Hur bearbetas ultrahöghållfast legerat stål 300M till landningsställ för flygplan?

Ultrahöghållfast stål 300M används alltmer på grund av dess utmärkta materialegenskaper, men detta material har stora bearbetningssvårigheter. Genom att studera bearbetningstekniken för grov och fin bearbetning av detta material, behärska vetenskapliga och rimliga bearbetningsparametrar och metoder, kan produkten av detta material produceras stabilt. Samtidigt kan dess bearbetningsteknik refereras till och användas av andra liknande material, vilket har reklam betydelse.
Flygindustrin beskrivs som "den moderna industrins blomma", vilket är en viktig indikator på ett lands teknologi, ekonomi, nationella försvarsstyrka och industrialiseringsnivå. Å ena sidan är det grunden för nationell försvarssäkerhet, och å andra sidan är det också en viktig pelare som driver landets ekonomiska utveckling. Som en nationell skatt kombinerar flygtillverkningsindustrin de typiska egenskaperna hos högteknologisk industri och avancerad tillverkningsindustri, och har fått hög uppmärksamhet och prioriterad utveckling från länder runt om i världen.

I den strukturella designen av avancerade flygplan för civil luftfart både nationellt och internationellt, för att möta kraven på lång livslängd, enkelt underhåll och flygplans lätta vikt, utvecklas basdelarnas struktur mot integration, komplexitet och tunnväggig . Därför antas fler och fler integrerade strukturella konstruktioner och nya material används för att förbättra flygplanets strukturella styrka.
Med den kontinuerliga utvecklingen av materialteknik, smidesteknik och bearbetningsteknik har användningen av ultrahöghållfast legerat stål för att tillverka de viktigaste lastbärande komponenterna i stora flygplanslandningsställ blivit ett oundvikligt val. För närvarande är de mest använda landningsställsmaterialen utomlands ultrahöghållfast legerat stål, såsom 35NCD16 från Frankrike, 30XCH-2A från Ryssland och 300M från USA. Hög materialhållfasthet kan göra landningsställ lätta, och viktminskning har alltid varit en viktig indikator som eftersträvas vid design av landningsställ. Samtidigt bör material ha utmärkt omfattande prestanda för att säkerställa tillförlitligheten av landningsställets drift.

(1) Det 300M ultrahöghållfasta legerade stålet med metalliska egenskaper är ett viktigt mediumkol nickel krommolybdenstål i den amerikanska flygindustrin, och dess metalliska sammansättning visas i tabell 1.

Tabell 1 Kemisk sammansättning av material (massfraktion) (%)

Jämfört med andra metaller har de kemiska, fysikaliska och mekaniska egenskaperna hos denna metall sina egna egenskaper, som kan sammanfattas enligt följande:
① Ultrahög hållfasthet. Ultrahöghållfast stål är en typ av stål med låg kolhalt och låg legeringshalt. Jämfört med olegerat stål har det högre hållfasthet och är i sig känt som låglegerat ultrahöghållfast stål.
② Hög sträckgräns. Jämfört med olegerat stål har låglegerat stål en högre sträckgräns, så under samma belastning kan delarnas vikt minskas med 20% till 30%.
③ Bra plasticitet och seghet. Andelen legeringselement i låglegerat stål är relativt låg, och det har god plasticitet och seghet.
④ Hög härdbarhet. Legeringsmaterialet innehåller element som Ni, Cr, Mo etc, vilket gör stålets underkylda austenit ganska stabil. Efter luftkylning kan martensit- och bainitstrukturer erhållas.

(2) Analys av materialbearbetningsprestanda: Detta material har i allmänhet två värmebehandlingstillstånd, nämligen normalisering+tempering och släckning+härdning. Motsvarande hårdhet för dessa två tillstånd visas i tabell 2.

Tkunna 2 Materialhårdhet

Av tabell 2 kan man se att materialet har god hårdhet, och dess draghållfasthetsvärde är också mycket högt. Det är just av detta skäl som det är mycket svårt att bearbeta och tillhör kategorin av svårbearbetade material, främst manifesterat i följande aspekter:
① Hög skärkraft. På grund av materialens höga hårdhet och styrka, hög atomdensitet och bindningskraft, hög brottseghet och ihållande plasticitet, är skärkraften stor under skärprocessen, och fluktuationen i skärkraften är också relativt stor.
② Hög skärtemperatur. Under skärprocessen förbrukar legeringar en stor mängd skärdeformationskraft, genererar mycket värme och koncentrerar en stor mängd skärvärme i skärzonen, vilket bildar en hög skärtemperatur.
③ Det finns en stark tendens till arbetshärdning. Legering har egenskaperna hög plasticitet och seghet, i kombination med en hög förstärkningskoefficient, vilket genererar enorm plastisk deformation under inverkan av skärkraft och skärvärme, vilket resulterar i arbetshärdning; Under inverkan av skärvärme absorberar materialet atomer av element som väte, syre och kväve i det omgivande mediet för att bilda en hård och spröd yta, vilket medför stora svårigheter att skära.
④ För stort verktygsslitage. Vid skärning är skärkraften hög, skärvärmen hög och den direkta friktionen mellan verktyget och spånan intensifieras. Verktygsmaterialet har en affinitet med arbetsstyckets material. Dessutom gör närvaron av hårda punkter i materialet och allvarliga härdningsfenomen verktyget utsatt för limslitage, diffusionsslitage, slipslitage, bekvämt slitage och spårslitage under skärprocessen, vilket gör att verktyget förlorar sin skärförmåga.
⑤ Spån är svåra att hantera. Materialet har hög hållfasthet, plasticitet och seghet, och spånen som produceras under skärning är inlindade i band, vilket inte bara är osäkert utan också påverkar det smidiga framskridandet av skärprocessen och är inte lätt att hantera.
⑥ Skärdeformation är betydande. Under bearbetningen av legeringsmaterial är skärtemperaturen hög, plasticiteten är hög och termisk deformation är benägen att inträffa under bearbetningen, vilket gör det svårt att säkerställa vissa exakta dimensioner och former.

Sichuan Huitai Special Metals Co., Ltd. har åtagit sig att bearbeta ultrahöghållfast stål 300M under lång tid. Draghållfasthetsnivån för detta material når 1900-2100MPa. Efter kontinuerlig testning och skärning, med hjälp av specifika bearbetningsverktyg, har en stabil bearbetningsplan sammanfattats för att säkerställa en stabil och effektiv produktion av produkter. Bearbetningstekniken för detta material introduceras från tre aspekter: grovbearbetning, svarvbearbetning och fräsbearbetning av 300M. Bland dem hör svarv- och fräsbearbetning av 300M till kategorin precisionsbearbetning.

Grovbearbetningen av 300M sker vanligtvis före den slutliga värmebehandlingen. Vid denna tidpunkt är materialet i ett normaliserat+härdat tillstånd, med ett maximalt hårdhetsvärde på 31HRC. Hårdheten är låg, har en viss viskositet och är inte lätt att bryta spån. För att minska skärtillägget för precisionsbearbetning avlägsnas så mycket material som möjligt vid grovbearbetning.
(1) Det vanligaste verktyget för grovsvarvning är WIDIAs CNMP120408, som visas i figur 1a, som är lämplig för grovbearbetning. På grund av råvarornas mjukhet, för att bättre bryta spån och säkerställa hög bearbetningseffektivitet, är deras bearbetningsparametrar i allmänhet större. Dess skärhastighet är 175~200m/min, skärdjupet är 1,5~2mm och matningshastigheten är 0,2~0,4mm/r. Efter bearbetning är de genererade järnspånorna små och spånbrottet är bra.

a) Yttre svarvverktyg

b) Chips

Figur 1 Externa svarvverktyg och spån

(2) Djuphålsbearbetning är en bearbetningsmetod för snabb materialborttagning som kan väljas från U-borrning och djuphålsbearbetning, med små skillnader mellan de två metoderna.
1) Använd U-borr för bearbetning. På grund av den höga effekt som krävs för att använda U-borrar och den relativt stora diametern på de bearbetade hålen, väljs i allmänhet horisontella bearbetningscentra. När du använder borrning är skärhastigheten för verktyget mellan 40-60m/min och verktygets skärmängd med en tand är mellan 0.15-0,3 mm. Under dessa bearbetningsparametrar kommer de genererade chipsen att vara något tunnare, men ett bättre spånbrytande tillstånd kan också uppnås. Figur 2 visar U-borrbearbetningen som används på ett horisontellt bearbetningscenter och de genererade spånen.

a) U-borr

b) Chips
Figur 2 U-borr och spån

2) Bearbetning av djuphålsborrning. När du använder en djuphålsborr för bearbetning bör särskild uppmärksamhet ägnas åt flisens brottläge. Långa och tunna spån är särskilt benägna att blockera skärröret på djuphålsborrverktyget, vilket gör att spån inte kan tömmas. Vid allmän bearbetning är skärmängden per tand 0.2-0,4 mm. Samtidigt som du säkerställer tillräcklig verktygsstyrka och maskinbelastning, försök att kontrollera skärmängden per tand över 0,3 mm. Detta kommer att göra det lättare för järnspån att gå sönder och producera perfekta spån. Bearbetningsverktygen och spånen visas i figur 3.

a) Verktyg för djuphålsborrning

b) Spån med en skärmängd på 0,3 mm per tand
Figur 3 Djupa hålsborrverktyg och spån

Svarvning är generellt uppdelad i yttre cirkelsvarvning och inre hålborrning. Svårigheten att svarva är lägre än för borrning, och verktygshållfastheten under svarvning är bättre än för borrning, vilket gör spånavlägsnandet lättare och kylningen mer tillräcklig. För att säkerställa bearbetningskvaliteten på delar är den i allmänhet uppdelad i grov och finbearbetning.

Figur 4 Precisionsbearbetning av svarvblad

(1) Vid grovbearbetning av den yttre cirkeln med extern svarvning är den linjära hastigheten 90-120m/min, skärdjupet är 0.3-0,8 mm och matningshastigheten är { {5}}.1-0.2mm/r. När du använder detta verktyg för bearbetning kan det säkerställas att det bara finns en verktygsspets i kontakt med delens yttre cirkel, vilket kan minska skärkraften och skärvärmen. Verktygen och spånen som används för att bearbeta den yttre cirkeln visas i figur 5.

a) Yttre svarvverktyg

b) Chips
Figur 5 Externa svarvverktyg och spån

Från figur 5 kan det ses att de genererade markerna är mörkare i färgen och längre i längd och bildar en lockig form. Detta beror på att efter den slutliga värmebehandlingen förbättras materialets draghållfasthet avsevärt, och en stor mängd skärvärme genereras under bearbetningsprocessen, vilket inte är lätt att bryta spån.
Vid precisionsbearbetning av den yttre cirkeln är den linjära hastigheten {{0}}m/min, skärdjupet är 0.05-0.1 mm och matningshastigheten är 0.{ {5}},1 mm/r. Sådana bearbetningsparametrar kan säkerställa att ytan på den precisionsvändande yttre cirkeln är mycket slät, och de genererade markerna visas i figur 6.

Figur 6 Finsvarvspån

(2) Det finns tre frågor att vara uppmärksam på vid bearbetning av inre hål: för det första bör det finnas bra kylning, tillräckligt med kylvätska och koncentrationen av kylvätska bör säkerställas; För det andra är det nödvändigt att säkerställa bra spånavlägsnande och undvika förekomsten av spånklämning och skärning; Det tredje är att säkerställa att skärverktygen har god styvhet.
För att uppnå bra spånborttagning använder grovbearbetning vanligtvis segmenterad borrmetod vid borrning av inre hål, som är uppdelad i flera segment baserat på den totala längden av delens inre hål. Under segmenterad borrning kan de genererade spån urladdas i tid, vilket undviker ackumulering av en stor mängd spån i det inre hålet och gör att verktyget avviker. Borrmetoden visas i figur 7. Vid borrning av inre hål är det nödvändigt att använda stötdämpande verktygshållare och verktyg med stor diameter. Verktygets längd ska matcha delens längd och verktyget ska vara något längre än delen. Detta kan maximera verktygets styvhet, undvika vibrationer och skärning och göra det inre hålets yta slätare. Verktygen som används för att borra hål visas i figur 8. Under grovbearbetning är den linjära hastigheten 90~120m/min, skärdjupet är 0.2~{ {11}},5 mm och matningshastigheten är 0,1~0,2 mm/r. De genererade markerna visas i figur 9.

Figur 7 Borrmetod

Figur 8 Antivibrationsknivstång

Figur 9 Grova borrspån

Spånen som genereras av borrning är längre än de från den yttre cirkeln av bilen eftersom deras skärdjup är mindre än den för den yttre cirkeln av bilen, vilket gör dem svårare att bryta och mer lockiga. Bearbetningsparametrarna för precisionsborrning av inre hål liknar dem för precisionssvarvning av yttre cirklar, och de genererade chipsen är också i grunden lika.

När man utformar bearbetningsprocessen, för att säkerställa jämnheten i hela bearbetningsprocessen, väljs den slutliga formfräsningen av delarna, och de valda bearbetningsfunktionerna, skärverktygen och bearbetningsmetoderna är också olika.

(1) Grovbearbetning använder vanligtvis skärverktyg av maskinkorttyp, som har hög bearbetningseffektivitet och låg kostnad. Standardblad kan säkerställa stabiliteten för grova bearbetningsdimensioner. När du bearbetar detta material kan valet av verktyg producerade av Shante ge goda resultat. Verktygsmodellen är R390-020A20-11M, och bladmodellen är R390-11 T3 31M-KM, som visas i figur 10. När du använder det här verktyget för bearbetning är skärhastigheten 100-150m/min, skärdjupet är 0,5 mm och matningshastigheten är 400-800mm/min. Att välja ett för stort skärdjup kan orsaka onormala skador som att kniven går sönder på kniven. Efter bearbetning visas chipsen i figur 11.

Figur 10 Grovbearbetningsverktyg och knivar

Figur 11 Grovfräsning av spån

(2) Om detaljstorleken för en liten del är liten, kan verktyg med större diameter inte användas. För att öka verktygets livslängd och säkerställa bearbetningskvaliteten på detaljen krävs viss bearbetningskunskap. Vid bearbetning av 300M är det bäst att använda cykloidal fräsning istället för skiktfräsning för små detaljer.

Cykloidal fräsning har många fördelar, såsom hög bearbetningseffektivitet, låg radiell skärkraft, okänslighet för vibrationer och liten avvikelse vid bearbetning av djupa spår. Den har bra spånavlägsnande prestanda och genererar mindre värme. Det rekommenderas att användas för bearbetning av hårda material och vibrationskänsliga tillstånd. Dess bearbetningsläge visas i figur 12. När du använder cykloidal fräsning kan skärhastigheten nå 150-200m/min.

Figur 12 Cykloidal fräsning

(3) Vid precisionsbearbetning är det tillrådligt att välja skärverktyg som är så nära bearbetningsstorleken som möjligt för att säkerställa god styvhet, och belagda skärverktyg bör väljas, som visas i figur 13. Verktygets skäregg bör vara skarp, så att den producerade ytjämnheten kan uppfylla kraven, som visas i figur 14.

Figur 13 Cykloidal fräsning

Figur 14 Ytkvalitet efter precisionsbearbetning

På grund av de utmärkta materialegenskaperna hos 300M ultrahöghållfast stål har dess användningsområde blivit allt bredare, men samtidigt har det också ökat svårigheten att bearbeta. I produktionsprocessen är det nödvändigt att välja specifika skärverktyg och rimliga bearbetningsparametrar för att undvika omarbetning eller skrotning av delar. Med utvecklingen av framväxande bearbetningstekniker kommer det oundvikligen att göra bearbetningen av sådana material relativt enkel och lätt, samtidigt som det kräver kontinuerlig sammanfattning och ackumulering av bearbetningserfarenhet.
Flygkomponenter kan fungera i tuffa miljöer, så särskild uppmärksamhet bör ägnas produktkvalitet. Mindre defekter i mekanisk bearbetning kan ha negativa effekter på efterföljande specialprocesser. För att undvika denna potentiella risk måste kvalitetskontroll tillämpas strikt under behandlingen.

Skicka förfrågan