5-Achsen-CNC-Bearbeitung bietet eine wesentlich effizientere Methode zur Herstellung einer Vielzahl von Komponenten, die über komplizierte Teile für die Luft- und Raumfahrt hinausgehen. Dieser Ansatz befasst sich mit den Bearbeitungsanforderungen für Laufräder, Schaufeln, Schiffspropeller, große Generatorrotoren, Windkraftanlage Rotorblätter, Hochleistungs-Kurbelwellen für Dieselmotoren und mehr.
Hier besprechen wir die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung von Laufrädern: Warum sie verwendet wird, Herausforderungen und Lösungen während der Bearbeitung und was Sie beim Bearbeitungsprozess berücksichtigen sollten.
Was ist ein Laufrad?
Ein Laufrad dient als rotierendes Element innerhalb eines ZentrifugalpumpeSie ist dafür verantwortlich, Flüssigkeit vom Rotationszentrum nach außen zu treiben und so Energie vom Antriebsmotor der Pumpe auf die geförderte Flüssigkeit zu übertragen. Die erreichte Geschwindigkeit des Laufrads wird in Druck umgewandelt, da die Auswärtsbewegung der Flüssigkeit durch das Pumpengehäuse begrenzt wird.
Typischerweise hat ein Laufrad die Form eines kurzen Zylinders mit einem offenen Einlass (als Auge bezeichnet) zur Aufnahme der einströmenden Flüssigkeit, Flügeln zum radialen Antrieb der Flüssigkeit und einer Keil-, Keil- oder Gewindebohrung zur Aufnahme einer Antriebswelle.
Die Strömungsdynamik innerhalb des Laufrads ist kompliziert und arbeitet oft unter Bedingungen hoher Temperatur, hohem Druck und korrosiven Umgebungen. Das Design und die Qualität des Laufrads spielen eine entscheidende Rolle für die Leistung des Turbolader. Faktoren wie die Flügelform, die Flügelanzahl und die Drehzahl beeinflussen alle den Druck und die Durchflusskapazität, die das Laufrad erzeugen kann.
Zu den grundlegenden Kriterien für ein effektives Laufrad gehören:
- Die Fähigkeit, eine beträchtliche Leistungsabgabe zu liefern.
- Aufrechterhaltung eines minimalen Luftstromwiderstands beim Durchgang durch das Laufrad, was eine hohe Effizienz unterstreicht.
- Sicherstellen, dass jeder Parameter für den aus dem Laufrad austretenden Luftstrom geeignet ist, um nachteilige Auswirkungen auf nachgeschaltete Komponenten zu minimieren.
Arten von Laufrädern
Öffnen Sie das Laufrad
Ein offenes Laufrad verfügt über Flügel, die direkt auf einer Welle montiert und an einer zentralen Nabe befestigt sind. Diesen Schaufeln fehlt eine umschließende Wand, wodurch offene Laufräder weniger robust sind als geschlossene oder halbgeschlossene Varianten. Offene Laufräder sind jedoch in der Regel einfacher und schneller zu reinigen und zu warten. Sie werden üblicherweise in kleineren Pumpen und Pumpen für die Förderung von Schwebstoffen eingesetzt.
Halbgeschlossenes Laufrad
Halbgeschlossene Laufräder verfügen über eine Rückwand, die die Laufradfestigkeit erhöht. Bei halbgeschlossenen Laufrädern, die im Allgemeinen für die Förderung von Flüssigkeiten oder festen Materialien verwendet werden, kann es zu Leistungseinbußen kommen. Dennoch bieten sie den Vorteil, Feststoffe effektiv zu verwalten.
Geschlossenes Laufrad
Geschlossene Laufräder sind von Vorder- und Rückwänden umgeben, was ihre strukturelle Integrität erhöht. Sie werden hauptsächlich in größeren Pumpen eingesetzt und eignen sich für Anwendungen mit Schwebstoffen.
Diese Laufradtypen werden häufig in Anwendungen mit klaren Flüssigkeiten eingesetzt, erweisen sich bei der Handhabung von Feststoffen als weniger effektiv und stellen bei Verstopfungen Probleme dar. Diese Laufräder werden unter Verwendung hochwertiger Rohstoffe und modernster Technologie nach internationalen Standards hergestellt und gewährleisten eine zuverlässige Leistung.
Wie bearbeitet man ein Laufrad?
Die Bearbeitung des Laufrads umfasst verschiedene Schritte, darunter Schruppen, Vorschlichten und Schlichten:
Schruppen
Es stehen verschiedene Schruppoptionen zur Verfügung, darunter mehrere normale Schnitte zur Oberfläche, Mittelachsenschnitte entlang der Geräteachse, vollständiges 5-Achsen-Tauchschruppen und adaptives Schruppen.
Um mit einer 5-Achsen-Maschine ein hervorragendes Finish zu erzielen, muss das Werkzeug gezielt auf die Oberfläche abgewinkelt werden.
Der Laufradbearbeitungsprozess ist in mehrere Bearbeitungsmethoden unterteilt, wie z. B. die Grobbearbeitung des Laufrads, die Zwischenbearbeitung der Schaufeloberfläche, die Endbearbeitung der Schaufeloberfläche und die Endbearbeitung der Laufradoberfläche.
Die Grobbearbeitung zielt darauf ab, überschüssiges Material effizient und schnell zu entfernen, und es ist auch die Methode, die die Wirksamkeit der Laufradbearbeitung am besten zur Geltung bringt. Dazu gehören Hohlraumfräsen und Mehrschneidenschruppen.
Halbfertigbearbeitung
Die Werkzeugwege für Vorschlichten und Schlichten sind im Wesentlichen identisch und unterscheiden sich nur in der Menge des verbleibenden Materials und dem Zustellungswert. Es ist darauf zu achten, dass genügend Material für die Endbearbeitung übrig bleibt. Bei präziser Ausführung erfolgt der Endschnitt präzise und vibrationsfrei, sodass auch bei extrem dünnen Klingen ein gleichmäßiger und kontrollierter Schnitt möglich ist. Aufgrund ihrer maximalen Steifigkeit sind Fräser mit konischem Ende die bevorzugte Wahl.
Fertigstellung
Ziel der Veredelung ist die Erzielung einer hochwertigen Oberfläche. Dies hängt eng mit der Werkzeugauswahl und der Kombination aus Werkzeuggeschwindigkeit und Vorschub zusammen, wie beim Z-Level-Schlichten gezeigt wird.
Die Endbearbeitung von Laufradschaufeln stellt eine große Herausforderung dar. Laufradschaufeln sind oft dünn, verzogen, variieren in der Höhe von einem Ende zum anderen und liegen eng beieinander. Es ist wichtig, ein Schnittmuster parallel zur Mittelfläche beizubehalten und den gesamten Klingenschnitt in einer kontinuierlichen Bewegung auszuführen, um unerwünschte Werkzeugspuren auf dem Werkstück zu vermeiden.
Um die Effizienz der Laufradbearbeitung zu verbessern, geht es in erster Linie um die Verbesserung der Schruppeffizienz. Die Verwendung der fünfachsigen Laufrad-Schruppeinstellung ermöglicht die Realisierung einer fünfachsigen CNC-Maschinen-Schruppbearbeitung für das Laufrad, wodurch ein gleichmäßiger Materialabtrag, ein relativ glatter Bearbeitungspfad und eine verbesserte Bearbeitungseffizienz gewährleistet werden.
Warum sollten Sie sich für die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung für die Laufradbearbeitung entscheiden?
5-Achsen-CNC-Fräs- und Drehbearbeitung werden zur Herstellung komplizierter Oberflächen an Bauteilen eingesetzt, die eine 5-Achsen-Bearbeitung erfordern. Dieser Prozess hat erheblichen Einfluss auf Branchen wie Luft- und Raumfahrt, wissenschaftliche Forschung, Präzisionsausrüstung und Hochpräzision medizinische Ausrüstung, optische Geräte, Umweltschutz und andere.
Derzeit ist ein 5-Achsen-CNC-Bearbeitungszentrum die einzige verfügbare Methode für die Bearbeitung von Laufrädern, Schaufeln, Schiffspropellern, schweren Generatorrotoren, Turbinenrotoren, großen Kurbelwellen von Dieselmotoren und ähnlichen Komponenten.
- Die 5-Achsen-Bearbeitung zeichnet sich durch hohe Effizienz und Präzision aus.
- Der zusätzliche Bewegungsspielraum der 5-Achsen-Bearbeitung ermöglicht die Erstellung komplizierter und vielfältiger Formen ohne Kompromisse bei der Präzision.
- Komponenten können ausschließlich auf der 5-Achsen-Maschine fertiggestellt werden, wodurch die Notwendigkeit entfällt, Werkstücke über mehrere Arbeitsstationen zu transportieren und eine höhere Genauigkeit der fertigen Teile zu gewährleisten.
- Durch den Einsatz der 5-Achsen-Technologie können Laufräder in einem einzigen Aufbau fertiggestellt werden, wodurch die Notwendigkeit mehrerer Aufbauten und Vorrichtungsvorbereitungen reduziert wird, was zu Zeit- und Kosteneinsparungen führt.
- Die 5-Achsen-Bearbeitung trägt dazu bei, Außergewöhnliches zu erreichen OberflächenveredelungenDadurch wird die Gesamtqualität der Teile verbessert.
- Kürzer Schneidewerkzeuge kann eingesetzt werden, um höhere Ziele zu erreichen Schnittgeschwindigkeiten und reduzierte Werkzeugvibrationen, was zu einer höheren Präzision führt.
Herausforderungen und Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Laufrädern
In diesem Teil werden die Schwierigkeiten und relevanten Lösungen bei der CNC-Bearbeitung von Laufrädern in bestimmten Situationen analysiert.
Herausforderungen
Die typische Struktur eines Laufrads besteht aus mehreren Schaufelsätzen, die gleichmäßig auf der gekrümmten Oberfläche der Nabe verteilt sind. Jeder Klingensatz kann eine einzelne Klinge oder mehrere Klingen enthalten, wobei erstere als gleiche Klingen und letztere als kreuzweise Klingen bezeichnet werden. Diese Anordnung trägt zum gesamten Laufradeffekt bei, wie im folgenden Bild dargestellt.
Darüber hinaus muss zwischen den Messern eine erhebliche Menge Material entfernt werden. Um den aerodynamischen Anforderungen gerecht zu werden, weisen die Rotorblätter häufig erhebliche Merkmale auf Torsionswinkel und Radien an ihren Wurzeln, was den Bearbeitungsprozess für das Laufrad erschwert. Zusammenfassend lassen sich die Herausforderungen bei der Laufradbearbeitung wie folgt umreißen:
- Konischer Bearbeitungspfad: Der Bearbeitungspfad für das Laufrad ist konisch und die Schaufellängen sind relativ lang und empfindlich.
- Dünne Wände: Das Laufrad zeichnet sich durch dünne Wände aus, wodurch es während des Bearbeitungsprozesses sehr anfällig für Verformungen ist.
Der engste Teil der Klingennut hat eine Tiefe von mehr als dem Achtfachen des Durchmessers Schaftfräser, und die angrenzenden Schneiden sind außergewöhnlich klein, was die Bruchanfälligkeit von Schaftfräsern mit kleinem Durchmesser erhöht. Darüber hinaus stellt die präzise Steuerung der Schnitttiefe einen entscheidenden technologischen Aspekt dar.
Lösungen
In diesem Fall weist die gesamte Laufradoberfläche eine Freiformkonfiguration mit schmalem Strömungsweg, erheblicher Schaufelverdrehung und spürbarer Rückwärtsneigung auf. Diese Faktoren tragen zu erheblichen potenziellen Interferenzen zwischen den Teilen während des Bearbeitungsprozesses bei, was die Bearbeitungsaufgabe zu einer ziemlichen Herausforderung macht. Da einige Klingen kleinere Klingen enthalten, ist eine bereichsweise Bearbeitung der gekrümmten Oberflächen erforderlich, um eine Interferenz der Teile zu verhindern. Daher erweist es sich als anspruchsvolles Unterfangen, die Konsistenz der Laufradoberfläche nach der Fertigstellung aufrechtzuerhalten.
Bei der Bearbeitung eines Laufrads müssen nicht nur geometrische Faktoren wie Größe, Form und Position berücksichtigt werden, sondern auch mechanische, physikalische und chemische Aspekte. Vor der Bearbeitung muss ein Laufradrohling sorgfältig auf etwaige Beschädigungen untersucht werden. Die Laufradschaufeln müssen eine außergewöhnliche Oberflächenqualität aufweisen, wobei hohe Präzisionsanforderungen an die Oberfläche der Schaufel, die Oberfläche der Nabe und die Schaufel gestellt werden. Der Oberflächenrauheit sollte unter Ra0,8μm liegen. Der sanfte Übergang des Querschnitts und die gleichmäßige Textur der Schneiden bestimmen die Richtung und den Weg des Schaftfräsers.
Während des Laufradbetriebs wird eine hohe Leistung erzielt dynamisches Gleichgewicht ist entscheidend für die Minimierung von Vibrationen und Lärm. Daher muss bei der Bearbeitung auf die Symmetrie des Laufrads geachtet werden. Bei der CAM-Programmierung können Schaufel- und Laufradparameter konfiguriert werden, um eine Laufradsymmetrie zu erreichen. Darüber hinaus sollten Anstrengungen unternommen werden, um Fehler zu minimieren, die durch Spann- oder Schaftfräserwechsel entstehen.
Überlegungen zur CNC-Bearbeitung von Laufrädern
Um Störungen zu vermeiden, ist eine sorgfältige Betrachtung der Achse der Schneidwerkzeuge erforderlich. Insbesondere beim Ein- und Auslauf der Schaftfräser ist die Einhaltung des vorgegebenen Auslaufaufbaus von entscheidender Bedeutung. Außerdem, wann Anfasen und Filetieren Für die Laufradschaufeln müssen der richtige Abstand und die richtige Richtung für Ein- und Austritt festgelegt werden, wie im Foto unten dargestellt:
- Die richtige Positionierung des Werkstücks ist wichtig, um Kollisionen zwischen Schneidwerkzeugen und Vorrichtungen zu verhindern.
- Beim Aufspannen des Werkstücks auf die Maschine beträgt der Verfahrweg des CNC-Maschine sollte berücksichtigt werden, um ein Überfahren zu vermeiden.
Kundenspezifische CNC-Bearbeitung einer Turbolader-Laufradlösung bei Runsom Precision
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