بالنظر إلى معالجة مقاطع سبائك الألومنيوم فائقة الطول للنقل بالسكك الحديدية كهدف للبحث، تم إجراء تحسين مقارن من جوانب مثل تصميم الرسم، وتحليل العملية، واختيار الأدوات، وبرمجة البرنامج. بهدف معالجة المشكلات الموجودة في المعالجة عالية السرعة، مثل الاهتزاز الكبير والضوضاء وانخفاض كفاءة البرمجة، تم اقتراح حلول فنية قابلة للتطبيق وتدابير عملية. بعد التحقق من المعالجة في الموقع، تم حل صعوبات معالجة مقاطع سبائك الألومنيوم فائقة الطول.
01 مقدمة
في الوقت الحاضر، أصبح تقليل وزن هيكل السيارة بشكل كبير باستخدام كمية كبيرة من المواد خفيفة الوزن وعالية القوة هو أهم وسيلة لتخفيف وزن هياكل مركبات النقل بالسكك الحديدية الحضرية. نظرًا للمزايا المتعددة لمقاطع سبائك الألومنيوم مثل القوة العالية، والهيكل الخفيف، ومقاومة الصدمات، والاستقرار الهيكلي، وأداء اللحام الجيد، تُستخدم مقاطع سبائك الألومنيوم ذات الهيكل المجوف على نطاق واسع في مجالات مثل الطيران والفضاء والسيارات والتصنيع الميكانيكي والسفن والنقل بالسكك الحديدية. وفقًا للإحصاءات، وصلت نسبة استخدام مقاطع سبائك الألومنيوم إلى أكثر من 60٪ من إجمالي كتلة هيكل مترو الأنفاق. ومع ذلك، نظرًا لهيكلها الفريد ذي الجدران الرقيقة المجوفة والميزة الهيكلية الطويلة للغاية للمنتج، تواجه مقاطع سبائك الألومنيوم مشكلات مثل سهولة تشوه القطع، وتشقق الاهتزاز، وضوضاء المعالجة العالية، والتآكل السريع للأدوات أثناء التشغيل الآلي عالي السرعة، مما يؤثر بشكل خطير على كفاءة المعالجة والفوائد الاقتصادية لمقاطع سبائك الألومنيوم المجوفة. تأخذ الأمثلة التالية عوارض جانبية للغطاء العلوي لهيكل السيارة المصنوع من سبائك الألومنيوم، والعوارض الطويلة للغطاء العلوي، والعوارض الجانبية للإطار السفلي التي تقوم شركتنا بمعالجتها لسنوات عديدة كأمثلة لتقديم بعض حلول المعالجة عالية السرعة الفعالة والعملية. معدات المعالجة المستخدمة في هذه الحالة هي مركز تشغيل من النوع الجسري بخمسة محاور بطول 30 مترًا.
02 تحليل المتطلبات الفنية للمعالجة
في هيكل هياكل سيارات سبائك الألومنيوم، تشمل مقاطع سبائك الألومنيوم الأكثر شيوعًا والرئيسية النحيلة العوارض الجانبية للغطاء العلوي، والعوارض الطويلة للغطاء العلوي، ومقاطع العوارض الجانبية للإطار السفلي. إنها تقريبًا الهياكل التصميمية السائدة للسكك الحديدية عالية السرعة، و EMU، وهياكل سيارات المترو في مركبات السكك الحديدية الحالية. ميزتهم المشتركة هي أن المقطع العرضي للمقاطع عبارة عن هيكل مجوف وغير منتظم. بشكل عام، يتراوح سمك جدار المقاطع من 3 إلى 12 مم، وتختلف الأبعاد الهيكلية للمقطع العرضي بين نماذج المركبات المختلفة. يبلغ طول المنتج بشكل عام من 15 إلى 25 مترًا وينتمي إلى قطع العمل فائقة الطول والنحيلة.
تتميز معالجة الأنواع المختلفة من مقاطع العوارض الجانبية بتشابه كبير وخصائص تركيز. تتركز ميزات المعالجة الرئيسية الخاصة بها جميعها في نهاية الطول الإجمالي، وفتحة تركيب الباب، وفتحة لوحة الضلع المعلقة للعوارض الجانبية، وأخدود الشريحة على شكل حرف C، وما إلى ذلك. العارضة الجانبية، كمكون رئيسي ومهم لتجميع هيكل السيارة واللحام، لديها متطلبات عالية للغاية لطولها الإجمالي، وحجم فتحة تركيب الباب، والمسافة المركزية بين الأبواب المتجاورة (التسامح ± 0.5 مم)، مع درجة تسامح تصل إلى درجة الدقة f.
03 تحليل صعوبات العملية
صعوبات معالجة قطعة العمل هي كما يلي.
1) كفاءة المعالجة الأولية منخفضة. التشغيل الآلي الخشن هو طريقة المعالجة الأكثر كفاءة المعتمدة لتحقيق الغرض من إزالة مواد المعالجة بسرعة. في معالجة العوارض الجانبية، يتركز أكثر من 70٪ من المواد التي تحتاج إلى إزالتها في مواضع نهاية الطول الإجمالي، وفتحة تركيب الباب، والفتحة الموجودة في لوحة الضلع المعلقة للعوارض الجانبية، وأخدود الشريحة على شكل حرف C. يستغرق التشغيل الآلي الخشن لهذه المواضع أكثر من نصف وقت معالجة العارضة الجانبية بأكملها.
2) هناك اهتزاز كبير وتشوه وضوضاء أثناء المعالجة. نظرًا للهيكل الخاص المجوف وذو الجدران الرقيقة والنحيل لمقاطع سبائك الألومنيوم، فإن صلابتها المتأصلة غير كافية. عندما يتم ضغط التجويف الداخلي للجدار بواسطة قوة القطع، سيحدث الاهتزاز. والنتيجة هي ضوضاء عالية، وتشوه المنتج أو حتى التشقق، ويؤدي في نفس الوقت إلى انخفاض كفاءة المعالجة والتآكل السريع للأدوات وعواقب أخرى غير مرغوب فيها.
3) الإفراط في القطع أثناء التشطيب أو أبعاد المعالجة غير الصحيحة. أثناء عملية بثق مقاطع سبائك الألومنيوم، لا يمكن أن تصل استقامة والتواء المقاطع إلى حالة مثالية على الإطلاق. هناك أيضًا معايير تسامح مقابلة لبثق الملف الشخصي، وفقًا للمعيار EN 755-9:2001 "الألومنيوم وسبائك الألومنيوم - القضبان والأنابيب والمقاطع المبثوقة - الجزء 9: المقاطع، أبعاد التسامح وتسامح الشكل. بالنسبة لمقاطع سبائك الألومنيوم بعرض مقطعي عرضي من 200 إلى 300 مم وطول يزيد عن 6 أمتار، فإن معيار الالتواء هو 7 مم، وانحراف الانحناء هو ≤1.5 مم / م. لذلك، أثناء المعالجة الدقيقة، يجب مراعاة الخطأ بين الحالة الفعلية والأبعاد النظرية لمقاطع سبائك الألومنيوم بشكل كامل. على سبيل المثال، يجب تخصيص بدل تشغيل آلي قدره 5 مم أثناء المعالجة الأولية. نظرًا لتأثير درجة الالتواء والاستقامة، فإن بدل التشطيب الفعلي المحجوز هنا ليس هو 5 مم المثالي. لذلك، فإن النتيجة المباشرة هي الإفراط في القطع أو عدم القدرة على ضمان حجم التشطيب.
4) الوقت الإضافي لتثبيت قطعة العمل وفكها طويل. بالنسبة للمقاطع التي يبلغ طولها حوالي 20 مترًا، يلزم عمومًا حوالي 10 نقاط من الأدوات للتثبيت. التثبيت اليدوي باليد غير فعال ويتطلب عمالة كثيفة. عند مواجهة تبديل أنواع المنتجات، تكون دورة استبدال الأدوات والتعديل طويلة.
5) انخفاض كفاءة البرمجة ودورة تصحيح البرنامج الطويلة. من المفهوم أنه في الوقت الحالي، عندما تقوم مصانع تصنيع النقل بالسكك الحديدية المحلية الكبرى بمعالجة الإطارات السفلية للمركبات، ومقاطع العوارض الجانبية المصنوعة من سبائك الألومنيوم، ومكونات الهياكل الملحومة المصنوعة من سبائك الألومنيوم الكبيرة، لا تزال البرمجة اليدوية هي الطريقة الرئيسية. يمكن للبرمجة اليدوية أن تلبي بشكل أفضل متطلبات تغييرات العملية في الموقع، وتعديلات الحجم، وما إلى ذلك، لكن كفاءتها ودقتها ليستا بنفس مستوى البرمجة الآلية، ووقت تصحيح البرنامج طويل.
04 حلول العملية
4.1 مخطط التشغيل الآلي الخشن
تتم إزالة بدل التشغيل الآلي الخشن عن طريق النشر. يمكن معالجة نهاية الطول الإجمالي للعوارض الجانبية وموضع فتحة تركيب الباب عن طريق النشر لقطع وإزالة القطعة بأكملها من المواد. بالنسبة للشقوق مثل لوحة الضلع المعلقة للعوارض الجانبية، يمكن استخدام قواطع على شكل حرف T (أو قواطع طحن ثلاثية الحواف) لقطعها وإزالتها بدلاً من وضع المادة المقطوعة في رقائق. النهج الرئيسي هو عمل شق في كلا طرفي المادة المراد قطعها، بحيث يتم فصل طرفي المادة المراد قطعها عن المنتج، ثم استخدام شفرة منشار أو سكين على شكل حرف T لقطع الجزء الأوسط ككل. كفاءة معالجة هذه الطريقة عدة مرات من التشغيل الآلي الخشن التقليدي. ومع ذلك، أثناء التشغيل، يجب إيلاء اهتمام خاص لضمان عدم اصطدام المواد المهدرة بالأداة القاطعة عند الانفصال عن المنتج، وأن المواد المهدرة يمكن أن تهبط بسلاسة إلى الأسفل.
يتم تشغيل الطول الإجمالي للعوارض الجانبية باستخدام عمود دوران دوار أو رأس طحن بزاوية. بشكل عام، لا يوجد سوى حوالي 10 مم من البدل على كل جانب من العارضة الجانبية في اتجاه الطول. عندما لا تدعم بعض المعدات شفرات المنشار كبيرة الحجم، يمكن استخدام عمود دوران دوار أو رأس طحن بزاوية لمعالجة الطول الإجمالي عن طريق طحن السطح.
مثال على تطبيق معالجة النشر: في معالجة العارضة الجانبية للإطار السفلي لخط معين في قوانغتشو، يلزم تشغيل شق بطول 904 مم على السطح العلوي لمقطع سبائك الألومنيوم. تظهر عملية المعالجة في الشكل 1.
كما يتضح من الشكل 1، إذا تم استخدام مطحنة نهاية للمعالجة الأولية، فستحدث بالتأكيد مشكلات مثل الاهتزاز الكبير للمعالجة والضوضاء العالية وانخفاض كفاءة المعالجة. من الواضح أنها ليست حل العملية الأكثر كفاءة لإزالة المواد.
يشير مخطط معالجة النشر وتحليل الصعوبة إلى أن هذا الشق ليس هيكلًا متساوي الساقين قياسيًا. في موضع فتحة الشق، يكون كلا الطرفين الأيسر والأيمن عبارة عن هياكل حافة مستقيمة صاعدة رأسياً. يحيط بالشق بأكمله خمسة أسطح في اتجاهات مختلفة، ولا يمكن لمسار قطع واحد أو اثنين إكمال معالجة الشق بأكمله. على بعد 131 مم من الشق، تم تصميم هيكل لوحة ضلع بسمك 12 مم. من الضروري تحديد قطر قاطع الطحن ثلاثي الحواف بشكل معقول. يجب ألا يضمن قاطع الطحن قطع الشق فحسب، بل يجب أن يمنع الأداة من إتلاف لوحة الضلع بسمك 12 مم على جانب الشق. يقع هذا الشق على السطح العلوي لمقطع المنتج. لا يمكن أن تسقط النفايات المقطوعة من قطعة العمل بوزنها الخاص. عندما تنفصل النفايات عن مقطع سبائك الألومنيوم، هناك خطر الاصطدام بالأداة القاطعة، مما يشكل خطرًا كبيرًا على السلامة.
يظهر مخطط التثبيت في الشكل 2. إجراء المعالجة المحدد: في الخطوة الأولى، من خلال طريقة معالجة ثقب الطحن الحلزوني، يتم معالجة ثقب نافذ شبه دائري بقطر 100 مم في كل طرف من الجزء العلوي من المقطع حيث يلزم تشغيل الشق. الغرض من ذلك هو منع مقبض قاطع الطحن ثلاثي الحواف من الاصطدام بقطعة العمل عند قطع السطح المائل في الخطوة الثانية. نظرًا لأن طول قاطع الطحن ثلاثي الحواف غير كافٍ (ستؤدي الأداة الطويلة جدًا إلى صلابة غير كافية)، يتم عمل ثقوب لتجنب الاصطدام بين الأداة وقطعة العمل [1]. الخطوة الثانية هي استخدام قاطع طحن ثلاثي الحواف بقطر 125 مم، وأثناء تدوير المغزل، قم بقطع الأسطح المائلة في كلا طرفي الشق. قم بالقطع مرة واحدة من كل جانب من المقطع على التوالي لفصل الأسطح المائلة اليسرى واليمنى للشق عن المقطع. الخطوة الثالثة هي، بنفس الطريقة، قطع الجزء السفلي من الشق من كلا الجانبين على التوالي، بحيث يتزامن خط القطع على المستوى المائل مع خط القطع في الأسفل. في هذه المرحلة، تم الانتهاء من القطع والفصل في ثلاثة اتجاهات. الخطوة الرابعة هي التبديل إلى شفرة منشار بقطر 500 مم. الغرض من ذلك هو منع الاصطدام والتداخل بين أداة الآلة والجزء العلوي من المقطع. قم بتدوير وإعادة وضع رأس المغزل إلى موضع 90 درجة. قم بقطع الأسطح الطرفية اليسرى واليمنى للشق بطول 904 مم من الأعلى إلى الأسفل على التوالي. ستنفصل الخردة الموجودة في الشق عن قطعة العمل. في هذا الوقت، تكون الأداة مباشرة فوق قطعة العمل، وبالتالي تتجنب مشكلة اصطدام الخردة بالأداة.
4.2 تدابير لتحسين الاهتزاز والتشوه والضوضاء
السبب الجذري للاهتزاز والتشوه والضوضاء يكمن في عدم كفاية صلابة قطعة العمل أثناء المعالجة. يمكن التحكم في الاهتزاز والمشاكل الأخرى وتحسينها من الجوانب التالية. ① قم بترتيب المسافات بين كل نقطة تثبيت للأدوات بشكل معقول. بناءً على الخبرة العملية في المعالجة، يجب ألا يتجاوز الامتداد الأقصى بين كل نقطة تثبيت للأدوات 2 متر. بالنسبة لبعض المقاطع ذات الجدران الرقيقة ذات القوة الضعيفة (سمك جدار المقطع 4 مم أو أقل)، يجب تعيين نقاط تثبيت للأدوات بمسافات أصغر. ② يجب أن تكون المناطق ذات البدلات الكبيرة للقطع من قطعة العمل قريبة قدر الإمكان من نقاط تثبيت الأدوات. ③ اعتماد طريقة معالجة ذات معلمات قطع صغيرة ومعدلات تغذية سريعة. عند استخدام الحافة الجانبية لمعالجة المواد ذات البدلات الكبيرة، يجب أن يكون اتجاه تغذية مركز الأداة بعيدًا قدر الإمكان عن مركز بدل التشغيل الآلي لضمان كفاءة القطع للحافة الجانبية للأداة [2].
4.3 خطة المعالجة الدقيقة
في نظام إحداثيات المعالجة، يتم استخدام مجسات Renishaw لقياس موضع المعالجة في المحور X والمحور Y والمحور Z (يمكن تحديد أي واحد أو عدة من المحور X والمحور Y والمحور Z وفقًا لحالة المعالجة الدقيقة) الاتجاهات. نتيجة قياس المسبار هي الفرق بين الحالة الفعلية للمقطع والموضع النظري. سيتم تخزين هذا الاختلاف ضمن عنوان معلمة أداة الآلة # (معلمة R لنظام Siemens). استبدل هذه المعلمة في برنامج المعالجة لتحقيق المعالجة الدقيقة للمنتج. هذه الطريقة هي حل التشطيب الأكثر دقة، ولكن يجب أن تكون أداة الآلة مجهزة بمسبار راديو Renishaw.
في حالة عدم وجود مجسات راديو Renishaw، يتم اعتماد طريقة القياس اليدوي والقيمة التكميلية، وهي أيضًا حل تشطيب عملي للغاية. عملية التنفيذ الرئيسية هي كما يلي: يتم تخصيص بدل تشطيب معين أثناء التشغيل الآلي الخشن. بعد الانتهاء من الطحن الخشن، يتم قياس البدل الفعلي بعد الطحن الخشن يدويًا وإدخاله في معلمات أداة الآلة. يتم حساب الفرق بين البدل المحجوز للطحن الخشن والبدل المقاس الفعلي من خلال البرنامج، ويتم تصحيح الفرق تلقائيًا أثناء عملية التشغيل الآلي. على سبيل المثال، برمجة التشغيل الآلي الخشن: G01 Y5 F2000 (يشير إلى تخصيص بدل تشغيل آلي قدره 5 مم في الاتجاه الموجب للمحور Y)؛ برمجة التشطيب: G01 Y[5-#1]F2000 (#1 يشير إلى بدل التشغيل الآلي المقاس الفعلي).
4.4 حل التثبيت والفك السريع
يجب أن يأخذ تصميم الأدوات في الاعتبار الشمولية بشكل كامل. يجب أن تلبي مجموعة الأدوات متطلبات معالجة جميع المنتجات المماثلة قدر الإمكان. يمكن لتصميم الأدوات اعتماد هيكل معياري. جزء واحد هو الأدوات الأساسية، بشكل أساسي لتثبيت المنتجات وتثبيتها. جزء آخر هو هيكل تحديد المواقع، والذي يعمل كمرجع تحديد المواقع لتثبيت المنتج. إعطاء الأولوية لاستخدام طرق التثبيت الهوائية والهيدروليكية وغيرها من طرق التثبيت الأوتوماتيكية أو شبه الأوتوماتيكية. اعتماد مخطط تثبيت معقول لضمان اكتمال جميع إجراءات المعالجة في تثبيت واحد، وتجنب معالجة الوجه الثاني لقطعة العمل. الاستفادة الكاملة من وظيفة الدوران لعمود دوران أداة الآلة، ورأس الطحن الزاوية، والأداة على شكل حرف T، والأداة المشكلة، وما إلى ذلك، لتحقيق إكمال جميع الإجراءات في تثبيت واحد. اعتماد تخطيط معقول للأدوات. بالنسبة لنفس نوع مقطع العارضة الجانبية، نظرًا للهيكل المتماثل لواحد على اليسار وواحد على اليمين لنماذج ومنتجات المركبات المختلفة، فسيتم معالجته إلى منتجات مختلفة متنوعة. في تخطيط الأدوات، يجب أن يحاول تخطيط الأدوات مراعاة جميع المنتجات التي تتم معالجتها بنفس نوع المقطع.
4.5 تعزيز كفاءة البرمجة والدقة
مع التقدم والتطور في البرامج الصناعية، ظهر عدد كبير من برامج برمجة CNC. تتميز برمجة البرامج بسرعة عالية ودقة عالية وموثوقية عالية، وفي العديد من الجوانب، فهي لا تضاهى البرمجة اليدوية. في الوقت الحاضر، تشمل أدوات البرامج المستخدمة بشكل شائع في صناعة CAD/CAM MASTERCAM و CIMATRON و PRO-E و UG و CATIA، وما إلى ذلك. في معالجة مقاطع سبائك الألومنيوم في صناعة النقل بالسكك الحديدية، يتم اعتماد مسارات أدوات ثنائية الأبعاد بشكل أساسي. بناءً على ذلك، فإن MASTERCAM، كشركة رائدة في البرمجة ثنائية الأبعاد، هي أداة البرمجة الأكثر ملاءمة. عيب برمجة البرامج هو أن تصحيح البرنامج في الموقع غير مريح عندما تتغير المنتج أو يختلف الحجم. في بعض الحالات، لا تكون كفاءة معالجة برمجة CNC جيدة مثل البرمجة اليدوية. أثناء المعالجة الدقيقة للعوارض الجانبية، لا يمكن لبرمجة البرامج التحكم جيدًا في الانحراف الناتج عن تشوه المقاطع.
تستغرق البرمجة اليدوية وقتًا طويلاً نسبيًا للإعداد الأولي للعملية، ولكنها تتمتع بقدرة أكبر على التكيف والمرونة. من خلال تحليل رسومات العوارض الجانبية، يمكن رؤية أن الهيكل وميزات المعالجة للعوارض الجانبية المختلفة هي في الأساس هي نفسها. لذلك، يمكن اعتماد عدد كبير من برامج الماكرو وأوامر الحلقة الثابتة والروتينات الفرعية المخصصة لتحسين كفاءة ودقة البرمجة اليدوية. على سبيل المثال، لمعالجة أخاديد على شكل حرف C على العارضة الجانبية للغطاء العلوي، يكفي فقط تحديد الطول وإحداثيات الموضع المركزي لكل أخدود على شكل حرف C في البرنامج [3]. قم بإنشاء هياكل برمجة معيارية ومكتبات روتينية فرعية مخصصة، وقم بتجميع هياكل البرامج لنفس نوع العوارض الجانبية. في المرة القادمة التي يتم فيها مواجهة منتج جديد بهيكل مماثل، يمكن إجراء تغييرات على البرنامج الحالي. يمكن استدعاء برامج المعالجة في مواضع هيكلية مماثلة مباشرة في مكتبة الروتين الفرعي. بالنسبة لبعض المخططات والأسطح والميزات المعقدة التي تحتوي على كميات كبيرة من حسابات إحداثيات البرمجة، يمكن الاستفادة الكاملة من دور برمجة برامج الكمبيوتر. بالنسبة لبعض الهياكل البسيطة والمماثلة، تكون البرمجة اليدوية أكثر عملية.
05 ملاحظات ختامية
تقترح هذه المقالة حلولاً قابلة للتطبيق للصعوبات الموجودة في معالجة مقاطع سبائك الألومنيوم فائقة الطول. تم إجراء التحسين في جوانب مثل تخطيط العملية واختيار الأدوات وتجميع البرنامج. من خلال التحقق من المعالجة، تم تحقيق نتائج ممتازة. لمعالجة مقاطع سبائك الألومنيوم فائقة الطول، من الضروري أن تكون جيدًا في تلخيص الخبرات، والاعتماد على خطط العمليات الفعالة وتعزيزها، والتحسين المستمر للعمليات وتحقيق انفراجات تكنولوجية، وتعلم وفهم المعرفة والعمليات المتطورة في المعالجة، مثل المعدات الجديدة، وأنواع جديدة من أدوات القطع وحلول التثبيت التلقائي، وما إلى ذلك. تعلم كيفية دمجها وتطبيقها في العمل الفعلي، ولا تلتزم بأساليب وأفكار العملية الحالية. لا يوجد الأفضل في الحرفية، فقط الأفضل. في التطبيقات العملية، التحسين والابتكار المستمر ضروريان.
تعليق الخبير
نظرًا لهيكلها الخاص المجوف وذو الجدران الرقيقة، تواجه مقاطع سبائك الألومنيوم فائقة الطول مشكلات مثل التشوه والاهتزاز والضوضاء العالية للمعالجة والتآكل السريع للأدوات أثناء القطع عالي السرعة. مع الأخذ في الاعتبار جميع العوامل المذكورة أعلاه، يضع المؤلف حلولاً قابلة للتطبيق لتحسين مشاكل الاهتزاز والتشوه والضوضاء أثناء المعالجة عن طريق تعزيز صلابة العملية. من خلال تصميم تركيبات الأدوات، يمكن تحقيق التثبيت والفك السريع للمقاطع. يتم إجراء التشغيل الآلي الخشن عن طريق النشر لإزالة معظم المواد الزائدة بسرعة. تعتمد المعالجة باستخدام التحكم الرقمي طرقًا مثل برامج الماكرو والروتينات الفرعية المخصصة، مما يحسن كفاءة البرمجة.
