Инструментти оңдоо үчүн Subtractive vs Hybrid CNC-AM

ПФТ, Шэньчжэнь

Бул изилдөө өнөр жай инструменттерин оңдоо үчүн жаңы гибриддик CNC-кошумча өндүрүшү (AM) менен салттуу subtractive CNC иштетүүнүн натыйжалуулугун салыштырат. Аткаруу көрсөткүчтөрү (оңдоо убактысы, материалдын чыгымдалышы, механикалык күч) бузулган штамптоо штамптары боюнча контролдонуучу эксперименттердин жардамы менен сандык бааланган. Натыйжалар гибриддик ыкмалар материалдык калдыктарды 28–42% га азайтарын жана субтрактивдик ыкмаларга караганда оңдоо циклдерин 15–30% га кыскартат. Микроструктуралык анализ гибриддик оңдоодон өткөн компоненттердин салыштырма созуу күчүн (оригиналдуу куралдын ≥98%) тастыктайт. Негизги чектөө AM жайгаштыруу үчүн геометриялык татаалдык чектөөлөрүн камтыйт. Бул табылгалар гибриддик CNC-AMды туруктуу шайманды тейлөө үчүн алгылыктуу стратегия катары көрсөтөт.

1 Киришүү

Инструменттердин деградациясы өндүрүш тармактарына жыл сайын 240 миллиард долларды түзөт (NIST, 2024). Салттуу subtractive CNC оңдоо фрезерлөө/майдалоо аркылуу бузулган бөлүмдөрдү жок кылат, көбүнчө куткарыла турган материалдын >60% таштайт. Гибриддик CNC-AM интеграциясы (учурдагы инструменттерге түз энергия топтоо) ресурстун натыйжалуулугун убада кылат, бирок өнөр жай валидациясы жок. Бул изилдөө гибриддик иш процесстеринин жогорку баалуу шаймандарды оңдоонун кадимки субтрактивдик ыкмаларына караганда операциялык артыкчылыктарын сандык жактан аныктайт.

2 Методология

2.1 Эксперименталдык долбоорлоо

Беш бузулган H13 болот штамптоо өлчөмдөрү (өлчөмдөрү: 300×150×80мм) эки оңдоо протоколунан өттү:

• А тобу (кемитүү):
  - 5-ок фрезерлөө аркылуу зыян алып салуу (DMG MORI DMU 80)
  - Ширетүүчү толтургучтун түшүүсү (GTAW)
  - Түпнуска CAD үчүн иштетүүнү бүтүрүңүз

• B тобу (Гибрид):
  - Минималдуу кемчиликтерди жоюу (<1мм тереңдик)
  - Meltio M450 (316L зым) менен ЖСН оңдоо
  - Адаптивдүү CNC кайра иштетүү (Siemens NX CAM)

2.2 Маалыматтарды алуу

• Материалдык эффективдүүлүк: Массалык өлчөөлөр оңдоого чейинки/кийин (Mettler XS205)

• Убакытты көзөмөлдөө: IoT сенсорлору менен процесстерге мониторинг (ToolConnect)

• Механикалык сыноо:
  - Катуулуктун картасы (Buehler IndentaMet 1100)
  - Оңдолгон зоналардан тартылуу үлгүлөрү (ASTM E8/E8M).

3 Жыйынтыктар жана талдоо

3.1 Ресурстарды пайдалануу

Таблица 1: Оңдоо процессинин метрикасын салыштыруу

3.2 Механикалык бүтүндүк

Гибриддик оңдоодон өткөн үлгүлөр көрсөтүлдү:

• Туруктуу катуулук (52–54 HRC жана баштапкы 53 HRC)

• Чектөө бекемдиги: 1890 МПа (±25 МПа) – 98,4% негизги материал

• Чарчоону сыноодо фаза аралык деламинация жок (80% кирешелүү стрессте 10⁶ цикл)

1-сүрөт: Гибриддик оңдоо интерфейсинин микроструктурасы (SEM 500×)
Эскертүү: биригүү чектеринде бирдей дан түзүмү эффективдүү жылуулук башкарууну көрсөтөт.

4 Талкуу

4.1 Операциялык кесепеттер

28,9% убакытты кыскартуу жапырт материалдарды алып салууну жок кылуудан келип чыккан. Гибриддик иштетүү төмөнкүлөр үчүн пайдалуу:

• Токтотулган материалдык запасы менен эски шаймандар

• Жогорку татаал геометриялар (мисалы, конформдуу муздатуу каналдары)

• Төмөн көлөмдөгү оңдоо сценарийлери

4.2 Техникалык чектөөлөр

Көрүлгөн чектөөлөр:

• Максималдуу жайгаштыруу бурчу: горизонталдык жактан 45° (ашыкча кемчиликтерди алдын алат)

• DED катмарынын калыңдыгынын дисперсиясы: ±0,12мм адаптациялоочу аспап жолдорун талап кылат

• Аэрокосмостук деңгээлдеги шаймандар үчүн зарыл болгон процесстен кийинки HIP дарылоо

5 Корутунду

Гибриддик CNC-AM инструментти оңдоонун ресурстун керектөөсүн 23–42% га азайтат, ал эми субтрактивдик ыкмаларга механикалык эквиваленттүүлүк сакталат. Ишке ашыруу материалдык үнөмдөө AM операциялык чыгымдарды актай турган орточо геометриялык татаалдыгы бар компоненттер үчүн сунушталат. Кийинки изилдөөлөр катууланган инструменттүү болоттордун (>60 HRC) чөкүү стратегияларын оптималдаштырат.