Tournage CNC de pièces de buses forgées sous pression

Les Usinage CNC des pièces forgées a toujours été un défi dans l'industrie du traitement mécanique, et il en va de même pour la buse des pièces forgées utilisées dans l'aéronautique. Cet article se penchera sur la question de l'utilisation de la buse dans l'industrie aéronautique. buse de forgeage L'analyse de la catégorie et de l'état d'avancement de l'usinage permet de proposer un adaptateur pour connecter la broche hydraulique d'un tour CNC à un mandrin polyvalent, ainsi qu'un dispositif de fixation de l'embouchure du tigre, afin de résoudre les problèmes de faible efficacité d'usinage, de difficulté de serrage et de manque de flexibilité de l'usinage conventionnel de la matrice sur le tour. buse de forgeage pièces. Cela permettra au tour CNC d'utiliser un mandrin polyvalent plus flexible pour serrer les pièces de la buse de forgeage sous pression, réalisant ainsi son usinage CNC.

1. La situation actuelle

Les tuyères sont couramment utilisées dans les avions, et ces tuyères se présentent généralement sous deux formes de pièces brutes : l'une est le forgeage libre, qui est utilisé aux premiers stades du développement ; l'autre est le forgeage par matriçage, qui est utilisé pour la production de masse. D'après les statistiques, AVIC Chengfei a fabriqué plus de 1 300 pièces de tuyères pour différents modèles d'avions, dont les principales catégories et quantités sont indiquées dans le tableau 1.

Tableau 1 Types et quantités des pièces de la buse

Type de buse	Buse droite	Buse coudée	Plat tee buse	Buse en té tridimensionnelle	Buse plate à quatre voies	Buse tridimensionnelle à quatre voies
Image de la buse
Quantité distribuée N/poste	403	126	394	95	223	79

Le processus de transformation des forgeage libre Les buses de tuyauterie à joint comprennent généralement : la coupe → le fraisage hexagonal → l'ébavurage → le fraisage grossier de diverses formes de buses de tuyauterie → l'ébavurage → le tournage de précision de chaque buse de tuyauterie → l'ébavurage. buse de tuyau → fraisage → ébavurage → marquage. Au cours de l'usinage, on fraise l'hexagone afin d'obtenir des surfaces de référence et de serrage pour l'usinage ultérieur. Des mandrins universels à deux mors ou à simple action peuvent être utilisés pour le serrage, qui peut être effectué sur des tours ordinaires et des tours à commande numérique.
Au cours de la processus de forgeageDans le cas des pièces forgées, la buse de la matrice produit des bavures moulées sur l'ébauche, la surface est irrégulière et la qualité est instable, ce qui fait qu'il n'y a pas de plan de référence disponible. Des années d'exploration et l'expérience d'ouvriers qualifiés ont permis de concevoir un dispositif autodidacte appelé "pièce Hukou", qui peut être combiné avec la surface de l'ébauche de la buse des pièces forgées sous pression. Le modèle tridimensionnel est illustré à la figure 1. Les surfaces cylindriques 1 et 2 de la pièce à bouche de tigre sont perpendiculaires. La surface cylindrique peut être traitée en fonction de la surface circulaire extérieure de l'ébauche de buse, puis reliée à l'ébauche de buse en serrant les surfaces cylindriques 1 et 2. Le schéma de l'ébauche de la buse du clip bouche de tigre est illustré à la figure 2, où la rainure carrée est utilisée pour éviter le bossage plat de la clé à molette de l'ébauche. Mais ce type d'embout à bouche de tigre est un dispositif de fabrication personnelle basé sur le mandrin à deux mâchoires ou à simple action utilisé sur les tours ordinaires. Les deux sont assemblés par une surface cylindrique et ne peuvent pas être combinés avec le mandrin hydraulique standard des tours CNC. Ceci est déterminé par la forme structurelle du mandrin hydraulique. En outre, les mâchoires du mandrin hydraulique sont plates et ne peuvent pas être positionnées pour serrer la surface brute de la buse de la matrice de forgeage.

Figure.1 Modèle 3D de la tranche de bouche de tigre

Figure.2 Schéma de la buse pour le forgeage à l'aide d'une matrice de serrage de la pièce buccale du tigre
Il existe deux méthodes de traitement des pièces de buse des pièces matricées : l'une est utilisée sur un tour ordinaire, qui utilise deux griffes ou des mandrins à simple action avec des mâchoires de tigre pour saisir les pièces et actionner manuellement la machine-outil pour achever le traitement de la pièce. Sa caractéristique est que la méthode de serrage est universelle, mais l'efficacité du traitement est faible, l'intensité du travail des ouvriers est élevée et la qualité est instable. La seconde est réalisée sur des tours CNC, qui présentent une efficacité et une précision élevées, une faible intensité de main-d'œuvre et une qualité stable dans le tournage des pièces. Toutefois, la méthode de connexion des mandrins polyvalents est différente de celle des tours à commande numérique. Sur les tours CNC, les pièces ne peuvent être serrées qu'à l'aide d'une combinaison de dispositifs spécialisés, et les tours CNC achèvent automatiquement le traitement des pièces. Sa caractéristique est que la méthode de serrage est peu universelle et que le dispositif de fixation combiné comporte des facteurs humains importants, ce qui se traduit par une précision extrêmement instable. En même temps, le montage combiné est limité par la combinaison des composants, avec une grande taille de serrage et une longue plaque de pressage, ce qui entraîne un long porte-à-faux de l'outil d'usinage, un long temps de serrage des pièces et une qualité de traitement instable. Le montage combiné a un cycle long, nécessitant généralement plus d'une journée d'assemblage, et le temps d'attente pour les pièces est long. Bien que les montages spécialisés aient résolu les problèmes de faible stabilité et de fiabilité, ainsi que les longs temps d'attente, leur universalité pourrait être améliorée, et un montage complet est nécessaire pour chaque pièce, ce qui entraîne des coûts élevés. Par conséquent, avec l'augmentation du nombre de modèles et de lots d'avions, le traitement des pièces de tuyères pour les pièces forgées est devenu un goulot d'étranglement majeur dans l'industrie aéronautique.

2. Mise en œuvre de l'usinage sur tour CNC pour les pièces de buse forgées sous pression

Pour résoudre le problème de la capacité des tours CNC à traiter les buses de matriçage, il est désormais envisagé de modifier le mandrin utilisé dans les tours ordinaires pour en faire un mandrin polyvalent. Deux mâchoires peuvent réaliser un centrage automatique par l'action de tiges filetées, et les deux autres rainures de serrage perpendiculaires aux mâchoires de centrage automatique peuvent être installées avec des mâchoires de positionnement, qui peuvent être utilisées pour localiser les pièces et réaliser un tournage excentrique des pièces. Concevoir simultanément un adaptateur (voir figure 3) pour connecter le mandrin polyvalent à un tour CNC, ce qui permet de réaliser un tournage CNC hors de la buse pour les pièces forgées à l'emporte-pièce. La figure 4 montre le schéma de construction d'un mandrin polyvalent utilisé sur un tour CNC par l'intermédiaire d'un adaptateur, et la figure 5 montre un modèle solide tridimensionnel.

Figure.3 Adaptateur
The spindle adapter plate 14, shown in Figure 4, is connected to the spindle of the CNC lathe, and then the spindle adapter plate 14 and chuck 1 are connected using vis through adapter 7; The spindle adapter plate 14 and adapter 7 use a cylindrical surface for positioning and orientation, and a conical surface for auxiliary positioning; The adapter 7 and chuck 1 are positioned and oriented using a cylindrical surface; Ensure that adapter 7, chuck 1, and spindle adapter 14 are on the same axis as the centerline of the lathe spindle. Claws 2 and 5 are positioned on chuck 1 through keyways, and jaws 2 and 5 are installed with tiger mouth pieces 3 and 4 through cylindrical surface positioning. The tiger mouth pieces grip the die forging nozzle blank 15. During the clamping process, screw rod 6 applies force to jaws 2 and 5 simultaneously to clamp the die forging nozzle blank 15, achieving automatic centering and ensuring that the axis of the parts is consistent with the axis of the machine tool.

Figure.4 Diagramme des relations structurelles en 2D
1. Mandrin ; 2. 5. Griffe ; 3. 4. Tranches de bouche de tigre ; 6. Tige filetée ; 7. Adaptateur ; 8. 10. 12. VisGoupille de positionnement ; 11. Goupille cylindrique ; 13. RondellesPlaque d'adaptation de la broche ; 15. Couvercle de la buse

Figure.5 Diagramme des relations structurelles en 3D
L'adaptateur est fileté et relié à l'adaptateur de broche et au mandrin. L'adaptateur a un jeu entre l'adaptateur de broche et le mandrin, tandis que la griffe et la lame tigrée sont équipées d'un jeu. La surface cylindrique de la plaque de l'adaptateur de broche est positionnée et centrée, et la connexion à vis est installée sur le tour CNC ; l'adaptateur adopte le positionnement de l'axe, le centrage du cône et la connexion à vis pour s'installer sur la plaque de l'adaptateur de broche ; le mandrin adopte le positionnement et le centrage cylindriques, et est connecté et installé sur l'adaptateur avec des vis ; la griffe est connectée au mandrin par une rainure en forme de T et centrée automatiquement par un ajustement à vis ; l'embouchure du tigre est positionnée et centrée par une surface cylindrique, et est connectée à la griffe avec une goupille.
Grâce à la connexion et au serrage susmentionnés, la buse de la matrice de forgeage peut être positionnée de manière pratique, fiable et précise sur le tour CNC. L'opérateur peut appeler le programme CNC pour réaliser l'usinage CNC des pièces de la buse.

3. Application de l'usinage sur tour CNC pour les pièces de buses forgées sous pression

Après la collecte des données sur les machines-outils à commande numérique et les tours conventionnels (CA6140, CY6140, CF6140), adaptateurs et des mandrins polyvalents adaptés aux machines-outils CNC TALENT8/52 et TALENT10/78 ont été conçus et fabriqués. L'adaptateur est fabriqué à partir de 45 matériaux en acier et conçu sur la base de la méthode de connexion de la broche hydraulique et du mandrin polyvalent du tour CNC. Il est traité et produit conformément aux dimensions d'assemblage de la broche hydraulique et du mandrin à deux mâchoires. Grâce à des essais pratiques, l'adaptateur a été installé et utilisé avec succès pour traiter une certaine pièce de joint de tuyau à trois voies (matériau métallique: 30CrMnSiA). Avec l'utilisation de l'équipement et des accessoires existants, sans ajout d'outils ou de montages spéciaux, le temps de traitement a augmenté par rapport aux 85 minutes précédentes. Réduisez-le à 25 minutes et améliorez l'efficacité du traitement de 70%. Cela permet non seulement d'économiser des coûts, mais aussi de réduire l'intensité du travail des ouvriers.
Ce dispositif adopte le serrage manuel pour éviter le problème du contrôle difficile de la force de serrage. En même temps, il peut réaliser le positionnement excentrique des pièces grâce à des griffes non autocentrées. Par conséquent, il peut être appliqué à l'usinage CNC des pièces de buse de tuyau forgées sous pression et au tournage CNC des pièces excentriques. Il résout également le problème des pièces à parois minces qui ne peuvent pas être traitées à l'aide de tours CNC en raison de la difficulté à contrôler la déformation du serrage hydraulique du mandrin. Le phénomène de faible efficacité, de forte intensité de main-d'œuvre et de qualité instable lors de l'utilisation de tours ordinaires pour traiter les buses forgées sous pression, les pièces excentriques et les pièces à parois minces.

4. Conclusion

La mise en œuvre et l'application de l'usinage CNC pour les pièces de tuyères forgées sous pression est un cas réussi, qui a permis de réduire les coûts, d'améliorer l'efficacité et de réduire l'intensité de la main-d'œuvre pour le traitement des pièces de systèmes aéronautiques d'AVIC Chengfei. Cette étude de cas nous permet d'examiner plus avant les méthodes de mise en œuvre de la conversion de l'usinage ordinaire à l'usinage CNC pour d'autres types de pièces et l'idée de modifier le faible taux d'utilisation de l'équipement CNC dans les entreprises chinoises de construction aéronautique.
Auteur : Dou Haifeng