Обработка крупногабаритных деталей с односторонним и двусторонним оребрением

1. Обработка крупногабаритных деталей с односторонним оребрением

Обработку деталей с односторонним оребрением необходимо выполнять при их закреплении на вакуумных плитах или специальных приспособлениях, допускающих обработку контуров по всей высоте (см. здесь).

Рекомендуется следующее построение технологического процесса:

1. проверить по сертификату остаточное растяжение плиты; если оно меньше оговоренного в нормативной документации, то для изготовления крупногабаритных деталей (панелей) из-за повышенного коробления детали после обработки ее применять не рекомендуется;
2. установить плиту на стол станка, найти контактным датчиком наиболее высокую точку плиты относительно стола станка и рассчитать, возможно ли изготовление детали из данной заготовки по формулам:

(1)

(2)

где Л — коробление плиты (заготовки); h — максимальная высота конструктивного элемента детали, мм; H — максимальная высота плиты на столе станка, мм; H_пл — толщина плиты, мм; R_z — высота микронеровностей плиты, мм; T_a — глубина дефектного слоя, мм.

Припуск, который необходимо удалить со стороны базовой поверхности, определяется по формуле

(3)

Необходимость удаления со стороны базовой поверхности максимального припуска объясняется тем, что на поверхности плиты остаточные напряжения имеют наибольшие значения, а к центру — уменьшаются. Коробление детали можно прогнозировать по значениям изгибающих моментов относительно нейтральной оси, а именно площадь базовой поверхности имеет бóльшее значение, остаточные напряжения при удалении большого припуска значительно меньше, чем на поверхности плиты, на ребрах картина противоположна, площадь торцовых поверхностей минимальна, а напряжения — максимальны.

Это можно выразить следующим условием:

(4)

где F_баз — площадь базовой поверхности, мм²; IF_min — суммарная площадь торцовых поверхностей ребер, мм²; 8_max — остаточные напряжения на поверхности плиты, МПа; 8_min — остаточные напряжения в центре плиты, МПа.

Аналогичные действия выполняются и для прессованных заготовок.

1. На установке гидроабразивной резки, если размеры заготовки позволяют обработать деталь по контуру, оставляя припуск 5–10 мм. Припуск необходим для снижения тепловых деформаций при фрезеровании конструктивных элементов детали. На обрезки плиты в режиме гравирования перенести маркировку материала и направление волокон.
2. Закрепить плиту (заготовку) на столе станка, не допуская ее деформации, крепежные элементы не должны препятствовать обработке базовой поверхности, пережимы заготовки не допускаются.
3. Фрезеровать базовую поверхность с учетом требований 3.
4. Установить плиту на вакуумный стол (блоки) и для снижения влияния перераспределения остаточных напряжений в плите фрезеровать заготовку по контуру, оставляя припуск 5–10 мм, на обрезки перенести маркировку материала, направление волокон при необходимости и удалить их со стола станка.
5. Установить плиту на вакуумный стол (блоки), измерительным датчиком выполнить привязку детали к системе координат станка.
6. Выполнить черновое фрезерование: внутренние поверхности с учетом обеспечения теплового равновесия (см. здесь) наружного контура.
7. Выполнить получистовое фрезерование: внутренние поверхности с учетом обеспечения теплового равновесия (см. здесь) наружного контура.
8. Выполнить чистовое фрезерование: внутренние поверхности с учетом обеспечения теплового равновесия (см.здесь) наружного контура.
9. Выполнить измерение теоретических поверхностей других критических параметров деталей измерительными датчиками, распечатать протоколы измерений.
10. Снять деталь со станка.

Примечания:

• для обработки стрингерных панелей из прессованных заготовок необходимо применять станки с устройствами коррекции саблевидности;
• формообразование панелей на трехвалковых установках не рассматривается.

В настоящее время появились технологические процессы обработки панелей и обшивок после формообразования. В этом случае заготовки обрабатываются на станках с адаптивными столами или с контропорами.

2. Обработка деталей с двусторонним оребрением

Обработка деталей с двусторонним оребрением является более сложной задачей. В качестве заготовок могут быть применены: штамповки, поковки и плиты. Метод получения заготовок оговорен в конструкторской документации. Изменение метода получения заготовок возможно только по разрешению службы главного конструктора.

Сложность заключается в необходимости выполнения большого числа как переустановок, так и перезакреплений.

Рассмотрим это на классическом примере.

1. Заготовку черновой базой устанавливаем в приспособление на ложементы с уменьшенной опорной поверхностью, закрепляем по полотну и обрабатываем торцы с переустановкой зажимных механизмов (рис. 1).
2. Устанавливаем деталь на обработанные торцы, закрепляем по полотну и обрабатываем торцы с другой стороны также с переустановкой прихватов. Это обеспечило нам равномерное распределение припуска по полотну.
3. Повторно устанавливаем деталь по черной базе на ложементы с уменьшенной рабочей поверхностью, подводим под торцы регулируемые опоры, зажимаем по периметру прихватами, выполняем черновую обработку карманов цилиндрическими концевыми фрезами с учетом обеспечения теплового равновесия, но без учета малкованных поверхностей, формообразуем базовые отверстия.
4. Устанавливаем деталь в приспособление по чистой базе на ложементы с полной рабочей поверхностью, подводим под торцы регулируемые опоры, зажимаем по периметру прихватами, выполняем черновую обработку карманов цилиндрическими концевыми фрезами с учетом обеспечения теплового равновесия, но без учета малкованных поверхностей, перезакрепляем деталь по полотну, выполняем черновую обработку наружного контура и получистовую ребер, переустанавливаем прихваты и фрезеруем контур и ребра с другой стороны.
5. Переустанавливаем деталь на другую сторону, подводим регулируемые опоры, закрепляем прихватами по периметру и выполняем получистовую обработку карманов с учетом обеспечения теплового равновесия (рис. 2).
6. Переустанавливаем деталь на другую сторону, подводим регулируемые опоры, закрепляем прихватами по периметру и выполняем получистовую обработку карманов, перезакрепляем деталь по полотну, выполняем получистовую обработку наружного контура, переустанавливаем прихваты и фрезеруем контур с другой стороны.
7. Переустанавливаем деталь на другую сторону, подводим регулируемые опоры, закрепляем прихватами по периметру и выполняем чистовую обработку карманов с учетом обеспечения теплового равновесия (рис. 3).
8. Аналогично обрабатывается и карманы с закрытой малкой, их чистовую обработку необходимо выполнять специальной угловой (малкованной) фрезой.
9. Обработка наружного контура приведена на рисунке 4.
10. Выполнить измерение теоретических поверхностей других критических параметров деталей измерительными датчиками, распечатать протоколы измерений.
11. Снять деталь со станка.

Рис. 1. Зажим по полотну, деталь установлена на черновую базу

Рис. 2. Получистовая обработка карманов

Рис. 3. Чистовая обработка карманов

Рис. 4. Обработка наружного контура

Такое большое число переустановок объясняется необходимостью обеспечить равномерное перераспределение остаточных напряжений в заготовке во время ее обработки.

Подобные технологические процессы имеют низкую эффективность вследствие:

• применения большого количества приспособлений;
• значительных затрат времени на установку и переустановку деталей;
• необходимости применения фрез с большой длиной режущей части из-за прихватов;
• значительных сроков подготовки производства из-за необходимости проектирования и изготовления приспособлений.

Повышение эффективности можно обеспечить следующим.

1. Применением боковых зажимов, в этом случае деталь устанавливается на черновые ложементы, закрепляется боковыми зажимами, измерительным датчиком создаем систему координат детали (заготовки) и выполняем черновую обработку короткими фрезами карманов, торцев и базовых отверстий. Затем, используя ложементы и Т-образные вставки в центральный паз стола станка с центрирующими пальцами, можно выполнить черновую обработку с другой стороны. Для этого деталь устанавливаем на ложементы и центрирующие пальцы, закрепляем боковыми зажимами, датчиком выполняем привязку по оси Y и фрезеруем карманы, торцы и контур между боковыми зажимами и т. д.
2. Изменением конструкции штамповки, т. е. предусмотреть технологические напуски для закрепления.

3. Особенности обработки базовых поверхностей крупногабаритных деталей

Обработку базовых поверхностей крупногабаритных заготовок из плит рекомендуется выполнять торцовыми фрезами, диаметр которых на 20% больше ширины обрабатываемой поверхности при симметричном расположении фрезы относительно заготовки. Если обработка за один проход по ширине невозможна, то допускается фрезерование базовых плоскостей строчками большими диаметрами фрез. При этом не учитывается, что на отклонение от прямолинейности обрабатываемой поверхности в направлении поперечной подачи (оси Y) влияют не только неперпендикулярность оси шпинделя к поверхности стола, но и непараллельность траверсы к поверхности стола. Оба фактора оказывают влияние на надежность закрепления заготовок на вакуумных столах. Практически при выборе диаметра инструмента необходимо учитывать геометрическую точность станка. Так, обработка базовых плоскостей часто выполняется на универсальных станках, имеющих неперпендикулярность оси шпинделя к плоскости стола в направлении продольной подачи 0,05/300 мм. Можно определить стрелу прогиба для каждого прохода фрезы по формуле

(5)

где Л — вогнутость обработанной поверхности, возникающая при каждом проходе фрезы, мм; С — постоянный коэффициент, показывающий, какая часть диаметра фрезы принимает участие в обработке; D_фр — диаметр фрезы, мм; 0,05/300 — отклонение оси шпинделя от перпендикулярности в направлении продольной подачи (по паспорту станка).

Или же, зная допустимое отклонение от прямолинейности в поперечном направлении, можно определить необходимый диаметр инструмента для обработки рабочих поверхностей вакуумных блоков. В этом случае формула примет следующий вид:

(6)

Предложенная формула позволяет оптимизировать выбор диаметра инструмента для обеспечения заданного отклонения от прямолинейности с учетом геометрической точности применяемых станков.

На предприятиях в настоящее время независимо от обрабатываемых материалов широко применяется ориентирование деталей по двум пальцам, если для материалов с низкими коэффициентами линейного расширения ее использование не вызывает сомнений, то для базирования крупногабаритных деталей из алюминиевых сплавов возникают сомнения в правомерности ее использования. Как правило, межосевое расстояние задается при проектировании приспособлений ±0,1–0,15 мм, точность базовых отверстий по 8–9-м квалитетам точности. Колебание температуры в цеховых условиях может достигать 15–20°С. С учетом этого изменение межосевого размера базовых отверстий приведено на рисунке 5.

Рис. 5. Приращение межосевого расстояния для крупногабаритных деталей при изменении температуры окружающей среды на 15°С

Полученные результаты убедительно показывают, что ориентация крупногабаритных деталей по двум штифтам (цилиндрическому и срезанному) неэффективна. При колебании температуры окружающей среды порядка  15°С приращение межосевого размера нарушит собираемость заготовки с приспособлением. Избежать это возможно,

1. заменив одно из отверстий в детали на эллипс, диаметр вписанной окружности которого выполнен по заданному квалитету точности, в приспособлении оба штифта будут цилиндрическими (рис. 6);
2. закрепив деталь без установки на штифты измерительными датчиками по 3D-модели (КЭМ заготовки), определив систему координат детали, выполнив программную обработку в системе координат детали.

Рис. 6. Ориентирующие отверстия для крупногабаритных деталей