Mecanizado CNC de sujetadores aeroespaciales

En la industria aeroespacial, los sujetadores son componentes esenciales que conectan piezas estructurales, transmiten cargas y garantizan la integridad del sistema. Su rendimiento está directamente relacionado con la seguridad, la fiabilidad y la vida útil de las aeronaves. El titanio y sus aleaciones son los materiales preferidos para los sujetadores aeroespaciales debido a su baja densidad (aproximadamente el 60 % de la del acero), alta resistencia (resistencia a la tracción superior a 1000 MPa), excelente resistencia a la corrosión (estable en aire, agua de mar y diversos medios) y excelentes propiedades mecánicas a alta temperatura (mantienen una alta resistencia a 300-600 °C).

A medida que la tecnología aeroespacial moderna evoluciona hacia cargas elevadas, una larga vida útil y un menor peso, los métodos de mecanizado tradicionales no pueden alcanzar la alta precisión (tolerancias dimensionales de hasta ±0.005 mm), las estructuras complejas (como cabezales con formas especiales y secciones roscadas múltiples) y la exigente calidad superficial (rugosidad Ra ≤ 0.8 μm) requeridas para los sujetadores de titanio. La tecnología de mecanizado CNC (control numérico por computadora), con sus ventajas de alta automatización, precisión estable, excelente repetibilidad y adaptabilidad a procesos complejos, se ha convertido en una tecnología clave para la fabricación de sujetadores de titanio. aeroespacial.

Mecanizado CNC de sujetadores de titanio para la industria aeroespacial

Los sujetadores de titanio para la industria aeroespacial requieren una precisión dimensional y tolerancias geométricas muy superiores a las de los sujetadores industriales convencionales. Por ejemplo, la tolerancia del diámetro primitivo de los pernos de aleación de titanio en los compartimentos de los motores de aeronaves debe ajustarse a la norma GB/T 197 Grado 6g o superior. La tolerancia de coaxialidad entre la cabeza y el vástago no debe superar los 0.01 mm. Mecanizado CNC Utiliza un control de programa digital para controlar el movimiento de la herramienta, logrando una precisión de posicionamiento de ±0.001 mm y una repetibilidad de ±0.0005 mm. Esto elimina eficazmente los errores causados ​​por la operación manual y garantiza dimensiones altamente consistentes de los sujetadores producidos en lotes, cumpliendo con los requisitos de calidad de "cero defectos" de la industria aeroespacial.

1. Torneado CNC: Conformado de precisión de formas básicas

Torneado CNC Es el proceso principal en el mecanizado de fijaciones de titanio, utilizado principalmente para el mecanizado de estructuras rotatorias como vástagos, caras de extremos de cabeza y superficies cilíndricas externas. El ángulo de ataque de la herramienta suele ser de 5°-10° y el ángulo de incidencia de 8°-12° para reducir la resistencia al corte y el atascamiento de la herramienta. Los parámetros de corte varían según el grado de aleación de titanio. Por ejemplo, para la aleación de titanio TC11 (comúnmente utilizada para fijaciones en entornos de alta temperatura), el torneado de desbaste utiliza una velocidad de corte de 60-80 m/min, un avance de 0.15-0.2 mm/r y una profundidad de corte de 1-2 mm. El torneado de acabado utiliza una velocidad de corte de 80-100 m/min, un avance de 0.05-0.1 mm/r y una profundidad de corte de 0.2-0.5 mm. Asegúrese de que la rugosidad superficial Ra sea ≤ 1.6 μm.

2. Fresado CNC: Conformado de precisión de estructuras complejas

fresado CNC Se utiliza principalmente para mecanizar fijaciones de titanio con cabezas con formas especiales (como hexágonos, dodecagonales y caras de brida), estructuras ranuradas (como ranuras de bloqueo y socavados) y superficies planas. El mecanizado CNC de 5 ejes es especialmente adecuado para mecanizar fijaciones complejas con características angulares. La profundidad de corte por capa se controla entre 0.1 y 0.5 mm para evitar una carga excesiva en un solo corte, lo que podría provocar la rotura de la herramienta. Por ejemplo, al mecanizar la cara del extremo de la brida de un perno de brida de aleación de titanio, una velocidad de fresado de 80-120 m/min, un avance de 100-300 mm/min y una profundidad de corte de 0.3 mm por capa permiten lograr una tolerancia de planitud de la cara del extremo de la brida de 0.01 mm/m.

3. Roscado CNC: Mecanizado de roscas de precisión

Las roscas son la estructura central que permite la función de conexión de los sujetadores de titanio. Roscado CNC Se debe garantizar la precisión de la rosca (normalmente 6H/6g), la calidad superficial (Ra ≤ 1.6 μm) y la integridad del perfil de la rosca. Los tipos de rosca más comunes incluyen roscas gruesas, finas y trapezoidales. Las velocidades de corte suelen ser de 5 a 15 m/min, con una velocidad de avance igual al paso de la rosca (p. ej., para una rosca M8×1.25, la velocidad de avance es de 1.25 mm/r).

Para roscas de alta precisión, se puede utilizar un método de tres pasos: pretaladrado, roscado de desbaste y roscado de precisión. El diámetro del orificio inferior pretaladrado se calcula según la fórmula (diámetro del orificio inferior de la rosca interior = diámetro nominal – 1.0825 × paso). Por ejemplo, para una rosca interior M10×1.5, el diámetro del orificio inferior es de 8.37 mm. Para el roscado de desbaste, se utiliza un macho de roscar de diámetro pequeño, dejando una tolerancia de mecanizado de 0.1-0.2 mm. Para el roscado de precisión, se utiliza un macho de roscar estándar para garantizar la precisión final de la rosca. Además, tras el roscado, se requiere una inspección completa con un calibre de rosca (para roscas interiores) o un calibre de anillo (para roscas exteriores) para garantizar la conformidad de la rosca.

4. Perforación CNC: Mecanizado de agujeros de precisión

Los sujetadores de titanio aeroespaciales a menudo requieren el mecanizado de orificios de ubicación, orificios pasantes y orificios ciegos, como orificios para pasadores en vástagos de pernos y orificios de retención para tuercas. Perforación CNC Se requieren tolerancias garantizadas en el diámetro del orificio (normalmente H7-H8), precisión en la posición del orificio (tolerancia de posicionamiento ≤ 0.02 mm) y acabado superficial del orificio. El ángulo superior de la broca está diseñado para ser de 130°-140°, y el filo del cincel debe rectificarse a 0.5-1 mm para reducir las fuerzas de corte axiales. Para orificios profundos (profundidad > 5 veces el diámetro del orificio), se requiere una broca con refrigerante interno, con fluido de corte suministrado directamente a la zona de corte a través de canales internos.

Parámetros de corte: velocidades de taladrado de 30-80 m/min y avances de 0.05-0.15 mm/r. Se aceptan velocidades más altas para agujeros de menor profundidad, mientras que agujeros más profundos requieren velocidades más bajas y más retracciones (una retracción cada 2-3 veces el diámetro del agujero) para facilitar la evacuación de la viruta. Por ejemplo, al taladrar un agujero pasante de φ4 mm para un perno M6 en aleación de titanio TC4, se utiliza una broca de carburo de φ4 mm, con una velocidad de corte de 50 m/min y un avance de 0.1 mm/r. Se logra taladrar a la profundidad deseada en tres pasadas, con una precisión de posicionamiento del agujero de 0.015 mm y una rugosidad de la pared del agujero de Ra ≤ 1.6 μm.

5. Rectificado CNC: Superficie de alta precisión

Rectificado CNC Se utiliza principalmente para el mecanizado de precisión final de fijaciones de titanio, incluyendo el rectificado cilíndrico externo (para refinar el diámetro del vástago), el rectificado de caras (para recortar la planitud de la cabeza o la cara final) y el rectificado de roscas (para el mecanizado de roscas de alta precisión). Mantiene tolerancias dimensionales de ±0.002 mm y mejora la rugosidad superficial a Ra ≤ 0.4 μm.

Se utilizan muelas de nitruro de boro cúbico (CBN) con un tamaño de grano de 80#-120# y una dureza semiblanda. Los parámetros de rectificado incluyen una velocidad lineal de la muela de 30-50 m/s, una velocidad de rotación de la pieza de 100-300 r/min y un avance de 0.001-0.005 mm/carrera. En el caso del rectificado de un vástago de perno de aleación de titanio TC6, el rectificado basto elimina una tolerancia de 0.1-0.2 mm, y el rectificado fino, de 0.02-0.05 mm. La tolerancia final de redondez del vástago es ≤0.003 mm y la tolerancia de diámetro es ±0.002 mm.