Durch die Analyse der Dichtungsschale aus 4J29-Kovar-Legierung und 022Cr17Ni12Mo2-Edelstahlmaterialien wird eine Methode zur Verwendung der Hochgeschwindigkeits-Fräs- und Reibtechnologie zur Bearbeitung schwer zu bearbeitender Materialien vorgeschlagen, die nicht nur die Bearbeitungsgenauigkeit und Bearbeitungseffizienz verbessert Form und Innenloch der Teile, sondern spart auch Energie. Schneidwerkzeugkosten.
1 Präambel
Um die Leistung und Lebensdauer von Raumfahrzeugen in verschiedenen Weltraumumgebungen zu verbessern, werden für Luft- und Raumfahrtteile meist Materialien mit guter Hitzebeständigkeit wie Titanlegierungen und Hochtemperaturlegierungen verwendet. Solche Legierungsmaterialien weisen eine schlechte Verarbeitungsleistung auf und sind schwierig zu verarbeiten. Die Auswahl der Schneidwerkzeuge Hohe Anforderungen und hohe Bearbeitungskosten. Entsprechend den Eigenschaften solcher schwer zu bearbeitenden Materialien wird die Durchführung von Forschungen zur Verarbeitungstechnologie von schwer zu bearbeitenden Materialien und zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer dazu beitragen, die Präzision der tragenden Teile von Raumfahrzeugen zu verbessern und die Verarbeitungseffizienz zu verbessern. Gleichzeitig kann es das Marktpotenzial des Unternehmens erweitern und größere wirtschaftliche Vorteile schaffen. .
2 Problemübersicht
Die Dichtungsschale der rechteckigen Serie ist ein Produktteil, das das Unternehmen in den letzten Jahren neu entwickelt hat. Wie in Abbildung 1 dargestellt, besteht das Material hauptsächlich aus 4J29-Kovar-Legierung und Edelstahl. Da die Produktdesignstruktur den Einsatz von Glasversiegelungstechnologie erfordert, werden höhere Anforderungen an die Oberflächenrauheit der Oberfläche und des Innenlochs dieser Art von versiegelten Schalenteilen gestellt, was zu erhöhten Verarbeitungsschwierigkeiten, verkürzter Werkzeuglebensdauer und erhöhten Werkzeugkosten führt. und verringerte Verarbeitungseffizienz. Die Erfolgsquote ist niedrig.
3 Problemanalyse
Am Beispiel der Kovar-Legierung 4J29 und des Edelstahls 022Cr17Ni12Mo2 zur Analyse eines bestimmten Dichtungsschalentyps ist die Struktur der Dichtungsschalenteile ähnlich und es ist notwendig, die Lochreihe im inneren Hohlraum zu bearbeiten. Die Lochreihe wird für Glasversiegelungsstifte verwendet, und die Glasversiegelung. Die Verbindungstechnologie erfordert, dass der Innenoberflächenrauheitswert des Reihenlochs Ra=0,8 μm beträgt. Beim Glasversiegelungsprozess entstehen oft unqualifizierte Produkte und die Ausbeute ist gering. Nach der Analyse des Designs und der Handwerker hat die Oberflächenrauheit der Innenfläche des Reihenlochs der Dichtungsschale einen wichtigen Einfluss auf die Ausbeute der Glasversiegelung. Die Grate an der Lochreihe und die Form- und Nutbearbeitung des Innenhohlraums lassen sich nicht leicht entfernen, was auch die Dichtwirkung der Teile beeinträchtigt.
3.1 Analyse der Ursachen, die die Qualität der Innenwand des Teillochs beeinflussen
Die ursprünglich in der Produktionslinie verwendete Lochreihenbearbeitungstechnologie ist Bohren → Reiben. Da das Legierungsmaterial 4J29 Kovar eine gute Plastizität aufweist, kann es bei der Verarbeitung leicht am Messer haften bleiben; Aufgrund der hohen Temperaturhärte von Edelstahl (022Cr17Ni12Mo2) und der schlechten Wärmeableitung unterscheidet es sich von anderen Metallmaterialien. Starke Affinität [1], daher verschleißt der Bohrer schnell, hauptsächlich in den folgenden Aspekten.
Die Hauptschneide des Bohrers verschleißt zu schnell und es kommt zu Absplitterungen. Beim Bohren schwer zu bearbeitender Materialien ist die Temperatur hoch, Schnittverformung und Abkühlung sind schwerwiegend, und das Werkzeug kann leicht kleben bleiben, um Aufbauschneiden zu erzeugen, was zu einer inkonsistenten Oberflächenrauheit verschiedener Innenlöcher desselben Teils führt Der Verschleißzustand des Bohrers kann während der Bearbeitung nicht erkannt und kontrolliert werden. Versuchen Sie, die Oberflächenqualität und Bearbeitungseffizienz des Innenlochs zu verbessern, indem Sie Wolfram-Kobalt-Hartmetallbohrer (YG, YT und YW) verwenden, die besser für die Bearbeitung schwer zu bearbeitender Materialien geeignet sind. Nach dem Prinzip des Werkzeugverschleißes [2] zeigt sich, dass beim YG-Werkzeug beim langsamen Schneiden immer noch der adhäsive Verschleiß vorherrscht, das YT-Werkzeug jedoch gleichzeitig von einem gewissen Maß an oxidativem Verschleiß und Diffusionsverschleiß begleitet ist wie die Bindung verschleißt; Das YW-Werkzeug weist drei Arten von Verschleiß auf. Der Verschleißmechanismus nimmt die gleiche Position ein, sodass YG-Hartmetallbohrer für das Schneiden mit niedriger Geschwindigkeit bevorzugt werden können und YW- oder YG-Hartmetallbohrer für das Schneiden mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden können. Nach diesem Verschleißprinzip wird die Oberflächenqualität des Innenlochs nach Auswahl des passenden Bohrers zur Bearbeitung der Lochreihe verbessert. Aufgrund des hohen Preises des Wolfram-Kobalt-Karbid-Bohrers mit kleinem Durchmesser steigen jedoch die Kosten des Werkzeugs und die Effizienz der Massenproduktion und -verarbeitung ist nicht hoch.
3.2 Analyse der Gründe, die die Form des Teils und die Oberflächenqualität des inneren Hohlraums beeinflussen
Bei der Bearbeitung von 4J29-Kovar-Legierungsmaterial und Edelstahlmaterial (022Cr17Ni12Mo2) wird das Hartmetallwerkzeug mit normaler Korngröße für die Bearbeitung verwendet. Die Unterkante und die Seitenkante des Fräsers verschleißen schnell und die Werkzeugstandzeit ist kurz, sodass die Schnittgeschwindigkeit nur unter 50 m liegen kann. Wenn der Bereich „Min“ ausgewählt wird, ist die Bearbeitungseffizienz gering. Im Vergleich zur Bearbeitung von Aluminiumbasislegierungen beträgt die Standzeit von Fräsern nur 1/5 derjenigen bei der Bearbeitung von Aluminiumbasislegierungen; Im Vergleich zur Verarbeitung von Edelstahl 314 beträgt die Lebensdauer von Fräsern nur 1/3 der Lebensdauer von Edelstahl 314.
Beim Schneiden solch schwer zu bearbeitender Materialien kann im Schneidbereich leicht eine große Menge an Schneidwärme entstehen, die die Maßhaltigkeit und Leistung der bearbeiteten Teile ernsthaft beeinträchtigt. Die Ableitung der Schneidwärme kann nur durch Schneidflüssigkeit und interne Kühlwerkzeuge erfolgen. Für die abgedichtete Hülle dieser Art von Struktur werden aufgrund der geringen Größe des Innenlochs und des Innenhohlraums meist Werkzeuge mit kleinem Durchmesser oder Formwerkzeuge verwendet. Eine große Menge an Schneidwärme lässt sich nur schwer schnell abführen und das Werkzeug verschleißt zu schnell, was zu einer Erhöhung der Oberflächenrauheit des Teils führt. Ist sie zu hoch und entspricht sie nicht den technischen Anforderungen, wird sie als nicht qualifiziert gewertet. Wenn der Lochabstand klein ist, wird durch die Abschrägung der Öffnung die Größe der angrenzenden Öffnung zerstört; Wenn die Anfasung zu klein ist, weist der Grat immer noch eine Bördelung auf, was die Dichtungsqualität beeinträchtigt.
4 Problemlösung
4.1 Verbesserung der Lochinnenwandqualität
Angesichts der inkonsistenten Oberflächenrauheit des Innenlochs der versiegelten Hülle ist es notwendig, die Verarbeitungsmethode zu verbessern und ein geeignetes Werkzeug auszuwählen. Durch den Probeschneidprozess wird die Lochreihenverarbeitungstechnologie zunächst auf Bohren → Reiben → Feinfräsen des Innenlochs umgestellt, die Oberflächenqualität des Innenlochs wird offensichtlich verbessert, aber die Anzahl der Löcher ist groß und das Werkzeug ist still Verschleiß, wenn der Fräser mit kleinem Durchmesser zum Feinfräsen des Innenlochs verwendet wird. Schnell und das Phänomen der Spanverwicklung und des Werkzeugspiels entsteht, die Bearbeitungseffizienz ist immer noch nicht hoch und die Kosten des Werkzeugs steigen. Zweitens wird auf Bohren → Reiben → Feinbohren umgestellt. Die Oberflächenrauheit des Innenlochs erfüllt die Anforderungen und die Verarbeitungseffizienz einzelner Löcher wird verbessert, aber das Gesamtbohrwerkzeug mit kleinem Durchmesser muss angepasst werden, die Werkzeugkosten sind hoch, die Bohrwerkzeuglebensdauer ist kurz und es kann nicht erfüllt werden mehrere Lochreihen. langweilig.
Unter Bezugnahme auf die Lochreibungstechnologie mit festem Durchmesser beträgt die Öffnung des Reibvorgangs im Allgemeinen 3 bis 100 mm. Aufgrund der langen Schneidkante der Reibahle ist jede Schneidkante beim Reiben gleichzeitig am Schneiden beteiligt, sodass die Produktionseffizienz hoch ist und sie häufig bei der Endbearbeitung von Löchern eingesetzt wird. Die endgültige Bearbeitungstechnologie wird als Bohren → Reiben → Reiben festgelegt. Da die Reibbearbeitungstechnologie von Löchern mit kleinem Durchmesser (<φ2mm) has="" not="" been="" adopted="" in="" our="" company,="" a="" suitable="" domestic="" small-diameter="" custom="" carbide="" reamer="" is="" selected="" (see="" figure="">
Wählen Sie durch Berechnung und Probeschneiden angemessene Schnittparameter aus. Das Prinzip ist wie folgt.
Überprüfen Sie die Informationen zum Reibahlenwerkzeug und die erfassten Reibparameter und bearbeiten Sie schwer zu bearbeitende Materialien wie Edelstahl. Die Reibahlengeschwindigkeit sollte nicht zu hoch sein [3], und wählen Sie den Referenzwert: Schnittgeschwindigkeit vc=(6 ~ 12) m/min, Vorschubgeschwindigkeit f=(0. 05 ~ 0,1) mm/U. Der Durchmesser des inneren Hohlraums des rechteckigen, abgedichteten Gehäuses beträgt (1,7–1,8) mm. Daher wird die Reibahle mit einem Durchmesser von 1,8 mm ausgewählt, um die Spindeldrehzahl n und die Vorschubgeschwindigkeit vf während der Bearbeitung zu berechnen, wobei vc=7m/min , f=0.06mm /r.
Da die Schnittgeschwindigkeit vc=πDn/1000 ist (D ist der Werkzeugdurchmesser, n ist die Spindeldrehzahl), also die Spindeldrehzahl n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×1,8 )≈1238 (U/min).
Daraus lässt sich die Vorschubgeschwindigkeit vf=fn=0.06×1238≈74 (mm/min) berechnen.
Gemäß den Berechnungsergebnissen werden die tatsächlichen Bearbeitungs- und Schneidparameter als n{{0}}(1200-1300) U/min, vf=(70-80) mm ausgewählt /min, und der Prozess Bohren → Reiben → Reiben wird übernommen. Aufgrund der Abdichtung der Schale ist der Lochabstand kompakt und der Lochdurchmesser klein, so dass der Rand vor dem Reiben auf 0,05 mm kontrolliert wird. Der endgültige tatsächliche Bearbeitungseffekt ist in Abbildung 3 dargestellt. Wenn die φ1,83-mm-Reibahle mehr als 1000 geriebenen Löcher hat, kann die Oberflächenrauheit Ra des inneren Lochs immer noch 0,8 μm erreichen, was den Prozessanforderungen entspricht und die Bearbeitungseffizienz verbessert.
4.2 Verbesserung der Oberflächenbearbeitungsqualität und Werkzeugstandzeit
Um die Bearbeitungseffizienz und Werkzeuglebensdauer von Materialien mit hoher Temperaturhärte und schlechter Wärmeableitung, wie Hochtemperaturlegierungen, Titanlegierungen und rostfreien Stählen, zu verbessern, werden häufig importierte Hartmetallwerkzeuge für die Grob- und Endbearbeitung verwendet Die Kosten für die Werkzeugnutzung sind sehr hoch. Eine vergleichende Analyse des Verschleißunterschieds verschiedener Werkzeugmaterialien beim Schneiden von Titanlegierungen mit hoher Geschwindigkeit, einschließlich unbeschichtetem Hartmetall, TiAlN PVD-beschichtetem Hartmetall und PCBN usw., zeigt, dass PCBN-Werkzeugmaterialien bei hoher Schnittgeschwindigkeit und niedriger Vorschubgeschwindigkeit verwendet werden und niedrig Beim Schneiden von Titanlegierungen mit Hinterschnitt können eine relativ stabile Schnittkraft und ein geringerer Oberflächenrauheitswert erzielt werden [4]. Durch die Anwendung des Prinzips des Hochgeschwindigkeitsfräsens und die Verwendung von inländischen PCBN-Werkzeugen wird eine höhere Schnittleistung erzielt. Die Verarbeitungsmethode mit hoher Geschwindigkeit und kleinem Vorschub erhöht die Lebensdauer des Werkzeugs.
Durch mehrere Versuchsschnitte und -verifizierungen zeigt die Analyse, dass beim Schneiden schwer zu bearbeitender Materialien mit hoher Geschwindigkeit die Wechselwirkung zwischen dem Vorschub pro Zahn fz und dem Hintereingriff ap mit einer relativ hohen Vertrauenswahrscheinlichkeit einen signifikanten Einfluss auf die Oberflächenrauheit hat Beeinflussen. Dieses Phänomen zeigt, dass die Auswirkung des Vorschubs pro Zahn oder der Frästiefe auf die Oberflächenrauheit eng mit der Wahl der Frästiefe und des Vorschubs pro Zahn zusammenhängt. Im Gegensatz dazu ist bei Schnittbedingungen mit mittlerer und niedriger Geschwindigkeit die Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Schnittparametern nicht offensichtlich oder es gibt keine Wechselwirkung. Dies bedeutet, dass unter einer bestimmten Schnittbedingung die bloße Untersuchung des Einzelfaktoreffekts des Vorschubs pro Zahn oder des Hinterschnittbetrags auf die Oberflächenrauheit den Wert der bearbeiteten Oberflächenrauheit nicht genau vorhersagen kann. Um die ideale Oberflächenrauheit zu erhalten, muss daher bei der Bestimmung der Vorschubgeschwindigkeit pro Zahn diese in Verbindung mit dem Ausmaß des Hintereingriffs ausgewählt werden und umgekehrt.
Der 4-Blatt-Vollhartmetallfräser für den Haushalt wird für die Hochgeschwindigkeits-Schruppbearbeitung der Form und des inneren Hohlraums ausgewählt. Aufgrund des kleinen Rückeneingriffs ap und der geringen Schnittdicke ae können die Unterkante und die Seitenkante des Werkzeugs wirksam geschützt werden. Die erzeugte Schneidwärme wird schnell weitergeleitet, verringert die Wahrscheinlichkeit einer Aufbauschneide an der Werkzeugspitze und erhöht entsprechend die Fräsgeschwindigkeit vc und den Vorschub pro Zahn fz, was nicht nur die Bearbeitungsqualität sichert, sondern auch die Bearbeitungseffizienz verbessert. Um die Bearbeitungsverschleißzeit des Schruppfräsers zu berechnen, ist es lediglich erforderlich, den effektiv genutzten verschlissenen Teil abzuschneiden, und der verbleibende Teil des Fräsers kann nach dem Schärfen noch den Bedarf des Schruppens wieder decken, was die Auslastung erheblich verbessert den Fräser und reduziert die Kosten des Fräsers.
Bei Graten, die durch schwer zu bearbeitende Materialien entstehen, ist eine manuelle Entfernung schwierig, um den bestehenden technischen Anforderungen gerecht zu werden. Daher wird eine CNC-Bearbeitung verwendet und TiC-beschichtete Schnellarbeitsstahlmaterialien für die Bearbeitung mit Fasenfräsern ausgewählt. Nach dem Grobfräsen verbessert sich die Qualität, die Schalenteile sind fein. Die beim Fräsen entstehenden Grate sind relativ klein und der Fasenfräser muss nur entsprechend der Konturspur des Teils bearbeiten, um einen reibungslosen Übergang scharfer Kanten zu gewährleisten. Für das Bördeln und Graten der Löcher der Dichtschale wird die Bearbeitungsmethode Fräsen der Anfasung der Löcher mit einem Fasenfräser → Feinreiben mit einer Reibahle verwendet, um sicherzustellen, dass die Löcher gratfrei und verklebt sind. Die Schnittparameter des Werkzeugs vor und nach der Verbesserung sind in Tabelle 1 dargestellt, und der Bearbeitungseffekt der Schale ist in Abbildung 4 und Abbildung 5 dargestellt.
Tabelle 1 Werkzeugschnittparameter vor und nach der Verbesserung
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Abbildung 4 Verarbeitungseffekt der 4J29-Kovar-Legierungsschale
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Abbildung 5 Verarbeitungseffekt der Schale aus Edelstahlmaterial (022Cr17Ni12Mo2).
5 Popularisierung und Anwendung der Reibtechnologie für schwer zerspanbare Materialien
Eine bestimmte Art von Stößelstangenteilen (siehe Abbildung 6) besteht aus rostfreiem 00Cr17Ni14Mo2-Stahl, einem schwer zu bearbeitenden Material. Das Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 5 mm am äußeren Kreis wird bearbeitet, die Tiefe beträgt 15 mm und der Oberflächenrauheitswert Ra=1,6 μm ist erforderlich. Der ursprüngliche Prozess ist: Monteurbohren → Polieren der Lochwand. Da es sich bei dem Material um Edelstahl handelt, verwendet der Monteur einen Bohrer zum Bohren von Löchern, der Bohrer nutzt sich schnell ab, die Position des Lochs liegt außerhalb der Toleranz und die Effizienz beim Polieren des inneren Lochs ist gering. Daher lautet der verbesserte Prozess: Drehbohren → Bohren. Da für den Drehvorgang Spezialwerkzeuge zum Spannen der Stößelstangenteile erforderlich sind und die Spezialwerkzeuge zu groß sind, ist die Installation nicht einfach. Obwohl die tatsächliche Verarbeitung den Oberflächenrauheitswert Ra=1,6 μm garantiert hat, wurde die Verarbeitungseffizienz daher nicht verbessert. 00Cr17Ni14Mo2-Edelstahl verursacht Das Bohrwerkzeug verschleißt schnell und die Kosten des Werkzeugs sind hoch.
Bild Abbildung 6 Zweidimensionales Diagramm der Schubstange
Mithilfe der beim Reiben von Löchern mit kleinem Durchmesser gewonnenen Erfahrungen wird die Verarbeitungstechnologie Bohren → Reiben → Reiben im Bearbeitungszentrum eingesetzt, um die Probleme der geringen Bearbeitungseffizienz von Durchgangslöchern mit φ 5 mm und der Schwierigkeit, den Oberflächenrauheitswert Ra{{ zu gewährleisten, zu lösen. 2}}.6μm. Der Implementierungsprozess ist wie folgt.
Wählen Sie den Referenzwert: Schnittgeschwindigkeit vc{{0}}(6~12) m/min, Vorschub f=(0.15~0,2) mm/U. Wählen Sie die φ5-mm-Reibahle, um die Werkzeuggeschwindigkeit und den Vorschub während der Bearbeitung zu berechnen. Nehmen Sie vc=7m/min, f=0.18 mm/r.
Da die Schnittgeschwindigkeit vc=πDn/1000 ist (D ist der Werkzeugdurchmesser, n ist die Spindeldrehzahl), also die Spindeldrehzahl n=1000vc/(πD)=1000×7/(3,14×5 )≈445 (U/min), Vorschubmenge vf=fn=0.18×445≈80 (mm/min).
Gemäß den Berechnungsergebnissen werden die tatsächlichen Bearbeitungs- und Schneidparameter wie folgt ausgewählt: Spindeldrehzahl n {{0}} (450-500) U/min, vf=({{3} }) mm/min, das Aufmaß vor dem Reiben wird auf 0,1 mm und die endgültige eigentliche Bearbeitung gesteuert. Das endgültige Objekt ist in Abbildung 7 dargestellt. Wenn die Reibahle mit einem Durchmesser von 5,02 mm (siehe Abbildung 8) mehr als 500 geriebene Löcher aufweist, ist die Oberfläche Die Rauheit Ra des Innenlochs kann immer noch 1,6 μm erreichen, was den Prozessanforderungen entspricht und die Verarbeitungseffizienz verbessert. Das hergestellte Positionierwerkzeug (siehe Abbildung 9) hat einen einfachen Aufbau und ist leicht zu klemmen.
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Abbildung 7 Das reale Objekt der Schubstange nach der Bearbeitung
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Abbildung 8 φ5,02 mm Reibahle
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Abbildung 9 Auswirkung der Positionierungswerkzeuge für die Stößelstangenbearbeitung
6 Der erzielte Effekt
Durch diese Forschung haben wir technische Erfahrungen in der Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien gesammelt. Nachfolgende Forschung und Entwicklung von Teilen aus schwer zerspanbaren Materialien wie Hochtemperaturlegierungen und Titanlegierungen können auch mit Bezug auf die Reibtechnologie bearbeitet werden und es wurden gute Ergebnisse erzielt. Zum Beispiel mit einer φ2,12-mm-Reibahle, vollständiges Reiben von Superlegierungsmaterialien, Durchmesserbildern und tiefen Löchern mit einer Tiefe von mehr als 40 mm. Die Reibbearbeitungstechnologie spart nicht nur Werkzeugkosten, sondern verbessert auch die Bearbeitungseffizienz. Siehe Tabelle 2-Tabelle 4 für den Vergleich der Teileverarbeitungseffekte vor und nach der Verbesserung.
Tabelle 2 Verarbeitungsbilder von rechteckigen Dichtungsschalenlöchern vor und nach der Verbesserung
Tabelle 3 Bearbeitung von Schubstangenlöchern vor und nach der Verbesserung
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Tabelle 4 Werkzeugkosten vor und nach der Verbesserung
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Aus Tabelle 2 bis Tabelle 4 lässt sich schließen, dass der Einsatz der verbesserten Bearbeitungsmethode die Bearbeitungsqualität verbessert hat, die Erfolgsquote der Teile auf 99 Prozent gestiegen ist, die Produktionseffizienz um 33 Prozent gestiegen ist und die Werkzeugkosten gestiegen sind stark reduziert worden.
7. Fazit
Die aufkommenden neuen Materialien und schwer zu bearbeitenden Materialien im Luft- und Raumfahrtbereich stellen höhere Anforderungen an die spanende Bearbeitungstechnologie. Nur durch eine eingehende Untersuchung der Schneideigenschaften schwer zu bearbeitender Materialien und die Beherrschung weiterer Eigenschaften neuer Materialien können wir passende Werkzeuge zum Schneiden auswählen. Das System zur Überwachung des Werkzeugschnittstatus wird eingeführt, um den Nutzungsstatus des Werkzeugs in Echtzeit zu überwachen. Entsprechend der unterschiedlichen Lebensdauer verschiedener Materialien kann das Werkzeug rechtzeitig beurteilt und ausgewählt werden, was die Kosten senken und die Effizienz steigern und gleichzeitig die Bearbeitungsgenauigkeit der tragenden Teile des Raumfahrzeugs verbessern kann. Wirkung.
