Hoe wordt ultrasterk gelegeerd staal 300M verwerkt tot vliegtuiglandingsgestellen?

Ultrahogesterktestaal 300M wordt steeds vaker gebruikt vanwege de uitstekende materiaaleigenschappen, maar dit materiaal heeft hoge verwerkingsmoeilijkheden. Door de verwerkingstechnologie van grove en fijne verwerking van dit materiaal te bestuderen, wetenschappelijke en redelijke verwerkingsparameters en -methoden onder de knie te krijgen, kan het product van dit materiaal stabiel worden geproduceerd. Ondertussen kan de verwerkingstechnologie worden gerefereerd en gebruikt door andere soortgelijke materialen, wat promotionele betekenis heeft.
De luchtvaartindustrie wordt beschreven als de "bloem van de moderne industrie", wat een belangrijke indicator is van de technologie, economie, nationale defensiesterkte en industrialisatiegraad van een land. Enerzijds is het de basis van de nationale defensieveiligheid en anderzijds is het ook een belangrijke pijler die de economische ontwikkeling van het land aanstuurt. Als nationale schat combineert de luchtvaartindustrie de typische kenmerken van de hightechindustrie en de geavanceerde maakindustrie, en heeft het veel aandacht en prioriteit gekregen van landen over de hele wereld.

In het structurele ontwerp van geavanceerde burgerluchtvaartvliegtuigen, zowel nationaal als internationaal, ontwikkelt de structuur van de basisonderdelen zich richting integratie, complexiteit en dunwandigheid om te voldoen aan de eisen van een lange levensduur, eenvoudig onderhoud en lichtgewicht van vliegtuigen. Daarom worden er steeds meer geïntegreerde structurele ontwerpen aangenomen en worden er nieuwe materialen gebruikt om de structurele sterkte van het vliegtuig te verbeteren.
Met de voortdurende ontwikkeling van materiaaltechnologie, smeedtechnologie en verwerkingstechnologie is het gebruik van ultrasterk gelegeerd staal om de belangrijkste dragende componenten van grote vliegtuiglandingsgestellen te produceren een onvermijdelijke keuze geworden. Op dit moment zijn de meest gebruikte landingsgestelmaterialen in het buitenland ultrasterk gelegeerd staal, zoals 35NCD16 uit Frankrijk, 30XCH-2A uit Rusland en 300M uit de Verenigde Staten. Hoge materiaalsterkte kan landingsgestellen lichtgewicht maken en gewichtsvermindering is altijd een belangrijke indicator geweest die wordt nagestreefd bij het ontwerp van landingsgestellen. Tegelijkertijd moeten materialen uitstekende algehele prestaties hebben om de betrouwbaarheid van de werking van het landingsgestel te garanderen.

(1) Het 300M ultrasterke gelegeerde staal met metaalachtige eigenschappen is een belangrijk staal met een gemiddeld koolstofnikkel-chroom-molybdeengehalte in de Amerikaanse luchtvaartindustrie. De metaalachtige samenstelling ervan wordt weergegeven in tabel 1.

Tabel 1 Chemische samenstelling van materialen (massafractie) (%)

Vergeleken met andere metalen heeft dit metaal zijn eigen chemische, fysieke en mechanische eigenschappen, die als volgt kunnen worden samengevat:
① Ultrahoge sterkte. Ultrahoge sterkte staal is een type staal met een laag koolstofgehalte en een laag legeringsgehalte. Vergeleken met niet-gelegeerd staal heeft het een hogere sterkte en staat het inherent bekend als laaggelegeerd ultrahoge sterkte staal.
② Hoge vloeigrens. Vergeleken met ongelegeerd staal heeft laaggelegeerd staal een hogere vloeigrens, dus onder dezelfde belasting kan het gewicht van de onderdelen met 20% tot 30% worden verminderd.
③ Goede plasticiteit en taaiheid. Het aandeel legeringselementen in laaggelegeerd staal is relatief laag, en het heeft een goede plasticiteit en taaiheid.
④ Hoge hardbaarheid. Het legeringsmateriaal bevat elementen zoals Ni, Cr, Mo, etc., waardoor de onderkoelde austeniet van het staal vrij stabiel is. Na luchtblussing kunnen martensiet- en bainietstructuren worden verkregen.

(2) Analyse van de materiaalverwerkingsprestaties: Dit materiaal heeft over het algemeen twee warmtebehandelingstoestanden, namelijk normaliseren + ontlaten en blussen + ontlaten. De overeenkomstige hardheid van deze twee toestanden wordt weergegeven in Tabel 2.

Tin staat 2 Materiaalhardheid

Uit Tabel 2 blijkt dat het materiaal een goede hardheid heeft en de treksterktewaarde is ook erg hoog. Juist om deze reden is het erg moeilijk te bewerken en behoort het tot de categorie moeilijk te bewerken materialen, wat zich voornamelijk manifesteert in de volgende aspecten:
① Hoge snijkracht. Vanwege de hoge hardheid en sterkte van materialen, hoge atomaire dichtheid en bindingskracht, hoge breuktaaiheid en aanhoudende plasticiteit, is de snijkracht groot tijdens het snijproces en is de fluctuatie van de snijkracht ook relatief groot.
② Hoge snijtemperatuur. Tijdens het snijproces verbruiken legeringen een grote hoeveelheid snijvervormingsvermogen, genereren ze veel warmte en concentreren ze een grote hoeveelheid snijwarmte in de snijzone, waardoor een hoge snijtemperatuur ontstaat.
③ Er is een sterke neiging tot werkverharding. Legering heeft de kenmerken van hoge plasticiteit en taaiheid, gekoppeld aan een hoge versterkingscoëfficiënt, die enorme plastische vervorming genereert onder invloed van snijkracht en snijwarmte, wat resulteert in werkverharding; Onder invloed van snijwarmte absorbeert het materiaal atomen van elementen zoals waterstof, zuurstof en stikstof in het omringende medium om een ​​hard en bros oppervlak te vormen, wat grote moeilijkheden met zich meebrengt bij het snijden.
④ Overmatige slijtage van het gereedschap. Tijdens het snijden is de snijkracht hoog, de snijwarmte hoog en de directe wrijving tussen het gereedschap en de spaan wordt geïntensiveerd. Het gereedschapsmateriaal heeft een affiniteit met het werkstukmateriaal. Bovendien maken de aanwezigheid van harde punten in het materiaal en het ernstige werkverhardingsfenomeen het gereedschap gevoelig voor adhesieve slijtage, diffusieslijtage, slijpslijtage, handige slijtage en groefslijtage tijdens het snijproces, waardoor het gereedschap zijn snijvermogen verliest.
⑤ Chips zijn moeilijk te hanteren. Het materiaal heeft een hoge sterkte, plasticiteit en taaiheid, en de chips die tijdens het snijden worden geproduceerd, zijn in linten gewikkeld, wat niet alleen onveilig is, maar ook de soepele voortgang van het snijproces beïnvloedt en niet gemakkelijk te hanteren is.
⑥ Snijvervorming is significant. Tijdens de verwerking van legeringsmaterialen is de snijtemperatuur hoog, de plasticiteit is hoog en thermische vervorming is geneigd om op te treden tijdens de verwerking, waardoor het moeilijk is om nauwkeurige afmetingen en vormen te garanderen.

Sichuan Huitai Special Metals Co., Ltd. is al lange tijd toegewijd aan het verwerken van ultrahogesterktestaal 300M. Het treksterkteniveau van dit materiaal bereikt 1900-2100MPa. Na continu testen en snijden, met behulp van specifieke verwerkingsgereedschappen, is een stabiel verwerkingsplan samengevat om een ​​stabiele en efficiënte productie van producten te garanderen. De verwerkingstechnologie van dit materiaal wordt geïntroduceerd vanuit drie aspecten: ruw bewerken, draaien en frezen van 300M. Daaronder behoren draaien en frezen van 300M tot de categorie precisiebewerking.

De ruwe bewerking van 300M vindt over het algemeen plaats vóór de laatste warmtebehandeling. Op dit moment bevindt het materiaal zich in een genormaliseerde + getemperde staat, met een maximale hardheidswaarde van 31HRC. De hardheid is laag, heeft een bepaalde viscositeit en is niet gemakkelijk te breken. Om de snijtoeslag voor precisiebewerking te verminderen, wordt zoveel mogelijk materiaal verwijderd tijdens de ruwe bewerking.
(1) Het meest gebruikte gereedschap voor ruw draaien is WIDIA's CNMP120408, zoals weergegeven in Afbeelding 1a, dat geschikt is voor ruw bewerken. Vanwege de zachtheid van de grondstoffen zijn hun verwerkingsparameters over het algemeen groter om spanen beter te breken en een hoge verwerkingsefficiëntie te garanderen. De snijsnelheid is 175~200 m/min, de snijdiepte is 1,5~2 mm en de voedingssnelheid is 0,2~0,4 mm/r. Na verwerking zijn de gegenereerde ijzervijlsels klein en is de spaanbreuk goed.

a) Buitenste draaigereedschap

b) Chips

Figuur 1 Externe draaigereedschappen en spanen

(2) Diepgatbewerking is een snelle materiaalverwijderingsbewerkingsmethode die kan worden geselecteerd uit U-boren en diepgatbewerking, met kleine verschillen tussen de twee methoden.
1) Gebruik U-boor voor bewerking. Vanwege het hoge vermogen dat nodig is voor het gebruik van U-boren en de relatief grote diameter van de bewerkte gaten, worden over het algemeen horizontale bewerkingscentra gekozen. Bij het boren ligt de snijsnelheid van het gereedschap tussen 40-60m/min en de snijhoeveelheid van de enkele tand van het gereedschap tussen 0.15-0.3mm. Onder deze verwerkingsparameters zullen de gegenereerde spanen iets dunner zijn, maar kan ook een betere spaanbrekingsstatus worden bereikt. Afbeelding 2 toont de U-boorbewerking die wordt gebruikt op een horizontaal bewerkingscentrum en de gegenereerde spanen.

a) U-boor

b) Fiches
Figuur 2 U-boor en chips

2) Diepgatboorbewerking. Bij het gebruik van een diepgatboor voor bewerking moet speciale aandacht worden besteed aan de breukmodus van de spanen. Lange en dunne spanen zijn met name gevoelig voor het blokkeren van de snijbuis van het diepgatboorgereedschap, waardoor spanen niet kunnen worden afgevoerd. Bij algemene bewerking is de snijhoeveelheid per tand 0.2-0.4mm. Probeer, terwijl u zorgt voor voldoende gereedschapssterkte en machinebelasting, de snijhoeveelheid per tand boven 0.3mm te houden. Hierdoor kunnen ijzerspanen gemakkelijker breken en worden ideale spanen geproduceerd. De bewerkingsgereedschappen en spanen worden weergegeven in Afbeelding 3.

a) Gereedschap voor het boren van diepe gaten

b) Spaanders bij een snijhoeveelheid van 0.3mm per tand
Figuur 3 Diepe gatboorgereedschappen en chips

Draaien wordt over het algemeen verdeeld in buitenste cirkel draaien en binnenste gat boren. De moeilijkheidsgraad van draaien is lager dan die van boren, en de gereedschapssterkte tijdens het draaien is beter dan die van boren, waardoor spaanverwijdering gemakkelijker is en koeling beter is. Om de bewerkingskwaliteit van onderdelen te garanderen, wordt het over het algemeen verdeeld in grof en fijn bewerken.

Figuur 4 Precisiebewerking van draaibladen

(1) Bij het voorbewerken van de buitenste cirkel met uitwendig draaien is de lineaire snelheid 90-120m/min, de snijdiepte is 0.3-0.8mm en de voedingssnelheid is 0.1-0.2mm/r. Bij het gebruik van dit gereedschap voor het bewerken kan worden verzekerd dat er slechts één gereedschapspunt in contact is met de buitenste cirkel van het onderdeel, wat de snijkracht en snijwarmte kan verminderen. De gereedschappen en spanen die worden gebruikt voor het bewerken van de buitenste cirkel worden weergegeven in Afbeelding 5.

a) Buitenste draaigereedschap

b) Fiches
Figuur 5 Externe draaigereedschappen en spanen

Uit Figuur 5 is te zien dat de gegenereerde chips donkerder van kleur en langer van lengte zijn, waardoor ze een krullende vorm krijgen. Dit komt doordat na de laatste warmtebehandeling de treksterkte van het materiaal sterk is verbeterd en er veel snijwarmte wordt gegenereerd tijdens het bewerkingsproces, waardoor chips niet gemakkelijk te breken zijn.
Bij het precisiebewerken van de buitenste cirkel is de lineaire snelheid {{0}}m/min, de snijdiepte is 0.05-0.1mm en de voedingssnelheid is 0.05-0.1mm/r. Dergelijke verwerkingsparameters kunnen ervoor zorgen dat het oppervlak van de precisiedraai-buitenste cirkel zeer glad is en de gegenereerde spanen worden weergegeven in Afbeelding 6.

Figuur 6 Fijndraaispanen

(2) Bij het bewerken van binnengaten moet op drie zaken worden gelet: ten eerste moet er sprake zijn van een goede koeling, voldoende koelmiddel en moet de concentratie van het koelmiddel worden gewaarborgd; ten tweede is het noodzakelijk om een ​​goede spaanafvoer te waarborgen en te voorkomen dat er spaan wordt samengeperst en gesneden; ten derde moet ervoor worden gezorgd dat de snijgereedschappen een goede stijfheid hebben.
Om een ​​goede spaanafvoer te bereiken, gebruikt ruw bewerken meestal de gesegmenteerde boormethode bij het boren van binnengaten, die is verdeeld in verschillende segmenten op basis van de totale lengte van het binnengat van het onderdeel. Tijdens het gesegmenteerde boren kunnen de gegenereerde spanen tijdig worden afgevoerd, waardoor de ophoping van een grote hoeveelheid spanen in het binnengat wordt voorkomen en het gereedschap afwijkt. De boormethode wordt weergegeven in Afbeelding 7. Bij het boren van binnengaten is het noodzakelijk om schokabsorberende gereedschapshouders en gereedschappen met een grote diameter te gebruiken. De lengte van het gereedschap moet overeenkomen met de lengte van het onderdeel en het gereedschap moet iets langer zijn dan het onderdeel. Dit kan de stijfheid van het gereedschap maximaliseren, trillingen en snijden voorkomen en het oppervlak van het binnengat gladder maken. De gereedschappen die worden gebruikt voor het boren van gaten worden weergegeven in Afbeelding 8. Tijdens ruw bewerken is de lineaire snelheid 90~120m/min, de snijdiepte is 0.2~0.5mm en de voedingssnelheid is 0.1~0.2mm/r. De gegenereerde chips worden weergegeven in Figuur 9.

Figuur 7 Boormethode

Figuur 8 Anti-vibratie mesbalk

Figuur 9 Ruwe boorspanen

De chips die gegenereerd worden door het boren zijn langer dan die van de buitenste cirkel van de auto omdat hun snijdiepte kleiner is dan die van de buitenste cirkel van de auto, waardoor ze moeilijker te breken zijn en meer krullen. De verwerkingsparameters van precisieboren van binnenste gaten zijn vergelijkbaar met die van precisiedraaien van buitenste cirkels, en de gegenereerde chips zijn ook in principe vergelijkbaar.

Bij het ontwerpen van het bewerkingsproces wordt de uiteindelijke vorm van het frezen van de onderdelen gekozen om een ​​soepel verloop van het gehele bewerkingsproces te garanderen. Ook de gekozen bewerkingsfuncties, snijgereedschappen en bewerkingsmethoden zijn verschillend.

(1) Voor het ruw bewerken worden over het algemeen snijgereedschappen van het type machinekaart gebruikt, die een hoge verwerkingsefficiëntie en lage kosten hebben. Standaardbladen kunnen de stabiliteit van de afmetingen van het ruw bewerken garanderen. Bij het bewerken van dit materiaal kunnen de gereedschappen die door Shante zijn geproduceerd, goede resultaten opleveren. Het gereedschapsmodel is R390-020A20-11M en het bladmodel is R390-11 T3 31M-KM, zoals weergegeven in Afbeelding 10. Bij het gebruiken van dit gereedschap voor het bewerken is de snijsnelheid 100-150m/min, de snijdiepte is 0,5 mm en de voedingssnelheid is 400-800mm/min. Het kiezen van een te grote snijdiepte kan abnormale schade veroorzaken, zoals breuk van het blad. Na de verwerking worden de spanen weergegeven in Afbeelding 11.

Figuur 10 Ruwe bewerkingsgereedschappen en -bladen

Figuur 11 Ruwe freesspanen

(2) Als de feature size van een klein onderdeel klein is, kunnen gereedschappen met een grotere diameter niet worden gebruikt. Om de levensduur van het gereedschap te verlengen en de bewerkingskwaliteit van het onderdeel te garanderen, zijn enige bewerkingsvaardigheden vereist. Bij het verwerken van 300M is het het beste om cycloïdaal frezen te gebruiken in plaats van gelaagd frezen voor kleine features.

Cycloïdaal frezen heeft veel voordelen, zoals een hoge bewerkingsefficiëntie, lage radiale snijkracht, ongevoeligheid voor trillingen en kleine afwijkingen bij het bewerken van diepe groeven. Het heeft een goede spaanafvoerprestatie en genereert minder warmte. Het wordt aanbevolen om het te gebruiken voor het bewerken van harde materialen en trillingsgevoelige toestanden. De verwerkingsmodus wordt weergegeven in Afbeelding 12. Bij gebruik van cycloïdaal frezen kan de snijsnelheid 150-200m/min bereiken.

Figuur 12 Cycloïdaal frezen

(3) Bij precisiebewerking is het raadzaam om snijgereedschappen te kiezen die zo dicht mogelijk bij de bewerkingsmaat liggen om een ​​goede stijfheid te garanderen, en gecoate snijgereedschappen moeten worden geselecteerd, zoals weergegeven in Afbeelding 13. De snijkant van het gereedschap moet scherp zijn, zodat de geproduceerde oppervlakteruwheid aan de vereisten kan voldoen, zoals weergegeven in Afbeelding 14.

Figuur 13 Cycloïdaal frezen

Figuur 14 Oppervlaktekwaliteit na precisiebewerking

Vanwege de uitstekende materiaaleigenschappen van 300M ultra-hogesterktestaal is het toepassingsbereik ervan steeds breder geworden, maar tegelijkertijd is de moeilijkheidsgraad van de verwerking toegenomen. In het productieproces is het noodzakelijk om specifieke snijgereedschappen en redelijke verwerkingsparameters te kiezen om herbewerking of afdanking van onderdelen te voorkomen. Met de ontwikkeling van opkomende verwerkingstechnologieën zal het onvermijdelijk zijn om dergelijke materialen relatief eenvoudig en gemakkelijk te verwerken, terwijl ook continue samenvatting en accumulatie van verwerkingservaring vereist is.
Luchtvaartcomponenten kunnen in zware omstandigheden werken, dus er moet speciale aandacht worden besteed aan de productkwaliteit. Kleine defecten in de mechanische verwerking kunnen nadelige effecten hebben op daaropvolgende speciale processen. Om dit potentiële risico te vermijden, moet kwaliteitscontrole strikt worden gehandhaafd tijdens de verwerking.

Stuur RFQ