Titanlegierungen weisen eine hohe spezifische Festigkeit sowie eine ausgezeichnete Wärme- und Korrosionsbeständigkeit auf und werden häufig in Hydrauliksystemen für die Luftfahrt eingesetzt. Dieses Material weist jedoch eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, eine starke chemische Aktivität und einen kleinen Verformungskoeffizienten auf, was die Verarbeitung der Gewinde für Rohrverbindungen aus Titanlegierungen äußerst schwierig macht. Dieses Papier, das auf den Material- und Verarbeitungseigenschaften von Titanlegierungen basiert, analysiert die Schwierigkeiten bei der Gewindebearbeitung, verdeutlicht die wichtigsten Punkte bei der Auswahl der richtigen Gewindedrehwerkzeuge und optimiert den Prozess anhand der Abmessungen der Schnittparameter, der Werkzeugstruktur, der Kühlung und Schmierung sowie der Werkzeuge und Vorrichtungen und bietet eine Referenzlösung für die hochpräzise Gewindebearbeitung aus Titanlegierungen.
Analyse der Verarbeitungseigenschaften von Titanlegierungen
Es gibt hauptsächlich drei Arten von Titanlegierungen: -Typ (TA), -Typ (TB) und + -Typ (TC). Unter diesen ist die Duplexlegierung vom Typ TC die am weitesten verbreitete und ein wichtiger Rohstoff in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Seine Verarbeitungseigenschaften äußern sich hauptsächlich als:
1. Geringe Wärmeleitfähigkeit: Schlechte Wärmeableitung, während der Verarbeitung kann es zu hohen Temperaturen kommen, was zu einem starken Rückprall des Werkstücks und einer offensichtlichen Verformung führt.
2. Kleiner Verformungskoeffizient: Beim Schneiden ist die Kontaktlänge zwischen Span und Werkzeug kurz und die Schnittkraft konzentriert sich auf die Schneidkante, was den Werkzeugverschleiß verstärkt.
3. Hohe chemische Aktivität: Bei hohen Temperaturen neigt es dazu, mit Sauerstoff, Stickstoff und dem Werkzeugmaterial zu reagieren, wodurch Adhäsionen entstehen, die zu „Verbiss“-Phänomenen führen können.
4. Hohe Festigkeit und gute Zähigkeit: Der Schnittwiderstand ist groß und die Anforderungen an die Werkzeugsteifigkeit und Verschleißfestigkeit sind hoch.
Diese Eigenschaften führen dazu, dass die Verarbeitung von Gewinden aus Titanlegierungen mit großen Problemen konfrontiert ist, wie z. B. einem großen Gewindeschneiddrehmoment, einem leichten Bruch des Gewindebohrers und einer schwierigen Kontrolle der Gewindegenauigkeit.
Auswahl und Konstruktion von Gewindeschneidwerkzeugen
Wegen der Schwierigkeiten beim Gewindeschneiden von Titanlegierungen empfiehlt sich die Verwendung von gezahnten Gewindebohrern. Bei dieser Art von Gewindebohrer wird bei jedem zweiten Zahn ein Zahn entfernt, wodurch die Zähne abwechselnd angeordnet werden. Während des Schneidens ist nur eine Oberfläche in Kontakt, wodurch das Reibungsmoment effektiv reduziert wird und verhindert wird, dass der Gewindebohrer stecken bleibt oder beschädigt wird. Die Schnittstärke des Wellengewindebohrers verdoppelt sich, wodurch die Tiefe der kaltverfestigten Schicht überschritten werden kann. Obwohl die Schnittkraft eines einzelnen Zahns zunimmt, erfolgt die Spanabfuhr gleichmäßiger, Reibung und Adhäsion werden verringert, wodurch die Haltbarkeit des Gewindebohrers und die Genauigkeit des Gewindes verbessert werden. Bei der Konstruktion ist darauf zu achten, dass die Anzahl der Kerben ungerade ist, um die Kraft gleichmäßig auf die Zahnkanten zu verteilen.
Hinsichtlich der Materialauswahl wird empfohlen, Gewindebohrer aus Schnellarbeitsstahl zu verwenden. Sie zeichnen sich durch hohe Zähigkeit, gute Verformungsbeständigkeit und hervorragende Verschleißfestigkeit aus. Zuerst kann ein Vor-Gewindebohren mit Schnellstahl-Gewindebohrern-durchgeführt werden, gefolgt von einer Korrektur mit Hartmetall-Gewindebohrern. Mit fortschreitender Entwicklung der Werkzeugmaterialien wird erwartet, dass es in Zukunft noch mehr Spezialgewindebohrer geben wird, die speziell für Titanlegierungen entwickelt wurden.
Optimierungsmaßnahmen für die Gewindeverarbeitungstechnologie
1. Angemessene Vergrößerung des Durchmessers des unteren Lochs
Durch eine entsprechende Vergrößerung des Durchmessers des Gewindebodenlochs können die Schnittkraft und die Schnittwärme verringert werden. Der Erhöhungsbetrag sollte umfassend auf der Grundlage der Anforderungen an die Gewindekontaktrate und die Anzahl der Gewindegänge berücksichtigt werden. Durch leichtes Reduzieren der Zahnhöhe und Erhöhen des Innendurchmessers des Gewindes, insbesondere beim Gewindeschneiden aus Titanlegierungen, wird zwar die Kontaktrate geringfügig verringert, die Zuverlässigkeit kann jedoch durch Erhöhen der Länge der Gewindeverbindung gewährleistet werden.
2. Kontrolle der Schnittgeschwindigkeit und der geometrischen Parameter des Werkzeugs
Für die Bearbeitung von Gewinden aus Titanlegierungen sollte das Schneiden mit niedriger -Geschwindigkeit erfolgen. Die empfohlene Schnittgeschwindigkeit liegt bei 200–300 mm/min. Eine zu kleine Geschwindigkeit führt zur Bildung kalter, harter Schichten, während eine zu große Geschwindigkeit den Temperaturanstieg und den Werkzeugverschleiß verschlimmert. In Bezug auf die geometrischen Parameter des Werkzeugs: Wählen Sie einen geeigneten Spanwinkel, um die Festigkeit der Schneidkante zu erhöhen; Verwenden Sie einen größeren Freiwinkel, um die Spanentfernung zu erleichtern. Beim Tieflochgewindeschneiden kann die Anzahl der Spänerückhaltenuten reduziert werden, um den Spänerückhalteraum zu vergrößern und die Spanabfuhrkapazität zu verbessern.
3. Optimierung von Gewindeschneidfutter und Kühlmittel
Das maschinelle Gewindeschneiden muss mit einem speziellen Gewindeschneidfutter ausgestattet sein und mit einem Schraubenschlüssel bedient werden. Der Endstift des Titanlegierungsgewindes sollte etwas länger als die Standardlänge sein. Es empfiehlt sich, eine Rückzugsnut anzubringen, um zu verhindern, dass der Gewindebohrer absplittert, wenn er den Boden erreicht.
Die Kühlmittelschmierung ist von entscheidender Bedeutung. Wählen Sie ein Kühlmittel mit hoher Aktivität und guter Schmierleistung, das den Gewindebohrer direkt kühlt, um zu verhindern, dass hohe Temperaturen zu Adhäsionen führen. Es wird empfohlen, eine Kühlmittelmischung aus Ölsäure, geschwefeltem Öl und Kerosin in einem geeigneten Verhältnis zu verwenden oder F43-Schneidöl zu verwenden. Auf der Rückseite des Gewindebohrers kann außerdem eine Kühlmittelnut geöffnet werden, um sicherzustellen, dass das Kühlmittel reibungslos in den Schneidbereich gelangen kann.
Die hochpräzise Bearbeitung der Schraubverbindungen vonRohre aus Titanlegierungerfordert die Auswahl geeigneter Schneidwerkzeuge wie gezahnte Gewindebohrer und Schnellstahlgewindebohrer sowie die Optimierung von Prozessparametern wie Grundlochdurchmesser, Schnittgeschwindigkeit, Werkzeuggeometrieparametern, Kühlschmierung und Gewindebohrerfutter. Dadurch können die Schwächen der Titanlegierung, wie schlechte Wärmeleitfähigkeit und hohe chemische Aktivität, wirksam vermieden und die Verarbeitungsgenauigkeit und Effizienz der Gewinde verbessert werden. Mit der Entwicklung der Materialwissenschaften und der Verarbeitungstechnologie wird die Gewindeverarbeitungstechnologie aus Titanlegierungen weiter verbessert und unterstützt die hochzuverlässige Herstellung von Luftfahrthydrauliksystemen.
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