Цех прецизионных станков с ЧПУ повышает производительность литья по выплавляемым моделям из алюминия более чем на 80 %

Несколько лет назад ухудшение условий ведения бизнеса на нефтяных месторождениях побудило компанию LeanWerks из Огдена, штат Юта, продолжить работу в других отраслях (включая аэрокосмическую и высокоскоростную автоматизацию), чтобы создать более сбалансированную клиентскую базу и более стабильный рабочий процесс. Контрактный цех, теперь зарегистрированный в соответствии с аэрокосмическим стандартом AS9100C, также начал адаптировать некоторые из своих существующих обрабатывающих мощностей, чтобы лучше соответствовать задачам механической обработки, с которыми он столкнется в этих новых отраслях.

Рейд Леланд, президент и соучредитель компании, приводит один пример: алюминиевую отливку для корпуса топливного фильтра реактивного двигателя. К тому времени, когда компания LeanWerks приступила к выполнению этой работы, ее заказчик из аэрокосмического литейного производства отставал от графика поставок почти на год, поскольку собственный процесс механической обработки, а значит и производительность, был медленным. В результате его заказчик — производитель реактивного двигателя, на который установлен этот корпус — терял терпение, а отставание, вызванное задержками с этой работой, разочаровало других заказчиков. Поэтому, стремясь снизить нагрузку на свои внутренние ресурсы обработки, литейный завод связался с LeanWerks, чтобы рассмотреть возможность обработки этих отливок.

Хотя многие инженеры выбирают отливку по выплавляемым моделям для проектирования своих деталей, поскольку они обеспечивают сложную форму и хорошую размерную точность по сравнению с другими процессами литья, эти компоненты по-прежнему требуют механической обработки для достижения точной посадки и функционирования в высокопроизводительных сборках.

Однако изменчивость этих типов отлитых деталей и связанные с ними сложные требования к удержанию обработки заставляют некоторые цеха избегать выполнения этого типа механической обработки.

Например, корпус топливного фильтра требует нескольких операций механической обработки, включая фрезерование глубоких отверстий, расточку, торцовку, сверление, нарезание резьбы, нарезание канавок внутреннего диаметра и трехмерную контурную обработку. Первоначально компания LeanWerks предполагала, что сможет выполнить работу, используя несколько установов на трехосном станке и одну наладку на токарном центре. В конечном итоге было решено, что это не лучшая стратегия, поскольку жесткие допуски положения детали со сложной схемой базирования будут недостижимы из-за множества настроек.

Вместо этого компания LeanWerks задумалась над тем, как можно использовать возможности фрезерования своего токарно-фрезерного станка Mazak Integrex i200S, чтобы минимизировать количество касаний детали во время обработки. Цех в основном использовал этот станок для изготовления вкладышей конических пробковых клапанов для перекачивания под высоким давлением в нефтегазовой промышленности, например, для операций гидроразрыва пласта и гибких труб. Станок Integrex хорошо подходил для изготовления детали вставки клапана, поскольку он мог как обтачивать конический внешний диаметр детали, так и фрезеровать ее внутренние поперечно-осевые отверстия для потока. Станок также мог фрезеровать отверстия, связанные с уплотнительным кольцом, что требовало операции пятиосного контурирования из-за конической поверхности отверстий.

Тем не менее, обработка части корпуса топливного фильтра на токарно-фрезерном станке (работа, не требующая токарной обработки) представляла собой целый ряд проблем. Например, литой авиационный алюминий A356.0 имеет высокое содержание кремнезема и может быть жестким для режущих инструментов.

Кроме того, геометрия детали имеет множество особенностей под разными углами на всех гранях (включая критически важную посадку внутри нижней части отливки глубиной 13 дюймов), а тонкостенные области создают проблемы с вибрацией во время обработки. Кроме того, деталь со сложной базовой структурой требует жестких допусков, включая допуск истинного положения 0,25 мм для некоторых широко разделенных элементов, а также допуски размера 0,01 мм и допуски истинного положения 0,05 мм для других, менее разделенных элементов.

В результате компания LeanWerks, по сути, предприняла три шага, чтобы позволить своему токарно-фрезерному станку эффективно обрабатывать пять сторон отливки по выплавляемым моделям за один установ. Первым шагом была разработка приспособления для удержания отливки, позволяющего выполнять обработку с пяти сторон детали. Ключевым компонентом конструкции приспособления является опора, которая фиксирует основную часть отливки и обеспечивает доступ к элементам между ножками опоры и рядом с ними. Для закрепления отливки на люльке между ножками люльки был установлен цепно-шкивный механизм, обеспечивающий равномерное распределение силы зажима.