Развитие уменьшает деформацию детали во время обработки

Sep 11, 2023

Деформация деталей является основным фактором затрат при производстве металлических деталей, особенно в случае больших и тонкостенных заготовок, которые играют важную роль в легкой конструкции или в аэрокосмической отрасли. Институт производственных технологий Фраунгофера IPT в Ахене, Германия, вместе с партнерами успешно разработал систему для уменьшения деформации деталей, вызванной остаточными напряжениями: благодаря моделированию технологического процесса и новому типу зажимной системы компании смогут существенно снизить деформацию детали при фрезеровании в будущем.

При изготовлении и последующей термообработке металлических заготовок возникают остаточные напряжения, которые приводят к отклонениям формы и размеров заготовки при механической обработке. Особенно после разжима, когда заготовка освобождается от системы зажима, происходит значительная деформация детали. Деформация детали такого рода означает, что производственные допуски не могут быть соблюдены и деталь приходится переделывать. В отчете аэрокосмической компании Boeing за 2001 год ежегодные затраты компании на доработку и утилизацию, связанные с задержками, оцениваются примерно в 290 миллионов долларов.

Моделирование искажений детали, вызванных остаточными напряжениями

Команда Fraunhofer IPT вместе со своими партнерами по исследовательскому проекту «VoKoES» разработала концепцию, состоящую из программного обеспечения для моделирования и нового типа системы зажима, которую можно использовать для прогнозирования и уменьшения деформации деталей во время фрезерования проката и термической обработки. -обработанные детали. На примере авиационно-космического конструктивного элемента из титанового сплава Ti‑6AI‑4V команда проекта смогла продемонстрировать, что разработанные решения снижают искажения на 94%.

С этой целью исследователи и их партнер Access eV сначала запрограммировали термомеханическое FEM-моделирование для определения остаточных напряжений в термообработанных заготовках. Кроме того, было разработано численное моделирование деформации, позволяющее прогнозировать деформацию детали после каждой операции фрезерования. Исследователи Фраунгофера IPT запрограммировали моделирование совместно с Институтом структурной механики и проектирования легких конструкций (SLA) при RWTH Ахенском университете на основе метода конечных ячеек (FCM).

Успешная интеграция моделирования в CAM-систему

Вместе с партнером проекта Module Works GmbH исследовательская группа Фраунгофера успешно интегрировала программное обеспечение для моделирования в CAM-систему для планирования траектории инструмента. На основе прогноза деформации детали команда протестировала различные методы компенсации, такие как изменение последовательности обработки или положения целевой детали внутри заготовки. Результаты методов компенсации визуализируются непосредственно в CAM-системе. Преимущество интеграции в CAM-систему заключается в том, что не требуется никакого дополнительного программного обеспечения. Еще одним преимуществом этого процесса является то, что его можно применять ко всем формам заготовок, а также к субтрактивным производственным процессам.

Адаптивная гидравлическая система зажима для фрезерования с уменьшенной деформацией

В дополнение к цифровым решениям для прогнозирования и уменьшения деформации деталей партнер проекта Innoclamp GmbH из Аахена, Германия, разработал адаптивную гидравлическую систему зажима для фрезерования компонентов конструкций аэрокосмической отрасли. Благодаря новой системе зажима остаточные напряжения в зажатых заготовках можно контролируемым образом снимать во время обработки; затем заготовки без напряжений подвергаются дальнейшей обработке. Таким образом, можно получить желаемую геометрию без деформации детали после разжима. Таким образом, допускается деформация детали между этапами обработки без потери привязки детали и без необходимости повторного измерения детали. Разработанные решения были успешно продемонстрированы на последнем этапе проекта на примере авиационно-космического конструктивного элемента из титанового сплава Ти-6АИ-4В как на Фраунгоферовском ИПТ, так и на партнере проекта BoTech GmbH.

Применение цифрового двойника для прогнозирования вибрации во время постобработки компонентов AM