Thép cường độ cực cao 300M ngày càng được sử dụng nhiều do tính chất vật liệu tuyệt vời của nó, nhưng vật liệu này có độ khó gia công cao. Bằng cách nghiên cứu công nghệ gia công thô và tinh của vật liệu này, nắm vững các thông số và phương pháp gia công khoa học và hợp lý, sản phẩm của vật liệu này có thể được sản xuất ổn định. Đồng thời, công nghệ gia công của nó có thể được tham khảo và sử dụng bởi các vật liệu tương tự khác, có ý nghĩa quảng bá.
Ngành hàng không được mô tả là "bông hoa của công nghiệp hiện đại", là chỉ số quan trọng về công nghệ, kinh tế, sức mạnh quốc phòng và trình độ công nghiệp hóa của một quốc gia. Một mặt, là nền tảng của an ninh quốc phòng, mặt khác, cũng là trụ cột quan trọng thúc đẩy sự phát triển kinh tế của quốc gia. Là một báu vật quốc gia, ngành sản xuất hàng không kết hợp các đặc điểm tiêu biểu của ngành công nghiệp công nghệ cao và ngành sản xuất tiên tiến, và đã nhận được sự quan tâm và ưu tiên phát triển cao từ các quốc gia trên thế giới.
Xu hướng phát triển của vật liệu cho các bộ phận hàng không
Trong thiết kế kết cấu máy bay dân dụng tiên tiến trong nước và quốc tế, để đáp ứng yêu cầu về tuổi thọ dài, dễ bảo dưỡng và trọng lượng nhẹ của máy bay, kết cấu các bộ phận cơ sở đang phát triển theo hướng tích hợp, phức tạp và thành mỏng. Do đó, ngày càng có nhiều thiết kế kết cấu tích hợp được áp dụng và các vật liệu mới đang được sử dụng để cải thiện độ bền kết cấu của máy bay.
Với sự phát triển liên tục của công nghệ vật liệu, công nghệ rèn và công nghệ gia công, việc sử dụng thép hợp kim cường độ cực cao để chế tạo các thành phần chịu tải chính của bánh đáp máy bay lớn đã trở thành một lựa chọn tất yếu. Hiện nay, vật liệu bánh đáp được sử dụng rộng rãi nhất ở nước ngoài là thép hợp kim cường độ cực cao, chẳng hạn như 35NCD16 của Pháp, 30XCH-2A của Nga và 300M của Hoa Kỳ. Độ bền vật liệu cao có thể làm cho bánh đáp nhẹ và giảm trọng lượng luôn là một chỉ số quan trọng được theo đuổi trong thiết kế bánh đáp. Đồng thời, vật liệu phải có hiệu suất toàn diện tuyệt vời để đảm bảo độ tin cậy của hoạt động bánh đáp.
Tính chất vật liệu 300M
(1) Thép hợp kim cường độ cực cao 300M có tính chất kim loại là loại thép niken crom molypden cacbon trung bình quan trọng trong ngành hàng không Hoa Kỳ và thành phần kim loại của nó được thể hiện trong Bảng 1.
Bảng 1 Thành phần hóa học của vật liệu (Phần trăm khối lượng) (%)
| C | Si | Mn | P | S | Cr | Tôi | Ni |
| 0.40-0.45 | 1.45-1.80 | 0.65-0.90 | 0.01 | 0.0015tối đa | 0.70-0.95 | 0.35-0.50 | 1.65-2.00 |
So với các kim loại khác, tính chất hóa học, vật lý và cơ học của kim loại này có những đặc điểm riêng, có thể tóm tắt như sau:
① Thép siêu bền. Thép siêu bền là loại thép có hàm lượng cacbon thấp, hàm lượng hợp kim thấp. So với thép không hợp kim, thép này có độ bền cao hơn và vốn được gọi là thép siêu bền hợp kim thấp.
② Độ bền kéo cao. So với thép không hợp kim, thép hợp kim thấp có độ bền kéo cao hơn, do đó dưới cùng một tải trọng, trọng lượng của các bộ phận có thể giảm từ 20% đến 30%.
③ Độ dẻo và độ dai tốt. Tỷ lệ các nguyên tố hợp kim trong thép hợp kim thấp tương đối thấp, có độ dẻo và độ dai tốt.
④ Độ tôi cao. Vật liệu hợp kim chứa các nguyên tố như Ni, Cr, Mo, v.v., khiến austenit nguội dưới mức của thép khá ổn định. Sau khi tôi trong không khí, có thể thu được cấu trúc martensite và bainite.
(2) Phân tích hiệu suất xử lý vật liệu: Vật liệu này thường có hai trạng thái xử lý nhiệt, cụ thể là thường hóa + ram và tôi + ram. Độ cứng tương ứng của hai trạng thái này được thể hiện trong Bảng 2.
TCó thể 2 Độ cứng vật liệu
| Tình trạng | Đơn vị độ cứng | ||
| Cao cấp | HBS/HBW | Nhân sự | |
| Chuẩn hóa + Làm dịu | N/A | Tối đa 302 | 31Tối đa |
| Làm nguội + Làm nguội | 590-630 | 555-590 | 52-55 |
Từ Bảng 2 có thể thấy vật liệu có độ cứng tốt, giá trị độ bền kéo cũng rất cao. Chính vì lý do này mà vật liệu rất khó gia công và thuộc loại vật liệu khó gia công, chủ yếu biểu hiện ở các khía cạnh sau:
① Lực cắt cao. Do vật liệu có độ cứng và độ bền cao, mật độ nguyên tử và lực liên kết cao, độ dai gãy và độ dẻo dai bền cao nên lực cắt trong quá trình cắt lớn, biên độ dao động của lực cắt cũng tương đối lớn.
② Nhiệt độ cắt cao. Trong quá trình cắt, hợp kim tiêu thụ một lượng lớn công suất biến dạng cắt, sinh ra nhiều nhiệt và tập trung một lượng lớn nhiệt cắt vào vùng cắt, tạo thành nhiệt độ cắt cao.
③ Có xu hướng làm cứng mạnh. Hợp kim có đặc tính dẻo và dai cao, kết hợp với hệ số gia cường cao, tạo ra biến dạng dẻo lớn dưới tác động của lực cắt và nhiệt cắt, dẫn đến làm cứng; Dưới tác động của nhiệt cắt, vật liệu hấp thụ các nguyên tử của các nguyên tố như hydro, oxy và nitơ trong môi trường xung quanh để tạo thành bề mặt cứng và giòn, gây khó khăn lớn cho việc cắt.
④ Mài mòn dụng cụ quá mức. Khi cắt, lực cắt cao, nhiệt cắt cao, ma sát trực tiếp giữa dụng cụ và phoi tăng cường. Vật liệu dụng cụ có ái lực với vật liệu phôi. Ngoài ra, sự hiện diện của các điểm cứng trong vật liệu và hiện tượng làm cứng nghiêm trọng khiến dụng cụ dễ bị mài mòn dính, mài mòn khuếch tán, mài mòn mài mòn, mài mòn rãnh, khiến dụng cụ mất khả năng cắt.
⑤ Phế liệu khó xử lý. Vật liệu có độ bền, độ dẻo và độ dai cao, phoi sinh ra trong quá trình cắt được quấn thành dải, không chỉ không an toàn mà còn ảnh hưởng đến tiến độ cắt trơn tru, không dễ xử lý.
⑥ Biến dạng cắt là đáng kể. Trong quá trình gia công vật liệu hợp kim, nhiệt độ cắt cao, độ dẻo cao, dễ xảy ra biến dạng nhiệt trong quá trình gia công, khó đảm bảo một số kích thước và hình dạng chính xác.
Công ty TNHH Kim loại đặc biệt Tứ Xuyên Huitai đã cam kết gia công thép cường độ cực cao 300M trong một thời gian dài. Mức độ bền kéo của vật liệu này đạt tới 1900-2100MPa. Sau khi thử nghiệm và cắt liên tục, sử dụng các công cụ gia công cụ thể, một kế hoạch gia công ổn định đã được tóm tắt để đảm bảo sản xuất sản phẩm ổn định và hiệu quả. Công nghệ gia công của vật liệu này được giới thiệu từ ba khía cạnh: gia công thô, gia công tiện và gia công phay 300M. Trong đó, gia công tiện và phay 300M thuộc loại gia công chính xác.
Gia công thô 300M
Gia công thô 300M thường diễn ra trước khi xử lý nhiệt cuối cùng. Lúc này, vật liệu ở trạng thái chuẩn hóa + tôi luyện, với giá trị độ cứng tối đa là 31HRC. Độ cứng thấp, có độ nhớt nhất định và không dễ vỡ phoi. Để giảm dung sai cắt cho gia công chính xác, trong quá trình gia công thô, loại bỏ càng nhiều vật liệu càng tốt.
(1) Công cụ thường dùng để tiện thô là CNMP120408 của WIDIA, như thể hiện trong Hình 1a, phù hợp với gia công thô. Do nguyên liệu mềm, để bẻ phoi tốt hơn và đảm bảo hiệu quả gia công cao, thông số gia công của chúng thường lớn hơn. Tốc độ cắt của nó là 175~200m/phút, độ sâu cắt là 1,5~2mm và tốc độ chạy dao là 0,2~0,4mm/r. Sau khi gia công, mạt sắt tạo ra nhỏ và khả năng bẻ phoi tốt.
a) Dụng cụ tiện ngoài
b) Khoai tây chiên
Hình 1 Dụng cụ tiện ngoài và phoi
(2) Gia công lỗ sâu là phương pháp gia công loại bỏ vật liệu nhanh có thể lựa chọn giữa khoan chữ U và gia công lỗ sâu, có sự khác biệt nhỏ giữa hai phương pháp này.
1) Sử dụng máy khoan chữ U để gia công. Do cần công suất lớn để sử dụng máy khoan chữ U và đường kính tương đối lớn của các lỗ được gia công, nên các trung tâm gia công ngang thường được lựa chọn. Khi sử dụng máy khoan, tốc độ cắt của dụng cụ nằm trong khoảng 40-60m/phút và lượng cắt răng đơn của dụng cụ nằm trong khoảng 0.15-0.3mm. Theo các thông số gia công này, phoi tạo ra sẽ mỏng hơn một chút, nhưng cũng có thể đạt được trạng thái bẻ phoi tốt hơn. Hình 2 cho thấy gia công bằng máy khoan chữ U được sử dụng trên một trung tâm gia công ngang và các phoi tạo ra.
a) Khoan chữ U
b) Khoai tây chiên
Hình 2 Khoan chữ U và phoi
2) Gia công khoan lỗ sâu. Khi sử dụng máy khoan lỗ sâu để gia công, cần đặc biệt chú ý đến chế độ gãy của phoi. Phoi dài và mỏng đặc biệt dễ chặn ống cắt của dụng cụ khoan lỗ sâu, khiến phoi không thể thoát ra ngoài. Trong gia công nói chung, lượng cắt trên mỗi răng là 0.2-0.4mm. Trong khi đảm bảo đủ độ bền của dụng cụ và tải trọng máy, hãy cố gắng kiểm soát lượng cắt trên mỗi răng trên 0.3mm. Điều này sẽ giúp phoi sắt dễ gãy hơn và tạo ra phoi lý tưởng. Các dụng cụ gia công và phoi được thể hiện trong Hình 3.
a) Dụng cụ khoan lỗ sâu
b) Các mảnh vụn với lượng cắt là 0,3mm cho mỗi răng
Hình 3 Dụng cụ khoan lỗ sâu và phoi
Gia công tiện 300M
Tiện thường được chia thành tiện vòng ngoài và khoan lỗ trong. Độ khó của tiện thấp hơn so với khoan, và độ bền của dụng cụ trong quá trình tiện tốt hơn so với khoan, làm cho việc loại bỏ phoi dễ dàng hơn và làm mát đủ hơn. Để đảm bảo chất lượng gia công của các bộ phận, nói chung được chia thành gia công thô và gia công tinh.
Hình 4 Gia công chính xác lưỡi dao tiện
(1) Khi gia công thô vòng tròn ngoài bằng tiện ngoài, tốc độ tuyến tính là 90-120m/phút, độ sâu cắt là 0.3-0.8mm và tốc độ chạy dao là 0.1-0.2mm/r. Khi sử dụng công cụ này để gia công, có thể đảm bảo rằng chỉ có một điểm đầu dao tiếp xúc với vòng tròn ngoài của chi tiết, có thể giảm lực cắt và nhiệt cắt. Các công cụ và phoi được sử dụng để gia công vòng tròn ngoài được thể hiện trong Hình 5.
a) Dụng cụ tiện ngoài
b) Khoai tây chiên
Hình 5 Dụng cụ tiện ngoài và phoi
Từ Hình 5 có thể thấy phoi tạo ra có màu sẫm hơn, dài hơn, tạo thành hình dạng xoăn. Nguyên nhân là sau khi xử lý nhiệt cuối cùng, độ bền kéo của vật liệu được cải thiện đáng kể, trong quá trình gia công sinh ra lượng nhiệt cắt lớn, phoi không dễ bị vỡ.
Khi gia công chính xác vòng ngoài, tốc độ tuyến tính là {{0}}m/phút, độ sâu cắt là 0.05-0.1mm và tốc độ chạy dao là 0.05-0.1mm/r. Các thông số gia công như vậy có thể đảm bảo bề mặt của vòng ngoài tiện chính xác rất nhẵn và phoi tạo ra được thể hiện trong Hình 6.
Hình 6 Các phoi tiện mịn
(2) Khi gia công lỗ bên trong cần chú ý ba vấn đề: Thứ nhất, phải làm mát tốt, đủ chất làm mát và đảm bảo nồng độ chất làm mát; Thứ hai, phải đảm bảo loại bỏ phoi tốt và tránh xảy ra hiện tượng ép phoi và cắt phoi; Thứ ba là phải đảm bảo dụng cụ cắt có độ cứng tốt.
Để đạt được hiệu quả loại bỏ phoi tốt, gia công thô thường áp dụng phương pháp khoan phân đoạn khi khoan lỗ bên trong, được chia thành nhiều đoạn dựa trên tổng chiều dài của lỗ bên trong của chi tiết. Trong quá trình khoan phân đoạn, các phoi sinh ra có thể được xả ra kịp thời, tránh tích tụ một lượng lớn phoi trong lỗ bên trong và khiến dụng cụ bị lệch. Phương pháp khoan được thể hiện trong Hình 7. Khi khoan lỗ bên trong, cần sử dụng giá đỡ dụng cụ giảm xóc và dụng cụ có đường kính lớn. Chiều dài của dụng cụ phải phù hợp với chiều dài của chi tiết và dụng cụ phải dài hơn một chút so với chi tiết. Điều này có thể tối đa hóa độ cứng của dụng cụ, tránh rung và cắt, đồng thời làm cho bề mặt của lỗ bên trong mịn hơn. Các dụng cụ được sử dụng để khoan lỗ được thể hiện trong Hình 8. Trong quá trình gia công thô, tốc độ tuyến tính là 90~120m/phút, độ sâu cắt là 0.2~0.5mm và tốc độ tiến dao là 0,1~0,2mm/r. Các chip được tạo ra được hiển thị ở Hình 9.
Hình 7 Phương pháp khoan
Hình 8 Thanh dao chống rung
Hình 9 Các phoi khoan thô
Các phoi do khoan tạo ra dài hơn phoi từ vòng ngoài của xe vì độ sâu cắt của chúng nhỏ hơn so với vòng ngoài của xe, khiến chúng khó bẻ hơn và cong hơn. Các thông số gia công của lỗ bên trong doa chính xác tương tự như các thông số gia công của vòng ngoài tiện chính xác, và các phoi tạo ra về cơ bản cũng tương tự.
Gia công phay 300M
Khi thiết kế quy trình gia công, để đảm bảo toàn bộ quy trình gia công được trơn tru, hình dạng phay cuối cùng của chi tiết được lựa chọn, tính năng gia công, dụng cụ cắt và phương pháp gia công được lựa chọn cũng khác nhau.
(1) Gia công thô thường sử dụng các công cụ cắt loại thẻ máy, có hiệu suất gia công cao và chi phí thấp. Lưỡi dao tiêu chuẩn có thể đảm bảo tính ổn định của các kích thước gia công thô. Khi gia công vật liệu này, việc lựa chọn các công cụ do Shante sản xuất có thể đạt được kết quả tốt. Mô hình công cụ là R390-020A20-11M và mô hình lưỡi dao là R390-11 T3 31M-KM, như thể hiện trong Hình 10. Khi sử dụng công cụ này để gia công, tốc độ cắt là 100-150m/phút, độ sâu cắt là 0,5mm và tốc độ chạy dao là 400-800mm/phút. Việc lựa chọn độ sâu cắt quá lớn có thể gây ra thiệt hại bất thường như gãy lưỡi dao. Sau khi gia công, các phoi được thể hiện trong Hình 11.
Hình 10 Dụng cụ gia công thô và lưỡi dao
Hình 11 Phôi phay thô
(2) Nếu kích thước tính năng của một bộ phận nhỏ nhỏ, không thể sử dụng các công cụ có đường kính lớn hơn. Để tăng tuổi thọ của công cụ và đảm bảo chất lượng gia công của bộ phận, cần có một số kỹ năng gia công. Khi gia công 300M, tốt nhất nên sử dụng phay cycloidal thay vì phay nhiều lớp cho các tính năng có kích thước nhỏ.
Phay cycloid có nhiều ưu điểm, chẳng hạn như hiệu suất gia công cao, lực cắt hướng tâm thấp, không nhạy cảm với rung động và độ lệch nhỏ khi gia công rãnh sâu. Nó có hiệu suất loại bỏ phoi tốt và tỏa ra ít nhiệt hơn. Nó được khuyến nghị sử dụng để gia công vật liệu cứng và các trạng thái nhạy cảm với rung động. Chế độ gia công của nó được thể hiện trong Hình 12. Khi sử dụng phay cycloid, tốc độ cắt có thể đạt tới 150-200m/phút.
Hình 12 Phay Cycloidal
(3) Khi gia công chính xác, nên chọn dụng cụ cắt có kích thước càng gần với kích thước gia công càng tốt để đảm bảo độ cứng tốt và nên chọn dụng cụ cắt được phủ lớp phủ như thể hiện ở Hình 13. Lưỡi cắt của dụng cụ phải sắc bén để độ nhám bề mặt tạo ra có thể đáp ứng được yêu cầu như thể hiện ở Hình 14.
Hình 13 Phay Cycloidal
Hình 14 Chất lượng bề mặt sau khi gia công chính xác
Do đặc tính vật liệu tuyệt vời của thép cường độ cực cao 300M, phạm vi ứng dụng của nó ngày càng rộng, nhưng đồng thời, nó cũng làm tăng độ khó gia công. Trong quá trình sản xuất, cần phải lựa chọn các công cụ cắt cụ thể và các thông số gia công hợp lý để tránh làm lại hoặc loại bỏ các bộ phận. Với sự phát triển của các công nghệ gia công mới nổi, tất yếu sẽ làm cho việc gia công các vật liệu như vậy trở nên tương đối đơn giản và dễ dàng, đồng thời cũng đòi hỏi phải liên tục tổng hợp và tích lũy kinh nghiệm gia công.
Các thành phần hàng không có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, vì vậy cần đặc biệt chú ý đến chất lượng sản phẩm. Các khiếm khuyết nhỏ trong quá trình gia công cơ khí có thể gây ảnh hưởng xấu đến các quy trình đặc biệt tiếp theo. Để tránh rủi ro tiềm ẩn này, kiểm soát chất lượng phải được thực hiện nghiêm ngặt trong quá trình gia công.
