Fortschrittliche Verarbeitungstechniken für komplex geformte, hochpräzise dünnwandige Teile aus Aluminiumlegierung

Dünnwandige Strukturkomponenten aus Aluminiumlegierungen, die für ihr geringes Gewicht, ihre Druckfestigkeit und ihre Korrosionsbeständigkeit bekannt sind, werden häufig in Ersatzteilen für die Luft- und Raumfahrt eingesetzt, um das Gesamtgewicht von Flugzeugen zu reduzieren und die Flugleistung zu verbessern.Aufgrund ihrer Größe und hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität verursachen herkömmliche Bearbeitungsmethoden jedoch häufig Eigenspannungen, die zu Maßänderungen und Schwierigkeiten bei der Einhaltung der Produktspezifikationen führen.Dieser Artikel konzentriert sich auf ein komplex geformtes, hochpräzises, dünnwandiges Teil aus einer Aluminiumlegierung, das in Luft- und Raumfahrtanwendungen verwendet wird.Durch die Optimierung des Bearbeitungsprozesses und die strategische Anordnung von Wärmebehandlungs-, Kaltumform- und Funkenerosionsvorgängen (EDM) wird ein kontrollierbarer Prozessablauf mit verbesserter Bearbeitungsqualität und -effizienz geschaffen.

Herausforderungen verarbeiten

Das Material des dünnwandigen Teils ist eine hochfeste Hartlegierung 2D14 mit relativ großem Gesamtvolumen und dünnen Wänden, die eine hohe Maßgenauigkeit und geometrische Toleranzen erfordert.Bei der spanenden Bearbeitung werden Hohlräume und Profile gefräst, wobei spannbedingte Spannungen während der Bearbeitung zu Maßabweichungen führen.Diese Abweichungen verhindern, dass die hohen Präzisionsanforderungen von Luft- und Raumfahrtkomponenten erfüllt werden.

Prozessanordnung

1. Gesamtprozessroute

Basierend auf den Merkmalen und Verarbeitungsherausforderungen des Teils wird eine rationale Abfolge von Arbeitsgängen entwickelt, die Kaltbearbeitung, Erodieren und Wärmebehandlung umfasst.Die gesamte Prozessanordnung ist in Abbildung 1 dargestellt, während die äußere Struktur des Teils in Abbildung 2 dargestellt ist.

2. Wärmebehandlung

Die Durchführung einer Stabilisierungswärmebehandlung ist von entscheidender Bedeutung.Bei der ersten Stabilisierung wird das vorbearbeitete Werkstück in einen künstlichen Alterungsofen gelegt, auf 250–290 °C erhitzt, 2–4 Stunden lang gehalten und anschließend an der Luft abgekühlt.Bei der zweiten Stabilisierung wird das halbfertige Werkstück in den Alterungsofen gelegt, auf 250–290 °C erhitzt, 1–2 Stunden lang gehalten und einem Temperaturwechsel ausgesetzt.Eine Aluminiumlegierung unterliegt einem Temperaturwechsel, indem das Bauteil 1–2 Stunden lang in einen Behälter mit niedriger Temperatur bei -70 bis -50 °C gelegt wird.Um die Wirkung zu verstärken, kann eine kryogene Behandlung in flüssigem Stickstoff angewendet werden, wobei die Abkühlungsrate die Ergebnisse der thermischen Zyklen nur unwesentlich beeinflusst.

3. Kaltumformung

Um Verformungen beim CNC-Fräsen zu vermeiden, ist der Prozess in die Phasen Schruppen, Vorschlichten und Schlichten unterteilt.Beim Schruppen trägt eine Werkzeuggeschwindigkeit von 6.000–7.000 U/min effizient Material ab und formt die Gesamtkontur des Teils, wobei ein Aufmaß von 3–5 mm für die Vorschlichtung verbleibt.Das Halbschlichten bei einer Werkzeuggeschwindigkeit von 2000–2500 U/min sorgt für Rauheit und Glanz der Oberfläche und lässt 0,5–1 mm Spielraum für die Schlichtbearbeitung.Das Schlichten mit reduzierter Werkzeuggeschwindigkeit von 1500–1800 U/min eliminiert Aufmaße und gewährleistet die Oberflächenqualität.

4. Elektrische Entladungsbearbeitung (EDM)

Nach Abschluss der Hohlraum- und Profilbearbeitung bleibt das Werkstück an beiden Enden prozessgespannt.Um spannungsbedingte Verformungen beim Entfernen der Klemme zu vermeiden, wird EDM eingesetzt.Diese berührungslose Entladungsbearbeitung eliminiert mechanische Verformungen und Fehler.Die Verwendung positiver Polarität (Werkstück als Anode, Elektrodendraht als Kathode) und die Auswahl eines Stroms von 3–5 A, einer Impulsbreite von 30–50 μs und eines Arbeitszyklus von 1:7 bis 1:5 gewährleisten ein effizientes Erodieren.

Abschluss

Dieser Artikel optimiert die Bearbeitung komplex geformter, hochpräziser dünnwandiger Teile aus Aluminiumlegierung und geht auf deren anspruchsvolle Bearbeitungseigenschaften ein.Durch die Rationalisierung der Abfolge von Kaltbearbeitungs-, Wärmebehandlungs- und Erodiervorgängen sowie die Auswahl geeigneter Werkzeuge und Methoden zum Schruppen, Vorschlichten und Schlichten werden die Qualität und Effizienz der Teileproduktion effektiv sichergestellt und die Abhängigkeit von High-End-Maschinen entfällt Werkzeuge.Die praktische Validierung zeigt die rationelle Gestaltung der Prozessroute, die wissenschaftliche und kompakte Anordnung der Vorgänge, die Vermeidung von Dimensionsänderungen während der mechanischen Bearbeitung, verkürzte Durchlaufzeiten und eine verbesserte Produktionseffizienz.