1. Control de la deformación del sistema de proceso bajo tensión: aumentando la rigidez y optimizando la carga
La fuerza de deformación del sistema de proceso es lo que causa directamente que las piezas tengan el tamaño incorrecto. Por ejemplo, cuando se utiliza una fresadora de pórtico para fabricar superficies planas enormes, la viga transversal puede doblarse entre 0,1 y 0,3 mm bajo el peso del portaherramientas, lo que provoca directamente que la pieza de trabajo quede demasiado plana. Para solucionar este tipo de problemas, es necesario realizar la optimización desde los siguientes tres puntos de vista:
Fortalecimiento de la rigidez de contacto.
La rigidez del contacto se puede mejorar enormemente asegurándose de que piezas importantes como las guías de la máquina herramienta y los cojinetes del husillo encajen mejor. Por ejemplo, precargar la tuerca con tecnología de rodamientos preapretados- elimina el espacio entre el eje principal y el rodamiento. Esto aumenta el área de contacto real entre un 30% y un 50% y la rigidez de contacto más del doble. Después de utilizar esta tecnología, una empresa que fabrica piezas de automóviles redujo el error de redondez del cuello de la biela del cigüeñal de 0,015 mm a 0,005 mm.
Hacer la pieza de trabajo más rígida.
Se necesitan soportes auxiliares para hacer que los elementos de paredes delgadas-como bloques de cilindros y carcasas de transmisión sean más rígidos. Para procesar carcasas de paredes delgadas-, se utiliza el método de sujeción compuesto "eje protector+punta". Primero, el orificio interior se procesa al tamaño correcto. Luego, se inserta el eje protector que se ajusta al espacio entre el orificio interior y se fija con las puntas delantera y trasera. Esto hace que la pieza de trabajo sea entre 4 y 6 veces más rígida durante el procesamiento del círculo exterior y mantiene el error de cilindricidad dentro de 0,02 mm. Además, elementos como portaherramientas y marcos centrales pueden ayudar a evitar que los ejes delgados vibren demasiado. Un estudio de caso sobre el mecanizado de un eje de transmisión encontró que el uso de un sistema de soporte flotante de doble rueda reducía la amplitud de la vibración del mecanizado en un 80% y la tasa de fractura del 15% a menos del 2%.
Optimización de la asignación de cargas
Si diseña correctamente la dirección y el punto de aplicación de la fuerza de sujeción, puede evitar la concentración de tensiones locales. Por ejemplo, cuando se trabaja con llantas de aleación de aluminio, se emplea sujeción radial en lugar de sujeción axial. Esto distribuye la fuerza de sujeción por igual por toda la rueda, lo que reduce la deformación de la pieza de trabajo en un 60 %. El análisis de elementos finitos (FEA) se puede utilizar para modelar la distribución de la fuerza de sujeción y mejorar la estructura del accesorio para piezas que no son regulares.
2. Controlar la deformación térmica: equilibrar el campo de temperatura y mejorar la disipación del calor.
La razón principal por la que las piezas se deforman cuando se cortan es por el calor. Por ejemplo, al girar a alta velocidad, la temperatura del filo de la herramienta puede exceder los 850 grados y el portaherramientas puede estirarse entre 0,05 y 0,1 mm/m, lo que provoca directamente que cambie el tamaño del mecanizado. Para resolver el problema de la deformación térmica, debemos considerar dos cosas: control de fuente y compensación del proceso:
Separar la fuente de calor y facilitar la salida del calor.
Coloque piezas calefactoras, como motores eléctricos y bombas hidráulicas, en el exterior de la máquina herramienta y utilice materiales aislantes, como tableros de fibra cerámica, para evitar que el calor se mueva. Un sistema de refrigeración por aire forzado puede mantener el aumento de temperatura dentro de los 5 grados para piezas importantes como los cojinetes del husillo y los rieles guía. Un fabricante particular de máquinas herramienta CNC mejoró el sistema de circulación del refrigerante de modo que la deformación térmica de los cuerpos de los cilindros de aleación de aluminio durante el fresado pasó de 0,08 mm a 0,02 mm.
Diseño para equilibrio de campo de temperatura.
Al mecanizar el cuerpo de la caja de cambios, los engranajes y cojinetes se disponen de forma simétrica para mantener la temperatura de la pared de la caja de cambios aumentando de manera uniforme y reducir la deformación a la mitad. Para reducir la acumulación de tensión axial y dejar espacio para la expansión térmica, se emplea el método de sujeción "un extremo fijo, un extremo elástico" en piezas delgadas del eje.
Mejorar la configuración para cortar.
Es posible cortar más rápido (Vc), lo que puede acortar el tiempo de corte, pero es importante mantener bajo control el calor de corte y el desgaste de la herramienta. Las pruebas han demostrado que aumentar Vc de 100 m/min a 200 m/min reduce el calor de corte de la unidad en un 30 % pero acorta la vida útil de la herramienta en un 40 %. Por lo tanto, se debe elegir la mejor combinación de parámetros en función del tipo de material (como aleación de aluminio o hierro fundido). Por ejemplo, cuando trabaje con cuerpos de cilindros de hierro fundido, puede mantener la deformación térmica dentro de 0,03 mm configurando la velocidad de avance en f=0.2mm/r y la velocidad de corte en Vc=150m/min.
3. Manejo del estrés interno: diseño de la ruta del procedimiento y pretratamiento en blanco
La tensión interna es una de las principales razones por las que las piezas cambian de forma después de haber sido procesadas. La tensión residual puede alcanzar entre el 30% y el 50% del límite elástico de las piezas de acero templado. Esto puede hacer que las piezas se doblen o se rompan mientras se almacenan o utilizan. Cuando se trata de tensión interna, es necesario controlarla de las dos formas siguientes:
Optimización de la ruta de un proceso
Más del 80% de la tensión residual se puede eliminar siguiendo los pasos de "mecanizado en desbaste → recocido con alivio de tensión → mecanizado de precisión". Por ejemplo, cuando se trabaja con cigüeñales, el recocido para aliviar la tensión a 600 a 650 grados después del mecanizado en desbaste, mantenerlo durante 4 a 6 horas y luego el mecanizado de precisión para lograr precisión dimensional podría evitar que cambien de forma cuando se vuelvan a utilizar. Para artículos con paredes delgadas, se utiliza el método de "mecanizado simétrico". Esto implica cortar primero un lado a una profundidad determinada y luego voltear el otro lado para aliviar la tensión.
Preparando materias primas
Utilice forjado, laminado y otros métodos para hacer que la estructura en blanco sea más uniforme y eliminar los defectos interiores. Una empresa, por ejemplo, emplea la técnica de "forja isotérmica" para fabricar piezas en bruto de bielas. Esta tecnología refina el tamaño del grano al nivel ASTM 6-8 y reduce la distorsión en un 70 % después del procesamiento. Además, el enfoque de agrupación en blanco (agrupar por tamaño y dureza) puede hacer que el margen de corte sea el mismo siempre y reducir los errores.
