El objetivo de la investigación fue la transformación de perfiles de aleación de aluminio ultralargos para el tránsito ferroviario.selección de herramientas y programación de programasSe propusieron soluciones técnicas viables y medidas de proceso dirigidas a los problemas existentes en el procesamiento de alta velocidad, tales como la gran vibración, el ruido y la baja eficiencia de programación.Tras la verificación del tratamiento in situ, se han resuelto las dificultades de procesamiento de los perfiles de aleación de aluminio ultralargos.
01 Prefacio
Actualmente, significantly reducing the weight of the vehicle body by using a large amount of lightweight and high-strength materials has become the most important means of lightweighting urban rail transit vehicle bodiesDebido a las múltiples ventajas de los perfiles de aleación de aluminio, tales como alta resistencia, estructura ligera, resistencia al impacto, estabilidad estructural y buen rendimiento de soldadura,los perfiles de aleación de aluminio de estructura hueca se utilizan ampliamente en campos como la aviaciónEn el sector de la construcción, la industria aeroespacial, la automoción, la fabricación mecánica, los buques y el transporte ferroviario.el uso de perfiles de aleación de aluminio ha alcanzado más del 60% de la masa total de la estructura de la carrocería del vagón de metroSin embargo, debido a su estructura única de paredes finas huecas y la característica estructural extremadamente larga del producto, los perfiles de aleación de aluminio se encuentran con problemas tales como la deformación fácil de corte,agrietamiento por vibración, el alto ruido de procesamiento y el rápido desgaste de la herramienta durante el mecanizado a alta velocidad, que afectan seriamente a la eficiencia de procesamiento y los beneficios económicos de los perfiles huecos de aleación de aluminio.La siguiente toma la aleación de aluminio de la carrocería de la tapa superior vigas laterales, las vigas largas de cubierta superior y las vigas laterales del marco inferior que nuestra empresa ha estado procesando durante muchos años como ejemplos para proporcionar algunas soluciones de procesamiento de alta velocidad eficientes y prácticas.El equipo de procesamiento utilizado en el caso es un centro de mecanizado tipo puente de cinco ejes de 30 m.
02 Análisis de los requisitos técnicos de tratamiento
En la estructura de los carros de aleación de aluminio, los perfiles de aleación de aluminio delgados más comunes y principales incluyen vigas laterales de cubierta superior, vigas largas de cubierta superior y perfiles de vigas laterales de marco inferior.Son casi las estructuras de diseño convencionales para el tren de alta velocidadEn el caso de los vehículos de ferrocarril, la estructura de los perfiles es una estructura hueca e irregular.el espesor de la pared de los perfiles es de 3 a 12 mmLa longitud del producto es generalmente de 15 a 25 metros y pertenece a piezas ultralargas y delgadas.
El procesamiento de los diferentes tipos de perfiles de luz lateral tiene características de similitud y concentración significativas.apertura de la puerta de la instalaciónLa luz lateral, como componente clave e importante para el montaje y soldadura de la carrocería del vehículo,tiene requisitos extremadamente elevados para su longitud total, el tamaño de la abertura de la instalación de la puerta y la distancia central entre las puertas adyacentes (tolerancia ± 0,5 mm), con un grado de tolerancia que alcanza el grado de precisión f.
03 Análisis de las dificultades del proceso
Las dificultades de procesamiento de la pieza de trabajo son las siguientes.
1) La eficiencia del procesamiento en bruto es baja. El mecanizado en bruto es el método de procesamiento más eficiente adoptado para lograr el propósito de eliminar rápidamente los materiales de procesamiento.En el procesamiento de vigas laterales, más del 70% de los materiales que deben eliminarse se concentran en las posiciones de la cara final total, la abertura de la instalación de la puerta,la muesca de la placa de las costillas de suspensión de la viga lateral y la ranura de deslizamiento en forma de CEl procesamiento en bruto de estas posiciones ocupa más de la mitad del tiempo de procesamiento de todo el haz lateral.
2) Hay vibraciones, deformaciones y ruidos significativos durante el procesamiento.su rigidez inherente es insuficienteCuando la cavidad de la pared interior se comprime con la fuerza de corte, se producen vibraciones.y conduce simultáneamente a una baja eficiencia de procesamiento y un rápido desgaste de las herramientas y otras consecuencias adversas.
En el proceso de extrusión de los perfiles de aleación de aluminio, se producen:la rectitud y la torsión de los perfiles no pueden alcanzar un estado absolutamente idealTambién existen normas de tolerancia correspondientes para la extrusión de perfiles, de acuerdo con la norma EN 755-9:2001 "Aluminio y aleaciones de aluminio - barras, tubos y perfiles extrudidos - Parte 9: Perfiles,tolerancias de dimensiones y tolerancias de formaPara los perfiles de aleación de aluminio con una anchura de sección transversal de 200 a 300 mm y una longitud superior a 6 m, el estándar de torsión es de 7 mm y la desviación de flexión es ≤ 1,5 mm/m. Por lo tanto, durante el procesamiento fino,Se debe tener plenamente en cuenta el error entre el estado real y las dimensiones teóricas de los perfiles de aleación de aluminio.se debe reservar un margen de mecanizado de 5 mm durante el procesamiento en brutoDebido a la influencia del grado de torsión y la rectitud, la asignación de acabado reservada real aquí no es el 5 mm ideal.el resultado directo es un recorte excesivo o la imposibilidad de garantizar el tamaño de acabado.
4) El tiempo auxiliar de sujeción y desmontaje de la pieza de trabajo es largo.La sujeción manual es ineficiente y requiere mucha mano de obraCuando se trata de cambiar de tipo de producto, el ciclo de sustitución y ajuste de las herramientas es largo.
5) Baja eficiencia de programación y largo ciclo de depuración de programas.Profiles de vigas laterales de aleación de aluminio y componentes estructurales grandes soldados con aleación de aluminioLa programación manual puede satisfacer mejor los requisitos de los cambios de proceso en el sitio, los ajustes de tamaño, etc.pero su eficiencia y precisión no son tan altas como las de la programación automática, y el tiempo de depuración del programa es largo.
04 Soluciones de procesos
4.1 Esquema de mecanizado en bruto
El material de mecanizado en bruto se elimina aserrando.La cara final total de la viga lateral y la posición de la apertura de la puerta de la instalación pueden ser ambos procesados por aserrado para cortar y quitar toda la pieza de materialPara muescas como la placa de la costilla de suspensión de vigas laterales, se pueden utilizar cortadores en forma de T (o cortadores de fresado de tres bordes) para cortar y eliminarlos en lugar de colocar el material cortado en capas.El enfoque principal es hacer una muesca en ambos extremos del material a cortar, de modo que los dos extremos del material a cortar se separan del producto, y luego se utiliza una hoja de sierra o un cuchillo en forma de T para cortar la parte media en su conjunto.La eficiencia de procesamiento de este método es varias veces superior a la del mecanizado de materias en bruto convencionalSin embargo, durante la operación, debe prestarse especial atención a que el material residual no choque con la herramienta de corte al separarse del producto.y que el material de desecho pueda aterrizar suavemente hacia abajo.
La longitud total de la viga lateral se mecaniza utilizando un huso giratorio o una cabeza de fresado de ángulo.sólo hay alrededor de 10 mm de franquicia en cada lado de la viga lateral en la dirección longitudinalCuando algunos equipos no soportan palas de sierra de gran tamaño, se puede utilizar un huso giratorio o una cabeza de fresado de ángulo para procesar la longitud total fresando el plano.
Ejemplo de aplicación del proceso de aserradura: en el procesamiento de la viga lateral del marco inferior de una línea determinada en Guangzhou,una muesca de 904 mm de largo debe ser mecanizada en la superficie superior del perfil de aleación de aluminioEl proceso de procesamiento se muestra en la Figura 1.
Como se puede ver en la figura 1, si se utiliza un molino de extremos para el mecanizado en bruto, inevitablemente se presentarán problemas como grandes vibraciones de procesamiento, alto ruido y baja eficiencia de procesamiento.no es la solución de proceso más eficiente para la eliminación de materiales.
El plan de elaboración de la sierra y el análisis de dificultad sugieren que esta muesca no es una estructura trapezoidal isósceles estándar.tanto los extremos izquierdo y derecho son estructuras de borde recto vertical hacia arriba. toda la muesca está rodeada por cinco superficies en diferentes direcciones, y una o dos vías de corte no pueden completar el procesamiento de toda la muesca.se ha diseñado una estructura de placa costera de 12 mm de espesorEs necesario seleccionar razonablemente el diámetro del cortador de fresado de tres lados.El cortador de fresado no sólo debe asegurar que la muesca se corta a través, sino también evitar que la herramienta dañe la placa de la costilla de 12 mm de espesor en el lado de la muescaEsta muesca se encuentra en la superficie superior del perfil del producto. Los residuos cortados no pueden caer de la pieza de trabajo con su propio peso.Hay riesgo de colisión con la herramienta de corte., que plantea un riesgo significativo para la seguridad.
El esquema de sujeción se muestra en la Figura 2. El procedimiento de procesamiento específico: en el primer paso, mediante el método de procesamiento por agujeros de fresado helicoidal,un orificio transversal semicircular de φ100 mm se procesa en cada extremo de la parte superior del perfil donde se debe mecanizar la muescaEl objetivo es evitar que el mango de la fresadora de tres bordes choque con la pieza de trabajo al cortar la superficie inclinada en el segundo paso.Debido a que la longitud del cortador de fresado de tres bordes es insuficiente (una herramienta demasiado larga dará lugar a una rigidez insuficiente), los agujeros se hacen para evitar la colisión entre la herramienta y la pieza de trabajo [1] El segundo paso es utilizar un cortador de fresado de φ125 mm de tres bordes y, mientras gira el husillo,cortar las superficies inclinadas en ambos extremos de la muesca. Cortar una vez de cada lado del perfil para separar las superficies inclinadas izquierda y derecha de la muesca del perfil.cortar la parte inferior de la muesca de ambos lados, respectivamenteEn este punto, se ha completado el corte y la separación en tres direcciones.El cuarto paso es cambiar a un φ500mm cuchillo de hoja de sierraEl objetivo es evitar la colisión y la interferencia entre la máquina herramienta y la parte superior del perfil.Cortar las caras del extremo izquierdo y derecho de la muesca de 904 mm de arriba a abajo, respectivamenteEn este momento, la herramienta se encuentra directamente sobre la pieza de trabajo, evitando así el problema de la colisión de la chatarra con la herramienta.
4.2 Medidas para mejorar las vibraciones, deformaciones y ruidos
La causa principal de las vibraciones, deformaciones y ruidos radica en la insuficiente rigidez de la pieza de trabajo durante el procesamiento.Las vibraciones y otros problemas pueden controlarse y mejorarse a partir de los siguientes aspectos:.1 Coloque razonablemente las distancias entre cada punto de sujeción de la herramienta.la distancia máxima entre cada punto de sujeción de la herramienta no debe exceder de 2 metrosPara algunos perfiles de paredes delgadas con baja resistencia (espesor de pared del perfil de 4 mm o menos), los puntos de sujeción de las herramientas con distancias más pequeñas deben ser establecidos.2 Las zonas con grandes tolerancias de corte de la pieza de trabajo deben estar lo más cerca posible de los puntos de sujeción de la herramienta. 3 Adoptar un método de procesamiento con parámetros de corte pequeños y velocidades de alimentación rápidas.la dirección de alimentación del centro de la herramienta debe estar lo más lejos posible del centro de la franja de mecanizado para garantizar la eficiencia de corte del borde lateral de la herramienta [2].
4.3 Plan de transformación fina
En el sistema de coordenadas de procesamiento, las sondas Renishaw se utilizan para medir la posición de procesamiento en el eje X, eje Y y eje Z (cualquier uno o varios de los ejes X,El eje Y y el eje Z se pueden seleccionar de acuerdo con la situación de procesamiento fino) direccionesEl resultado de la medición de la sonda es la diferencia entre el estado real del perfil y la posición teórica.Esta diferencia se almacenará bajo el parámetro # dirección de la máquina herramienta (parámetro R para el sistema Siemens). sustituir este parámetro en el programa de procesamiento para lograr el procesamiento de fresado fino del producto. Este método es la solución de acabado más precisa,Pero la máquina herramienta debe estar equipada con una sonda de radio Renishaw.
En ausencia de radiosondas Renishaw, se adopta el método manual de medición y valor suplementario, que también es una solución de acabado altamente operacional.El proceso de aplicación principal es el siguiente:: se reserva una cierta franquicia de acabado durante el mecanizado en bruto.la tolerancia real después del fresado en bruto se mide manualmente y se introduce en los parámetros de la máquina herramientaLa diferencia entre la franquicia reservada para el fresado en bruto y la franquicia medida real se calcula mediante el programa.y la diferencia se corrige automáticamente durante el proceso de mecanizadoPor ejemplo, programación de mecanizado en bruto: G01 Y5 F2000 (indicando una franja de mecanizado de 5 mm reservada en la dirección positiva del eje Y); programación de acabado:G01 Y[5-#1]F2000 (#1 indica la capacidad de mecanizado real medida).
4.4 Solución de sujeción y desmontaje rápidos
El diseño de herramientas debe considerar plenamente la universalidad. Un conjunto de herramientas debe cumplir los requisitos de procesamiento de todos los productos similares tanto como sea posible. El diseño de herramientas puede adoptar una estructura modular.Una parte es la herramienta básicaLa estructura de posicionamiento de perfiles, que sirve como referencia de posicionamiento para la sujeción del producto, es otra parte.métodos hidráulicos y otros métodos de sujeción automáticos o semiautomáticosAdopte un esquema de sujeción razonable para garantizar que todos los procedimientos de procesamiento se completen en una sujeción, evitando el segundo procesamiento de la pieza de trabajo.Hacer pleno uso de la función de rotación del husillo de la máquina herramientaPara el mismo tipo de perfiles de vigas laterales, se utilizará un sistema de recolección de datos de las piezas de trabajo de la máquina, que incluye un sistema de recolección de datos de las piezas de trabajo de la máquina, un sistema de recolección de datos de las piezas de trabajo de la máquina, un sistema de recolección de datos de las piezas de trabajo de la máquina, un sistema de recolección de datos de las piezas de trabajo de la máquina, un sistema de recolección de datos de las piezas de trabajo de la máquina, etc.debido a la estructura simétrica de uno a la izquierda y otro a la derecha para diferentes modelos y productos de vehículosEn el diseño de las herramientas, una disposición de las herramientas debe tratar de tener en cuenta todos los productos procesados con el mismo tipo de perfil.
4.5 Mejorar la eficiencia y exactitud de la programación
Con el progreso y desarrollo del software industrial, ha surgido un gran número de programas de programación CNC.y en muchos aspectosEn la actualidad, las herramientas de software comúnmente utilizadas en la industria CAD/CAM incluyen MASTERCAM, CIMATRON, PRO-E, UG y CATIA, etc.En el procesamiento de perfiles de aleación de aluminio en la industria del transporte ferroviarioEn base a esto, MASTERCAM, como líder en programación bidimensional, es la herramienta de programación más adecuada.La desventaja de la programación de software es que la depuración del programa en el sitio no es conveniente cuando el producto cambia o el tamaño varíaEn algunos casos, la eficiencia de procesamiento de la programación CNC no es tan buena como la de la programación manual.la programación de software no puede controlar bien la desviación causada por la deformación de los perfiles.
La programación manual requiere un tiempo relativamente largo para la preparación inicial del proceso, pero tiene una mayor adaptabilidad y flexibilidad.se puede ver que la estructura y las características de procesamiento de varias vigas laterales son básicamente las mismasPor lo tanto, se pueden adoptar una gran cantidad de programas macro, comandos de bucle fijo y subrutinas personalizadas para mejorar la eficiencia y precisión de la programación manual.para el procesamiento de ranuras en forma de C en la viga lateral superior de la cubierta, solo es necesario definir las coordenadas de longitud y posición central de cada ranura en forma de C en el programa [3] Crear estructuras de programación modulares y bibliotecas de subrutinas personalizadas,y compilar estructuras de programa para el mismo tipo de haces lateralesLa próxima vez que se encuentre un nuevo producto con una estructura similar, se pueden hacer cambios en el programa existente.Los programas de procesamiento en posiciones de estructura similares pueden ser llamados directamente en la biblioteca de subrutinasPara algunos contornos complejos, superficies y características con grandes cantidades de cálculos de coordenadas de programación, el papel de la programación de software de ordenador puede ser plenamente utilizado.Para algunas estructuras simples y similares, la programación manual es más práctica.
05 Observaciones finales
Este artículo propone soluciones viables a las dificultades existentes en el procesamiento de perfiles de aleación de aluminio ultralargos.selección de herramientas y compilación de programasPara el procesamiento de perfiles de aleación de aluminio ultra largos, es necesario ser bueno en el resumen de las experiencias.la elaboración y promoción de planes de procesos eficientes, optimizando constantemente los procesos y logrando avances tecnológicos, y aprendiendo y comprendiendo los conocimientos y procesos de vanguardia en el procesamiento, como los nuevos equipos,nuevos tipos de herramientas de corte y soluciones de sujeción automáticaEn el trabajo práctico, las técnicas de fabricación no son las mejores, sólo las mejores.La mejora y la innovación continuas son necesarias.
Comentario del experto
Debido a su estructura especial hueca y de paredes delgadas, los perfiles de aleación de aluminio súper largos se enfrentan a problemas como deformación, vibración,ruido de procesamiento elevado y desgaste rápido de la herramienta durante el corte de alta velocidadTeniendo en cuenta todos los factores anteriores, el autor formula soluciones factibles para mejorar los problemas de vibración.deformación y ruido durante el procesamiento mediante la mejora de la rigidez del procesoEl diseño de los accesorios de herramientas permite el apretamiento y desmontaje rápidos de los perfiles.El mecanizado de control numérico adopta métodos como programas macro y subroutines personalizadas, lo que mejora la eficiencia de la programación.
