ماشینکاری دیواره های جدار نازک

چند مدتی پیش به مساله‌ی ماشینکاری دیواره های جدار نازک بر خوردیم در یک پروژه ای. گفتم خالی از لطف نیست اگر کمی بسط بدم این موضوع رو و کمی در موردش صحبت کنیم. کمی در مورد تعریفش، چالش هاش، در مورد پارامترهاش و در آخر هم راه حل های ماشینکاریش.

در بساری از موارد ماشینکاری دیواره های جدار نازک که اکثرا در قطعات صنعت هوایی، صنعت پزشکی و غیره پیش میاد، بسیار چالشی میشه چون استراتژی اشتباه در پیاده سازیش باعث ارتعشات دیواره و در نهایت شکستن اون و یا صافی سطح بد اون دیواره ها میشه. البته این مشکل در دیواره های باز چالش بزرگتری داره تا نسبت به دیواره های بسته، مثل ماشینکاری هندس های Honeycomb. چون دیواره های بسته به دلیل ممان هندسی بالاترشون باعث کمتر شدن دفورمگی یا Deflection دیواره میشن (δ=FL3/3EI) و همچنین بخاطر استیفنس بیشتر ارتعاشاتشون کمتره. اما در دیواره های بلند و جدار نازک باز، مساله ی ماشینکاری بسیار پیچیده تر میشه.

اما در ابتدا بعضی از الزامات هستند که در این نوع ماشینکاری بایستی مد نظر قرار بگیرند.

1. ابزار مناسب:

در ابتدا طول ابزار بسیار مهمه که رعایت بشه. دیواره های جدار نازک با نسبت ضخامت به ارتفاع دیواره شون مشخص میشند همیشه،و کم بودن این نسبت باعث ارتعاشات و لرزش دیواره میشه. بنابراین ارتفاع ابزاررو تا حد امکان باید کوتاه انتخاب کرد که انتهای ابزار پایین دیواره رو بتونه ماشینکاری کنه، در غیر اینصورت خود ابزار باعث ارتعاش، و لرزش ابزار باعث لرزش و ارتعاش بیشتر دیواره میشه. بنابراین تا حد امکان بایستی شرایط ابزار رو پایدار نگه داشت. (در محیط ماشینکاری نرم افزار Siemens NX  میشه با استفاده از گزینه ی Report Shortest Tool ابزارمون رو در بهینه ترین حالت ممکن، یعنی در کوتاهترین اندازه ای که میشه داخل هولدر بطوریکه به هیچ جایی برخورد نداشته باشه بست.)

1. عمق برش محوری (Axis Depth of Cut : ADOC)

مهمترین عاملی که بر روی عمق برش در هر پاس ماشینکاری در مقاطع جدار نازک تاثیر میگذاره، جنس ماده هست. به عنوان یک قانون فرضی، اگر جنس تیتانیوم یا سوپر آلیاژها باشند، عمق برش 8 برابر ضخامت دیواره، برای جنس فولاد عمق برش 6 برابر، و برای آلومینیوم و فلزهای مشابه، عمق برش 4 برابر ضخامت دیواره در نظر گرفته میشه.

1. عمق برش شعاعی (Radial Depth of Cut : RDOC)

پارامتر مهم دیگه برای ماشینکاری مقاطق جدار نازک، عمق برش شعاعی هست. با کمتر شدن ضخامت دیواره و در نتیجه ضعیف شدن دیواره در هر پاس و افزایش لرزش و ارتعاش اون ، در هر پاس عرضی بایستی عمق برش عرضی رو کاهش داد تا نیروهای برشی کمتری به دیواره وارد بشه. به عنوان مثال در شکل زیر، پاس اول 50 درصد قطر ابزار در نظر گرفته شده، و رفته رفته در هر پاس عمق عرضی به 30، 15 و 5 درصد قطر ابزار کاهش پیدا میکنه.

استراتژی ماشینکاری

اگر بخواهیم استراتژی ماشینکاری در دیواره های جدار نازک رو بگیم، ابتدا بایستی دیواره های جدار نازک رو از لحاظ هندسی و جنس دسته بندی کنیم. فرض کنید که ضخامت دیواره رو با حرف T و ارتفاع دیواره رو با حرف L نشون بدیم. در اینصورت مقاطع جدار نازک رو میشه به 3 حالت دسته بندی کرد:

1. L/T < 15
2. 15 <L/T< 30
3. L/T > 30

• در اولین حالت، یعنی موقعی که نسبت ارتفاع به ضخامت دیواره کمتر از 15 باشه، نشون میده که دیواره چندان ضعیف نیست و میشه هر طرف دیواره رو بصورت مجزا ماشینکاری کرد و یک بار اندکی برای پاس پرداخت در دیواره و کف جا گذاشت و در انتها ماشینکاری کرد.

1. ابزار مناسب:

در ابتدا طول ابزار بسیار مهمه که رعایت بشه. دیواره های جدار نازک با نسبت ضخامت به ارتفاع دیواره شون مشخص میشند همیشه،و کم بودن این نسبت باعث ارتعاشات و لرزش دیواره میشه. بنابراین ارتفاع ابزاررو تا حد امکان باید کوتاه انتخاب کرد که انتهای ابزار پایین دیواره رو بتونه ماشینکاری کنه، در غیر اینصورت خود ابزار باعث ارتعاش، و لرزش ابزار باعث لرزش و ارتعاش بیشتر دیواره میشه. بنابراین تا حد امکان بایستی شرایط ابزار رو پایدار نگه داشت. (در محیط ماشینکاری نرم افزار Siemens NX  میشه با استفاده از گزینه ی Report Shortest Tool ابزارمون رو در بهینه ترین حالت ممکن، یعنی در کوتاهترین اندازه ای که میشه داخل هولدر بطوریکه به هیچ جایی برخورد نداشته باشه بست.)

2. عمق برش محوری (Axis Depth of Cut : ADOC)

مهمترین عاملی که بر روی عمق برش در هر پاس ماشینکاری در مقاطع جدار نازک تاثیر میگذاره، جنس ماده هست. به عنوان یک قانون فرضی، اگر جنس تیتانیوم یا سوپر آلیاژها باشند، عمق برش 8 برابر ضخامت دیواره، برای جنس فولاد عمق برش 6 برابر، و برای آلومینیوم و فلزهای مشابه، عمق برش 4 برابر ضخامت دیواره در نظر گرفته میشه.

3. عمق برش شعاعی (Radial Depth of Cut : RDOC)

پارامتر مهم دیگه برای ماشینکاری مقاطق جدار نازک، عمق برش شعاعی هست. با کمتر شدن ضخامت دیواره و در نتیجه ضعیف شدن دیواره در هر پاس و افزایش لرزش و ارتعاش اون ، در هر پاس عرضی بایستی عمق برش عرضی رو کاهش داد تا نیروهای برشی کمتری به دیواره وارد بشه. به عنوان مثال در شکل زیر، پاس اول 50 درصد قطر ابزار در نظر گرفته شده، و رفته رفته در هر پاس عمق عرضی به 30، 15 و 5 درصد قطر ابزار کاهش پیدا میکنه.