Hvordan forarbejdes ultra-højstyrke legeret stål 300M til flylandingsstel?

Ultra højstyrkestål 300M bliver i stigende grad brugt på grund af dets fremragende materialeegenskaber, men dette materiale har store forarbejdningsvanskeligheder. Ved at studere forarbejdningsteknologien for grov og fin forarbejdning af dette materiale, mestre videnskabelige og rimelige forarbejdningsparametre og -metoder, kan produktet af dette materiale produceres stabilt. I mellemtiden kan dens behandlingsteknologi refereres til og bruges af andre lignende materialer, hvilket har salgsfremmende betydning.
Luftfartsindustrien beskrives som "blomsten af ​​moderne industri", som er en vigtig indikator for et lands teknologi, økonomi, nationale forsvarsstyrke og industrialiseringsniveau. På den ene side er det grundlaget for den nationale forsvarssikkerhed, og på den anden side er det også en vigtig søjle, der driver landets økonomiske udvikling. Som en national skat, kombinerer luftfartsindustrien de typiske karakteristika for højteknologisk industri og avanceret fremstillingsindustri og har fået høj opmærksomhed og prioriteret udvikling fra lande rundt om i verden.

I det strukturelle design af avancerede civile luftfartsfly både indenlandsk og internationalt, for at imødekomme kravene om lang levetid, nem vedligeholdelse og flyets lette vægt, udvikler strukturen af ​​basisdelene sig mod integration, kompleksitet og tyndvæggede . Derfor bliver flere og flere integrerede strukturelle designs vedtaget, og nye materialer bliver brugt til at forbedre flyets strukturelle styrke.
Med den kontinuerlige udvikling af materialeteknologi, smedningsteknologi og forarbejdningsteknologi er brugen af ​​ultrahøjstyrkelegeret stål til fremstilling af de vigtigste lastbærende komponenter i store flylandingsstel blevet et uundgåeligt valg. På nuværende tidspunkt er de mest udbredte materialer til landingsstel i udlandet ultra-højstyrke legeret stål, såsom 35NCD16 fra Frankrig, 30XCH-2A fra Rusland og 300M fra USA. Høj materialestyrke kan gøre landingsstellet let, og vægtreduktion har altid været en vigtig indikator, der forfølges i design af landingsstel. Samtidig skal materialer have fremragende omfattende ydeevne for at sikre pålideligheden af ​​driften af ​​landingsstellet.

(1) 300M ultra højstyrke legeret stål med metalliske egenskaber er et vigtigt medium carbon nikkel chrom molybdæn stål i den amerikanske luftfartsindustri, og dets metalliske sammensætning er vist i tabel 1.

Tabel 1 Kemisk sammensætning af materialer (massefraktion) (%)

Sammenlignet med andre metaller har de kemiske, fysiske og mekaniske egenskaber af dette metal sine egne karakteristika, som kan opsummeres som følger:
① Ultra høj styrke. Ultra højstyrkestål er en type stål med lavt kulstofindhold og lavt legeringsindhold. Sammenlignet med ikke-legeret stål har det højere styrke og er i sagens natur kendt som lavlegeret ultrahøjstyrkestål.
② Høj flydespænding. Sammenlignet med ikke-legeret stål har lavlegeret stål et højere flydegrænse, så under samme belastning kan vægten af ​​delene reduceres med 20% til 30%.
③ God plasticitet og sejhed. Andelen af ​​legeringselementer i lavlegeret stål er relativt lav, og den har god plasticitet og sejhed.
④ Høj hærdbarhed. Legeringsmaterialet indeholder elementer som Ni, Cr, Mo osv., hvilket gør stålets underkølede austenit ret stabil. Efter luftslukning kan martensit- og bainitstrukturer opnås.

(2) Materialebehandlingsydelsesanalyse: Dette materiale har generelt to varmebehandlingstilstande, nemlig normalisering + temperering og bratkøling + temperering. Den tilsvarende hårdhed af disse to tilstande er vist i tabel 2.

Tstand 2 Materiale Hårdhed

Af tabel 2 kan det ses, at materialet har god hårdhed, og dets trækstyrkeværdi er også meget høj. Det er netop på grund af denne grund, at det er meget vanskeligt at bearbejde og tilhører kategorien af ​​svært bearbejdede materialer, hovedsageligt manifesteret i følgende aspekter:
① Høj skærekraft. På grund af materialernes høje hårdhed og styrke, høj atomtæthed og bindingskraft, høj brudsejhed og vedvarende plasticitet er skærekraften stor under skæreprocessen, og udsvinget i skærekraften er også relativt stor.
② Høj skæretemperatur. Under skæreprocessen bruger legeringer en stor mængde skærende deformationskraft, genererer meget varme og koncentrerer en stor mængde skærevarme i skærezonen, hvilket danner en høj skæretemperatur.
③ Der er en stærk tendens til arbejdshærdning. Legering har karakteristika af høj plasticitet og sejhed, kombineret med en høj forstærkningskoefficient, som genererer enorm plastisk deformation under påvirkning af skærekraft og skærevarme, hvilket resulterer i arbejdshærdning; Under påvirkning af skærevarme absorberer materialet atomer af elementer som brint, oxygen og nitrogen i det omgivende medium for at danne en hård og skør overflade, hvilket medfører store vanskeligheder ved skæring.
④ Overdreven slid på værktøjet. Ved skæring er skærekraften høj, skærevarmen høj, og den direkte friktion mellem værktøjet og spånen forstærkes. Værktøjsmaterialet har en affinitet med emnematerialet. Derudover gør tilstedeværelsen af ​​hårde punkter i materialet og alvorlige hærdningsfænomener værktøjet tilbøjeligt til klæbemiddelslid, diffusionsslid, slibeslid, bekvemt slid og rilleslid under skæreprocessen, hvilket får værktøjet til at miste sin skæreevne.
⑤ Spåner er svære at håndtere. Materialet har høj styrke, plasticitet og sejhed, og de spåner, der produceres under skæring, er pakket ind i bånd, hvilket ikke kun er usikkert, men også påvirker det glatte forløb af skæreprocessen og er ikke let at håndtere.
⑥ Skæredeformation er betydelig. Under behandlingen af ​​legeringsmaterialer er skæretemperaturen høj, plasticiteten er høj, og termisk deformation er tilbøjelig til at forekomme under forarbejdningen, hvilket gør det vanskeligt at sikre nogle præcise dimensioner og former.

Sichuan Huitai Special Metals Co., Ltd. har været forpligtet til at behandle ultra-højstyrke stål 300M i lang tid. Trækstyrkeniveauet for dette materiale når 1900-2100MPa. Efter løbende test og skæring, ved brug af specifikke forarbejdningsværktøjer, er der opsummeret en stabil forarbejdningsplan for at sikre stabil og effektiv produktion af produkter. Bearbejdningsteknologien for dette materiale introduceres fra tre aspekter: grovbearbejdning, drejebearbejdning og fræsebearbejdning på 300M. Blandt dem hører drejning og fræsning af 300M til kategorien præcisionsbearbejdning.

Den grove bearbejdning på 300M sker generelt før den endelige varmebehandling. På dette tidspunkt er materialet i normaliseret+tempereret tilstand med en maksimal hårdhedsværdi på 31HRC. Hårdheden er lav, har en vis viskositet og er ikke let at bryde spåner. For at reducere skæretillægget til præcisionsbearbejdning fjernes så meget materiale som muligt ved grovbearbejdning.
(1) Det almindeligt anvendte værktøj til grovdrejning er WIDIA's CNMP120408, som vist i figur 1a, som er velegnet til grovbearbejdning. På grund af råmaterialernes blødhed, for bedre at bryde spåner og sikre høj forarbejdningseffektivitet, er deres forarbejdningsparametre generelt større. Dens skærehastighed er 175~200m/min, skæredybden er 1,5~2mm, og fremføringshastigheden er 0,2~0,4mm/r. Efter forarbejdning er de genererede jernspåner små, og spånbrud er godt.

a) Udvendigt drejeværktøj

b) Chips

Figur 1 Eksternt drejeværktøj og spåner

(2) Dybhulsbearbejdning er en hurtig bearbejdningsmetode til materialefjernelse, der kan vælges fra U-boring og dybhulsbearbejdning, med små forskelle mellem de to metoder.
1) Brug U-bor til bearbejdning. På grund af den høje effekt, der kræves for at bruge U-bor og den relativt store diameter af de bearbejdede huller, vælges der generelt vandrette bearbejdningscentre. Når du bruger boring, er værktøjets skærehastighed mellem 40-60m/min, og værktøjets skæremængde med en enkelt tand er mellem 0.15-0,3 mm. Under disse behandlingsparametre vil de genererede chips være lidt tyndere, men en bedre spånbrydningstilstand kan også opnås. Figur 2 viser U-borebearbejdningen anvendt på et vandret bearbejdningscenter og de genererede spåner.

a) U-bor

b) Chips
Figur 2 U-bor og spåner

2) Bearbejdning af dybt hulboring. Når du bruger et dybt hulbor til forarbejdning, skal der lægges særlig vægt på spånernes brudtilstand. Lange og tynde spåner er særligt tilbøjelige til at blokere skærerøret på dybhulsboreværktøjet, hvilket medfører, at spåner ikke kan udledes. Ved almindelig bearbejdning er skæremængden pr. tand 0.2-0,4 mm. Mens du sikrer tilstrækkelig værktøjsstyrke og maskinbelastning, prøv at kontrollere skæremængden pr. tand over 0,3 mm. Dette vil gøre det lettere for jernspåner at knække og producere ideelle spåner. Bearbejdningsværktøjerne og spånerne er vist i figur 3.

a) Dybt hul boreværktøj

b) Spåner ved en skæremængde på 0,3 mm pr. tand
Figur 3 Dybt hul boreværktøj og spåner

Drejning er generelt opdelt i ydre cirkeldrejning og indre hulboring. Sværhedsgraden ved drejning er lavere end ved boring, og værktøjsstyrken under drejning er bedre end ved boring, hvilket gør fjernelse af spåner lettere og afkøling mere tilstrækkelig. For at sikre bearbejdningskvaliteten af ​​dele er det generelt opdelt i grov- og finbearbejdning.

Figur 4 Præcisionsbearbejdning af drejeblade

(1) Ved grovbearbejdning af den ydre cirkel med udvendig drejning er den lineære hastighed 90-120m/min, skæredybden er 0.3-0,8 mm, og tilspændingshastigheden er { {5}}.1-0.2mm/r. Ved brug af dette værktøj til bearbejdning kan det sikres, at der kun er ét værktøjsspidspunkt i kontakt med delens ydre cirkel, hvilket kan reducere skærekraft og skærevarme. Værktøjer og spåner, der bruges til bearbejdning af den ydre cirkel, er vist i figur 5.

a) Udvendigt drejeværktøj

b) Chips
Figur 5 Eksternt drejeværktøj og spåner

Fra figur 5 kan det ses, at de genererede chips er mørkere i farven og længere i længden og danner en krøllet form. Dette skyldes, at materialets trækstyrke efter den endelige varmebehandling er væsentligt forbedret, og der genereres en stor mængde skærevarme under bearbejdningsprocessen, hvilket ikke er let at bryde spåner.
Ved præcisionsbearbejdning af den ydre cirkel er den lineære hastighed {{0}}m/min, skæredybden er 0.05-0.1 mm, og tilspændingshastigheden er 0.{ {5}},1 mm/r. Sådanne behandlingsparametre kan sikre, at overfladen af ​​den ydre cirkel med præcisionsdrejning er meget glat, og de genererede chips er vist i figur 6.

Figur 6 Fine vendespåner

(2) Der er tre forhold at være opmærksom på ved bearbejdning af indvendige huller: For det første skal der være god køling, tilstrækkelig kølevæske, og koncentrationen af ​​kølevæske bør sikres; For det andet er det nødvendigt at sikre god spånfjernelse og undgå forekomsten af ​​spånklemning og skæring; Den tredje er at sikre, at skæreværktøjerne har god stivhed.
For at opnå god spånfjernelse anvender grovbearbejdning sædvanligvis segmenteret boremetode ved boring af indre huller, som er opdelt i flere segmenter baseret på den samlede længde af delens indre hul. Under segmenteret boring kan de genererede spåner udtømmes rettidigt, hvilket undgår akkumulering af en stor mængde spåner i det indre hul og får værktøjet til at afvige. Boremetoden er vist i figur 7. Ved boring af indvendige huller er det nødvendigt at bruge stødabsorberende værktøjsholdere og værktøj med stor diameter. Værktøjets længde skal passe til delens længde, og værktøjet skal være lidt længere end delen. Dette kan maksimere værktøjets stivhed, undgå vibrationer og skæring og gøre overfladen af ​​det indre hul glattere. Værktøjerne, der bruges til at bore huller, er vist i figur 8. Under grovbearbejdning er den lineære hastighed 90~120m/min, skæredybden er 0.2~{ {11}},5 mm, og fremføringshastigheden er 0,1~0,2 mm/r. De genererede chips er vist i figur 9.

Figur 7 Boremetode

Figur 8 Antivibrationsknivstang

Figur 9 Grove borespåner

De spåner, der genereres ved boring, er længere end dem fra den ydre cirkel af bilen, fordi deres skæredybde er mindre end den af ​​den ydre cirkel af bilen, hvilket gør dem sværere at bryde og mere krøllede. Bearbejdningsparametrene for præcisionsboring af indre huller ligner dem for præcisionsdrejning af ydre cirkler, og de genererede chips er også grundlæggende ens.

Når man designer bearbejdningsprocessen, for at sikre glatheden af ​​hele bearbejdningsprocessen, vælges den endelige formfræsning af delene, og de valgte bearbejdningsfunktioner, skæreværktøjer og bearbejdningsmetoder er også forskellige.

(1) Grov bearbejdning bruger generelt skæreværktøjer af maskinkorttype, som har høj forarbejdningseffektivitet og lave omkostninger. Standardklinger kan sikre stabiliteten af ​​grove bearbejdningsdimensioner. Ved bearbejdning af dette materiale kan valg af værktøjer produceret af Shante opnå gode resultater. Værktøjsmodellen er R390-020A20-11M, og klingemodellen er R390-11 T3 31M-KM, som vist i figur 10. Når du bruger dette værktøj til bearbejdning, er skærehastigheden 100-150m/min, skæredybden er 0,5 mm, og tilspændingshastigheden er 400-800mm/min. Hvis du vælger en for stor skæredybde, kan det forårsage unormale skader, såsom knivbrud på klingen. Efter behandling er chipsene vist i figur 11.

Figur 10 Groft bearbejdningsværktøj og klinger

Figur 11 Groft fræsning af spåner

(2) Hvis funktionsstørrelsen på en lille del er lille, kan værktøj med større diameter ikke bruges. For at øge værktøjets levetid og sikre bearbejdningskvaliteten af ​​delen, er der brug for nogle bearbejdningsfærdigheder. Ved bearbejdning af 300M er det bedst at bruge cycloidal fræsning i stedet for lagdelt fræsning til små funktioner.

Cycloidal fræsning har mange fordele, såsom høj bearbejdningseffektivitet, lav radial skærekraft, ufølsomhed over for vibrationer og lille afvigelse ved bearbejdning af dybe riller. Den har god spånfjernelsesevne og genererer mindre varme. Det anbefales at blive brugt til bearbejdning af hårde materialer og vibrationsfølsomme tilstande. Dens forarbejdningstilstand er vist i figur 12. Ved brug af cykloidfræsning kan skærehastigheden nå 150-200m/min.

Figur 12 Cycloid fræsning

(3) Ved præcisionsbearbejdning er det tilrådeligt at vælge skæreværktøj, der er så tæt på bearbejdningsstørrelsen som muligt for at sikre god stivhed, og coatede skæreværktøjer bør vælges, som vist i figur 13. Værktøjets skærkant skal være skarpe, så den producerede overfladeruhed kan opfylde kravene, som vist i figur 14.

Figur 13 Cycloid fræsning

Figur 14 Overfladekvalitet efter præcisionsbearbejdning

På grund af de fremragende materialeegenskaber af 300M ultra-højstyrke stål er dets anvendelsesområde blevet stadig bredere, men samtidig har det også øget vanskeligheden ved forarbejdning. I produktionsprocessen er det nødvendigt at vælge specifikke skæreværktøjer og rimelige forarbejdningsparametre for at undgå omarbejdning eller skrotning af dele. Med udviklingen af ​​nye forarbejdningsteknologier vil det uundgåeligt gøre behandlingen af ​​sådanne materialer relativt enkel og nem, samtidig med at det kræver kontinuerlig opsummering og akkumulering af forarbejdningserfaring.
Luftfartskomponenter kan fungere i barske miljøer, så der bør lægges særlig vægt på produktkvalitet. Mindre fejl i mekanisk bearbejdning kan have uheldige virkninger på efterfølgende specialprocesser. For at undgå denne potentielle risiko skal kvalitetskontrol håndhæves strengt under behandlingen.

Send forespørgsel