن در انتهای بالایی فیکسچر می خورد و قسمت بالایی قطعه کار را محکم و فشرده می کند. قطر سوراخ درپوش مارپیچ 2 میلی متر بزرگتر از قطر داخلی قطعه کار است، با ضخامت دیواره قطعه کار 3 میلی متر، و یک سطح تماس فشرده سازی عرض 2 میلی متر ایجاد می کند. این طرح با توانایی ابزار برش در شکل دادن به حفره داخلی قطعه کار تداخلی ندارد.

 

2. حلقه پشتیبانی بالا- دیواره آبی بیرونی حلقه تکیه گاه با قسمت آبی بالایی فیکسچر هماهنگ است، در حالی که دیواره داخلی با قطر بیرونی قطعه کار مطابقت دارد. این کار از حرکت در تمام جهات (چپ، راست، جلو، عقب) انتهای بالایی قطعه کار جلوگیری می‌کند و موقعیت دقیق قطعه کار را تضمین می‌کند و تضمین می‌کند که مرکز چرخش قطعه کار با هر تنظیم سازگار می‌ماند.

 

3. قطعه کار- قطعه کار مورد پردازش

 

4. فیکسچر بدنه(شکل 3) - انتهای داخلی پایین بدنه فیکسچر دارای یک شیار دایره ای پلکانی به عمق 15 میلی متر است که با قطر بیرونی پایین قطعه کار مطابقت دارد. بخش مرکزی بنفش از مواد لاستیکی مشکی ساخته شده است که در شکاف بین فیکسچر و دیواره بیرونی قطعه قرار می گیرد تا از لرزش و زنگ زدن در حین ماشینکاری جلوگیری کند.

 

5. بلوک توقف کوچک– این قسمت ویژگی کلیدی فیکسچر است. با سوراخ‌های شیار خارجی بدنه فیکسچر درگیر می‌شود و قسمت بیرون زده دیواره داخلی دایره Φ26 قطعه کار را لمس می‌کند. این کار هم قطعه کار را مسدود می کند و هم چرخش آن را در جهت عقربه های ساعت محدود می کند. بلوک توقف نیز نقش مهمی در تراز کردن دارد. از آنجایی که ابزار در جهت عقربه های ساعت می چرخد، قطعه کار تحت نیرویی در جهت عقربه های ساعت قرار می گیرد که بلوک توقف آن را خنثی می کند. سوراخ پیچ و سوراخ رزوه دار بدنه فیکسچر بلوک توقف را محکم محکم می کند و از لرزش یا جابجایی در حین پردازش جلوگیری می کند. برهمکنش بین بلوک توقف کوچک و دیواره داخلی دایره Φ26 قطعه کار در شکل 4 نشان داده شده است.

 

▲ تعامل

 

اثر به دست آمده:

 

این فیکسچر فقط به حداقل نیروی گیره محوری از کلاهک مارپیچ نیاز دارد تا به طور کامل تمام شش درجه آزادی قطعه کار را محدود کند. این تضمین می کند که قطعه کار توسط نیروهای شعاعی تغییر شکل نمی دهد. علاوه بر این، بلوک توقف کوچک خود به تعیین موقعیت و تراز کمک می کند و نقش مهمی در جلوگیری از چرخش قطعه کار ایفا می کند. قطعه کار به طور ایمن در داخل دستگاه قرار می گیرد، با یک حلقه پشتیبانی در محل برای پایداری، مواد لاستیکی در وسط برای میرایی ارتعاش، و یک شیار دایره ای پلکانی عمقی 15 میلی متری در پایین برای قرار گرفتن. استحکام سیستم افزایش یافته است که امکان پارامترهای برش بسیار بالاتر را فراهم می کند و راندمان کلی تولید را بهبود می بخشد. قبل از بهبود، این فرآیند به 30 دقیقه نیاز داشت. پس از بهبود، زمان پردازش به 15 دقیقه کاهش یافته است. علاوه بر این، این فیکسچر همچنین می تواند در هنگام چرخش دقیق حفره داخلی استفاده شود و هزینه های کلی تولید را کاهش دهد.

 

2) چرخش خشن و پایانی حفره داخلی

فیکسچر طراحی شده برای چرخش خشن و نهایی حفره داخلی از همان اصل فرزکاری دقیق حفره داخلی پیروی می کند. با این حال، بلوک توقف کوچک تنها برای محدود کردن چرخش قطعه کار، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، عمل می کند.

 

▲ چرخش خشن و پایانی حفره داخلی

 

قطعه کار به صورت محوری توسط کلاهک مارپیچی بسته می شود و از تغییر شکل ناشی از نیروهای گیره جلوگیری می کند. هنگام چرخاندن سوراخ داخلی، قطعه کار تقریباً کاملاً آزاد می ماند و اطمینان حاصل می کند که سوراخ ماشینکاری شده با مشخصات فنی مورد نیاز مطابقت دارد. قبل از بهبود، برای کاهش نیروی گیره شعاعی و جلوگیری از تغییر شکل، نیروی گیره باید به حداقل می رسید، که همچنین پارامترهای برش را کاهش می داد. پس از بهبود، نیازی به نگرانی در مورد تغییر شکل بستن وجود ندارد، که امکان پارامترهای برش بالاتر و افزایش راندمان تولید را فراهم می کند. زمان فرآیند از 35 دقیقه به 25 دقیقه کاهش یافت.

 

3) فرزکاری دقیق سوراخ های دیواره خارجی

 

▲ فرز دقیق

 

فیکسچر برای فرزکاری دقیق سوراخ های دیوار خارجی در شکل 6 نشان داده شده است.

 

طراحی فیکسچر: بدنه فیکسچر روی میز چرخشی چهار محوره ثابت و تراز شده است. سوراخ های پایه و شیارهای ورودی از قبل ماشینکاری شده از تداخل ابزار در حین ماشینکاری جلوگیری می کند. بخش ارغوانی روشن فیکسچر با سوراخ داخلی انتهای سمت راست قطعه کار همراستا می شود، در حالی که سمت چپ با شکل مربع داخلی قطعه کار مطابقت دارد و از چرخش جلوگیری می کند. پس از نصب درپوش های بالا و مارپیچ، فیکسچر قطعه کار را به طور ایمن قرار می دهد و نیازی به قرارگیری مجدد ندارد. فیکسچر اجازه می دهد تا حدود 0.03 میلی متر بین یراق و قطعه کار ایجاد شود تا تغییر شکل جزئی قطعه کار را به همراه داشته باشد و از برداشتن آسان اطمینان حاصل شود.

 

اثر: در طول ماشینکاری، قطعه کار ثابت می ماند و هیچ لرزش ناخواسته ای وجود ندارد، که امکان پارامترهای برش بالاتر و دقت بهبود یافته را فراهم می کند. در مقایسه با دستگاه قبلی، این طراحی زمان راه اندازی را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد، استحکام سیستم را بهبود می بخشد و تضمین می کند که قطعه کار در طول پردازش پایدار می ماند. در نتیجه کل زمان ماشینکاری از 55 دقیقه به 35 دقیقه کاهش یافته است.