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Eine Fallstudie zur 5-Achs-CNC-Bearbeitung eines Scroll-Edelstahl-Impellers
Veröffentlichungszeit:
Oct 09,2024
Projekthintergrund
Yixin Präzision erhält einen Auftrag von einem Hersteller industrieller Anlagen, eine Charge von Spiral-Edelstahl-Laufrädern für Turbinen zu fertigen. Das Laufrad besteht aus SUS316. Dank seiner hervorragenden Korrosionsbeständigkeit und mechanischen Eigenschaften ist SUS316 für raue industrielle Umgebungen geeignet. Allerdings erfordert die Bearbeitung des Laufrads mit komplexer Geometrie hohe Präzision und geringe Oberflächenrauheit – eine große Herausforderung in der Zerspanung.
Herausforderungen
1. Materialeigenschaften: SUS316 ist während der Zerspanung anfällig für Kaltverfestigung, was in hohem Maße zu Werkzeugverschleiß führt. Daher wirkt sich dies auf die Zerspanungseffizienz und -qualität aus.
2. Geometrische Komplexität: Das Laufrad weist mehrere gekrümmte Oberflächen und eine innere Struktur des Strömungskanals auf; herkömmliche drei- oder vierachsige Geräte können die Anforderungen an die Bearbeitung seiner komplexen Geometrie nicht erfüllen.
3. Hohe Präzision und Anforderungen an die Oberflächenqualität: Die Geometrie der Schaufeln muss äußerst gleichmäßig sein, um das dynamische Gleichgewicht und die Betriebseffizienz der Turbine zu gewährleisten. Gleichzeitig erfordert die Oberfläche der Schaufeln eine extrem geringe Rauheit, um den Luft- oder Flüssigkeitswiderstand zu minimieren.
Die Lösungen
1. Auswahl der Ausrüstung und Prozessgestaltung
Zur Bearbeitung der Scroll-Edelstahl-Laufräder setzt Yixin Precision auf das fortschrittliche 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum. Durch die 5-Achs-Bearbeitung ist eine mehrwinklige Kopplungsbearbeitung komplexer Oberflächen möglich, und die Anzahl der Spanvorgänge wird reduziert. Dadurch wird die Genauigkeit gewährleistet und die Produktivität erhöht. Für den komplexen Läuferbereich wird eine zonale Bearbeitungsstrategie angewendet, bei der Grobbearbeitung und Feinbearbeitung optimal miteinander kombiniert werden.
2. Optimierung von Werkzeugen und Schnittparametern
Um Probleme zu lösen, die durch die kaltverfestigenden Eigenschaften von SUS316 verursacht werden, wählt Yixin Precision bei der Bearbeitung hochbelasteter Zerspanungsteile beschichtete Hartmetall-Schneidwerkzeuge und Keramik-Schneidwerkzeuge. Die Schnittparameter werden durch Experimente optimiert; dabei werden eine niedrigere Vorschubgeschwindigkeit und eine mittlere Drehzahl eingesetzt, um den Werkzeugverschleiß und die thermische Verformung des Werkstücks zu reduzieren. Gleichzeitig kommt ein hocheffizientes Kühlschmierstoffsystem zum Einsatz, das die Schnitttemperatur senkt und einen schnellen Werkzeugverschleiß verhindert.
3. Werkzeugwegoptimierung
Mit fortschrittlicher CAM-Software wird die Geometrie des Impellers detailliert simuliert und der Werkzeugweg geplant, wodurch Leerlaufbetrieb minimiert und plötzliche Werkzeuganschnitte vermieden werden, die zu Werkzeugverschleiß oder Werkstückverformung führen könnten. Zudem verwendet der Bearbeitungsweg in verschiedenen Bereichen des Werkzeugs unterschiedliche Vorschubmethoden, um die Bearbeitungsgenauigkeit jedes Teils sicherzustellen.
4. Online-Messung und Qualitätskontrolle
Während des Bearbeitungsprozesses wird ein Online-Messsystem eingesetzt. Mithilfe einer Präzisionssonde können Dicke, Krümmung und kritische Abmessungen des Schaufelblatts in Echtzeit überwacht werden. Dadurch wird gewährleistet, dass die Kompensation jederzeit während des Bearbeitungsprozesses angepasst wird, was Übermaße bei der Bearbeitung vermeidet. Das endgültige Impellerprodukt wird mit Hilfe einer Koordinatenmessmaschine (CMM) und einer dynamischen Auswuchtmaschine geprüft, um sicherzustellen, dass der Fehler aller Schlüsselmaße innerhalb von ±3 mm eingehalten wird und die Unwucht weniger als 0,1 gmm beträgt.
5. Oberflächenbehandlung
Um den hohen Anforderungen der Turbine an die Oberflächenbeschaffenheit des Laufrads gerecht zu werden, wurde das Laufrad nach Abschluss der Bearbeitung ebenfalls mit ultrapräziser Politur behandelt, was zu einer Oberflächenrauhigkeit von Ra 0,3 oder weniger führte, um eine optimale hydrodynamische Leistung während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs zu gewährleisten.
| Produktname | Scroll-Edelstahl-Impeller |  |
|||||
| Bearbeitungsausrüstung | 5-Achsen-CNC | ||||||
| Größe | Außendurchmesser 110 mm × 55 mm | ||||||
| Anzahl der CNC-Bearbeitungswerkzeuge | 4 | Gesamtzeit | 4 Stunden 30 Minuten | ||||
| Details Nein. |
Prozesse | Werkzeug | Ap (mm) | Ae (mm) | Spindeldrehzahl ( U/min) |
Vorschubgeschwindigkeit (mm/min) |
Bearbeitungszeit |
| 1 | Pre-machining | D10R1 | 0.35 | 7 | 2000 | 1000 | 0:50:50 |
| 2 | Angle-cleaning | D3 | 0.2 | 0.2 | 5000 | 400 | 0:25:10 |
| 3 | Fine-machining | D3R1.5 | 0.06 | 0.15 | 6000 | 1500 | 1:00:30 |
| 4 | Fine-machining | D3R1.5 | 0.03 | 0.1 | 8000 | 1000 | 1:45:40 |
Teile-Highlight ： 1. Das zugeführte Material wird zu einem blanken Werkstück mit einer dünnsten Klingendicke von 0,9 mm (Höhe 28 mm) umgewandelt; fünfachsige stabile Bearbeitung. 2. Hohe Übereinstimmung in der Maßgenauigkeit des gesamten Impellers, Unwucht (gmm) innerhalb von 0,07 gmm. |
|||||||
| Prüfungsartikel | Inspektionsbericht | ||||||
| Auswuchtgrad des Impellers (gmm) | weniger als 0,07 | ||||||
| Prüfgeräte | Dynamische Auswuchtmaschine | ||||||
Ergebnisse
Genauigkeit und Konsistenz: Die Genauigkeit der wichtigsten Abmessungen aller Impeller entspricht dem Designstandard; die dünnste Schaufelstärke beträgt 0,9 mm (Höhe: 28 mm), und die Unebenheit liegt bei 0,1 mm oder weniger. Zudem beträgt die Fehlerkontrolle ±3 Mikrometer oder weniger, was den ausgewogenen und effizienten Betrieb der Turbine gewährleistet.
Oberflächenrauheit: Die Oberflächenrauheit des Impellers erreicht Ra 0,3, was die hydrodynamische Effizienz erheblich verbessert und den Energieverlust während des Betriebs reduziert.
Bearbeitungseffizienz: Dank der optimierten Werkzeugauswahl und Werkzeugbahn hat Yixin Precision die Bearbeitungseffizienz um 20 % gesteigert und den Lieferzyklus bei gleichzeitiger Gewährleistung der Qualität verkürzt.
Kundenfeedback: Der Kunde ist mit der hohen Präzision und der glatten Oberfläche des Impellers sehr zufrieden und hat mit Yixin Precision eine langfristige Zusammenarbeit für die nachfolgende Produktion von Hochleistungsteilen aufgebaut.
Zusammenfassen
Dieser Fall zeigt eindrucksvoll die Vorteile der 5-Achsen-CNC-Bearbeitungstechnologie bei der Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen und anspruchsvoller Bauteile. Auf Basis hochpräziser Anlagen, optimierter Prozessabläufe und strenger Qualitätskontrollen löst Yixin Precision erfolgreich die Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Edelstahlwerkstoffen und liefert den Kunden hochwertige Turbinenlaufradprodukte.
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