MEP 从航空航天零件制造中脱颖而出

简介

制造商采用车削、铣削和钻孔操作来加工工件上的特征。然而，这些相同的过程也会在特征边界处产生毛刺和不希望的锐边。这些边缘状况可能会在零件使用时导致材料破损，可能会在结构上削弱零件，并可能对处理零件的人员构成危险。这些不利条件是为什么许多最终用户认为毛刺或极其锋利的边缘是拒绝供应商零件的原因。

制造商传统上使用手磨机和其他手动工艺去除毛刺和锐边。这种方法很慢并且需要将零件从机床中取出并重新固定以进行去毛刺或倒角操作。即使由熟练的工匠执行，这些操作在从一个零件到另一个零件时也缺乏必要的过程一致性。

机械化边缘仿形 (MEP) 是手动去毛刺的一种高效替代方案。 MEP 通过应用工程工具和加工零件特征的相同设备来消除不可接受的边缘条件。 MEP 过程提供了许多好处。它可以通过机器的 CAM 系统精确定义和编程最终边缘条件，从而实现最大的可重复性。由于不必将零件从机器中取出并重新固定，因此减少了整体零件生产时间，并且消除了从设置到设置发生的公差叠加和其他不一致。为应对这一趋势，当今的切削刀具制造商不断开发新的高效刀具，以增强 MEP 工艺的优势。

MEP 的主要候选人

考虑到航空航天工业对零件精度和一致性的要求越来越严格，喷气式飞机部件是 MEP 应用的主要候选者。

例如，飞机涡轮发动机部件通常分为非旋转和旋转。对于非旋转发动机零件（例如滚筒和外壳）的 MEP，边缘仿形通常由标准倒角和断边工具组成，应用于加工零件的设备。

对于风扇和压缩机盘等关键旋转部件，最终用户有更高的标准，并要求完全消除表面缺陷。边缘条件通常必须经过实验室批准和认证。为了去除这些零件的毛刺，工具制造商开发了高精度、完全可重复的定制 MEP 工具。

MEP 工具开发

标准去毛刺和仿形刀具，例如应用于非旋转部件的刀具，包括具有 45° 和 60° 切削刃的涂层整体硬质合金倒角立铣刀，以及使用可转位刀片产生 45° 和 60° 倒角的刀具。

对于最关键的应用，工具制造商提供定制设计的工具，用于对边缘进行轮廓分析，并专门在孔的入口或出口去除毛刺。一些工具结合了这些功能，可以去除入口和出口侧毛刺。

这些定制工具通常具有复杂的切削几何形状。最复杂的边缘设计可以产生带有圆角边缘的倒角，该倒角前面是引入角和引出角，旨在防止形成二次毛刺。

专门的工具开发不仅仅局限于切削刃。对于在孔入口处或部件的顶面对毛刺和边缘进行轮廓分析，研究表明，右旋切割与右旋螺旋相结合是最有效的，因为它可以去除零件上的切割材料。另一方面，对于零件底面的出口毛刺，右侧切割与左侧螺旋相结合的效果最好，这也是因为这种配置会将切屑从组件上移开。

其他应用分析表明，设计用于去除孔顶部或入口处毛刺的 MEP 工具比用于去除通孔底部或出口端毛刺的工具提供更长的工具寿命。这是因为设计用于穿过零件以进入孔出口的去毛刺工具将比仅从孔的一侧进行工作的去毛刺工具更长且直径更小。更长和更小直径的刀具更容易出现不稳定和振动，这两种情况都会导致硬质合金刀具碎裂或断裂。因此，大多数商店选择使用单独的工具来去除孔的入口边缘和出口边缘的毛刺，而不是同时使用一个工具。

更长、更小直径的刀具在选择切削参数时也需要更加小心。一个短而坚固的工具可以在没有振动或其他问题的情况下运行得更快。零件几何形状和特征也会有所不同。当切割条件稳定且切割顺畅且不间断时，可以应用更激进的切割参数。另一方面，中断 MEP 切削路径的通路孔等零件特征迫使使用更保守的参数，以尽量减少刀具磨损并防止过早失效。

MEP 工具的持续开发部分涉及将特征加工与去毛刺相结合的工具。例如，MEP 切削刃将位于立铣刀的顶部，这样它就可以同时加工孔的直径和去毛刺入口边缘。

物质挑战

许多航空航天材料，就其加工特性而言，在去除毛刺和倒角锋利边缘方面提出了额外的挑战。例如，用于发动机部件的镍基合金坚韧并且是不良的热导体。因此，刀具吸收了切削过程中产生的热量，加速了刀具磨损。

因此，在确定刀具的冶金和几何形状时，刀具制造商必须在刃口锋利度和刃口强度之间取得平衡。硬质碳化物基材可以很好地抵抗热磨损和磨损，但它会缺乏基材的抗冲击性，该基材以添加钴或其他合金材料以增加其韧性为特征。以同样的方式，与具有珩磨或其他边缘倒圆准备的切削刃相比，非常锋利的切削刃可能更容易破损。刀具制造商还可以微调前角和螺旋角以及刀具涂层，以在特定工件材料上达到最佳效果。

工具尺寸

对于加工大孔和边缘，工具制造商可以设计任何尺寸的工具，供应商可以为其提供足够大的坯料。然而，在光谱的一小部分，有一些限制。目前可磨削的最小半径约为0.2mm，导入和导出角度也相应减小。

自定义 MEP 工具具有特定的半径、倒角、角度以及这些特征的组合。这些工具通常具有方形切削刃。然而，球头和棒棒糖式工具也可用于轮廓轮廓限制方边 MEP 工具访问的组件的特征。这些工具应用于五轴机器，可以扫描复杂零件轮廓的线并在长轮廓边缘上创建半径。

运行中的 MEP

为了最大限度地提高精度和一致性并节省在机器之间移动零件所花费的时间，制造商通常将 MEP 作为实际零件特征加工操作的一部分。

通常，去毛刺发生在所有加工操作完成后。 CAM 程序指示 MEP 工具依次对所有孔进行去毛刺并折断锐边。一些 MEP 工具可用于对各种孔进行去毛刺，而一些轮廓工具可应用于三个或四个不同的位置或特征，例如孔的底部以及扇形轮廓的底部。

为确保在正确的位置以适当的数量进行边缘轮廓加工，必须在 MEP 操作开始之前定义或测量所涉及的孔或特征。当零件公差非常严格时，零件表面的位置很明确，可能不需要进行过程中的测量。但是，当公差较大时，需要在初始加工后进行测量，以确定要轮廓的边缘或特征的位置。

此外，必须对工具本身进行测量和定位，以确保它能够正确地对零件进行轮廓分析。因为刀具半径非常小——而且出于实际目的，无法测量——刀具长度在 CAM 程序中指定。操作员可以使用预调器或通过激光或测头在机器上确认远离机器的刀具长度。进给率是相对于零件特征和工具的测量尺寸计算的。最复杂的定制去毛刺工具 100% 由制造商测量，工具轮廓公差为 40 微米，包括跳动。

去毛刺或倒角操作应视为精加工，主要关注质量。生产力始终很重要，但尤其是在航空航天部件的成本高达数十万美元的情况下，推动工具最大限度地提高产量可能会产生负面且昂贵的影响。一致性、可靠性和消除废品是最重要的。

结论

带有不符合规格的锋利边缘和毛刺的零件越来越多地被认为是昂贵的废料。这在航空航天工业中非常明显，但在医疗、能源和其他行业的一些关键应用中却是一种增长趋势。制造商需要一种一致、可记录且具有成本效益的去毛刺部件和轮廓零件边缘的方法。机械化边缘仿形 (MEP) 满足了这一需求，因为它取代了手动操作，无论操作多么熟练，零件之间都可能不一致，并且在劳动力、设置和零件处理费用方面都很昂贵。一些最终用户已经禁止手动去毛刺，因为它无法记录和认证。

最高效和最具成本效益的 MEP 代表了工程开发和应用专业知识的结合。提供此类整体解决方案的工具制造商将有助于简化航空航天制造流程（以及其他关键行业的类似流程），并提高质量和生产力。

MEP 在行动

机械化边缘仿形正在使制造商在各种应用中受益。

在一种情况下，制造商在双主轴机器中生产 303 不锈钢部件。随着零件数量和批量大小的增加，对提高生产力的需求也在增加。操作不平衡且耗时 - 90% 的加工发生在主轴上，并且需要手动去除零件底面的毛刺，因此需要额外的设置。当制造商在机器的副主轴中应用定制设计的整体硬质合金 MEP 工具时，它可以同时对零件法兰螺栓孔的两侧进行仿形加工。两个主轴之间的加工时间变得更加平衡，循环时间显着减少。使用 MEP 工具还消除了手动去毛刺的需要以及所需的额外设置和时间。

另一个案例涉及在倒角（平坦）边缘处理与圆角（圆形）边缘之间进行选择。有些零件没有特定的要求，即边缘可以通过任何一种工具进行加工。然而，一家制造商发现，当应用半径而不是倒角时，零件寿命是倒角零件的三倍。工具选择上看似微小的差异显着提高了零件质量。

最后，TiAl-4V 风扇盘上的航空航天制造操作提供了 MEP 轮廓工具应用的示例。制造商一直在使用固定在凸轮配合支架中的硬质合金成型工具来加工圆盘。圆盘和槽半径周围随机位置的表面光洁度很差，而且问题的严重性和频率不一致且各不相同。制造商采用了直径为 10 毫米、10 齿中心切削的棒棒糖式涂层硬质合金刀具，右旋螺旋角为 30°。该工具消除了表面光洁度问题，并且能够在相当短的时间内完成圆盘的两侧。

之前曾在 SecoTools.com 上推荐过。