チタン合金TC11精密切削加工
チタン合金TC11精密切削加工
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チタン合金は、超高張力鋼に比べて低密度、高強度、比強度が高いという特徴を持っています。 優れた熱安定性、耐食性、高温強度。 300～500℃の温度ではアルミニウム合金などに比べて約10倍の強度があり、航空宇宙、航空、ミサイルのエンジン製品などに広く使用されています。 特に（α＋β）チタン合金は焼入れ時効処理により合金を強化することができ、熱処理後の強度は焼鈍条件に比べて50％～100％向上します。 また、優れた耐低温性、海水腐食や高温塩ストレス腐食に対する優れた耐性を有しており、より広く使用されています。 |
しかし、チタン合金は切削変形係数が小さい（変形係数が1以下またはXNUMXに近い）ため、すくい面での切りくずの切削加工により滑り衝突経路が増加し、工具の摩耗が促進されます。 一方、切削温度は高く、切削抵抗は大きく、変質汚染層の出現が発生します。 チタン加工 化学活性が大きく、O、N、H、Cなどのさまざまなガス不純物と激しい化学反応を起こしやすく、チタン合金の切断面層に侵入し、表面の硬さや脆さを引き起こします。増える層。 他のものは依然として TCI と TiN 硬質表面層の組成を持っています。 高温では、表層はα層、水素脆化層などの外部変態汚染層が配置されます。 不均一な表面層の形成、部分的な応力集中、部品の疲労強度の低下、切削加工への重大な損傷、および欠け、欠け、脱落の発生。 大きな親和性。 切断中、チタンのチップと切断面は工具データに食い込みやすく、ひどいナイフの固着状態が発生し、深刻な接合摩耗につながります。 チタン合金の配列が不安定であるなどの欠点があり、切断、特に微細な切断に多くの困難をもたらすため、加工が難しい金属とも呼ばれています。 したがって、チタン合金の微細切削加工の技術的議論は急務である。
テール パイプ ハウジング (図 1 を参照) は、著者の工場の製品の重要な機能部品です。 使用条件では高温・高圧に耐える必要があるため、機械的機能要件は引張強さRm≧1030MPa、伸びA≧9となっており、機能要件を満たすためにチタン合金TC11を製品企画に採用し、典型的な薄肉です シャフト 管状の部分。 微細切削技術の最適化計画を経て、チタン合金TC11の微細切削が完成しました。
1.チタン合金TC11の切削特長
TC11チタン合金は、(α+β)型Ti合金です。 その配列は、密に詰まった六方晶系α相と体心立方晶系β相から構成されています。 他の金属と比較して、組織はより顕著であり、異方性が強いため、チタン合金の製造と加工はより困難になります。 。 切断加工の特徴は次のとおりです。
- (1) 高い切削抵抗と高い切削温度。 チタン合金は密度が低く強度が高いため、切削送りのせん断応力が大きく塑性変形仕事量が大きいため、切削抵抗が大きく、切削温度も高くなります。
- (2) 加工硬化が激しい。 塑性変形に加えて、高い切削温度での酸素と窒素の吸入、空隙内での固溶体の発生、工具に対する高硬度粒子の相反する影響により、チタン合金はほとんど機能しません。
- (3) シンプルなスティックナイフ。 チタン合金は高温で強い化学親和力を持ち、大きな切削抵抗と相まって工具の磨耗をさらに促進します。
- (4) 工具の摩耗が激しい。 分割摩耗は、チタン合金を切断する際の工具摩耗の重要な特徴です。
2.ワーク解析
3.技術的解決策
3.1 テクノロジーロード
テクニカルロードは、「最初に厚さ、次に仕上げ、内側、そして外側」の原則に基づいており、仕上げ時の変形を軽減し、加工精度を向上させます。 初期の試作工程では、ブランキング、車長、荒削り形状、穴あけ、荒削り、精密旋削形状、仕上げ形状が技術的な道となります。
チタン合金は熱伝導率が低く、密度と比熱が低く、切断温度が高いです。 工具との化学的親和性が強く、ナイフが刺さりやすく、切断が困難になります。 チタン合金の強度が高くなるほど、機械加工性が悪化することが実験により確認されています。 したがって、化学親和性が低く、熱伝導率が高く、強度が高いタングステン - コバルト系超硬合金を選択する必要があります。 機械加工プロセス.
荒加工車はYG8、中仕上げ車はYG6、仕上げ車はYG3Xです。 ドリルは超硬ツイストドリル（YG6超硬）を使用しています。
3.2 疑問がある
- (1) 超硬合金ツイストドリルを使用して穴あけ加工を行う場合、切削温度が適切に高く、ドリルビットの摩耗が激しく、加工プロセスの熱応力が直接影響を受け、その後の仕上げ精度に直接影響します。
- (2) ワークの変形が大きく、加工寸法の制御が難しい。
- (3) 同軸ずれの状態が厳しく、ワークの合格率が低く、均一合格率が50％にとどまる。
- (4) 生産能力が高くなく、工具の摩耗が大きく、生産コストが高い。
3.3治療計画
3.3.1 適切なツールを最初から選択する
データと加工プロセスを検討した結果、穴あけには Kenner HTS-C マシンタイプ ドリル ビット (ジェット サクション ドリル) を使用することが決定されました。 このビットは強力な冷却を提供でき、刃先交換可能な PVD コーティング全体の硬質合金インサートとチップフルート、および超硬ドリルが装備されています。 実験の結果、このドリルは難削材に特化したKC720およびKC7215インサート（表裏インサート）を使用してチタン合金の穴あけ加工を行いました。 出力が60％向上し、穴あけ後のワークの発熱や変形がありません。 図2に示すように、加工中に応力の影響がなく、周囲の環境を汚染することもありません。
3.3.2 変形原因の解析と対策
機械加工時の変形の主な原因は、チタン合金が応力を調整するためです。 試作プロセスの初期段階では、荒加工、仕上げ加工、内外面加工という加工技術を採用していましたが、チタン合金の配列の不安定要素が十分に考慮されておらず、ワークの変形や外観の形成が困難でした。加工時のサイズ制御が難しい。 チタンの変形抑制を抑える方法 合金加工 プロセスを最小限に抑えるのは難しい問題です。
実験を繰り返した結果、ワークの荒加工後に時効焼鈍工程を追加します。 ワークの機械的機能を低下させることなく結晶粒を微細化し、微細な配列を実現して内部応力を除去し、配列を安定した状態にします。
熱処理の標準は時効温度530℃、保持時間4～6hです。 Rm≧1030MPa、A≧9%となるようにしてください。 数バッチの実験の後、引張強さ Rm は 1030 MPa を超え、伸び A は 9% を超えました。
3.3.3 同軸ずれの原因と対策
同軸度不良によるワークの合格率の低下に着目し、ワークデータと加工技術をさらに分析した結果、ワークは変形しやすく加工が難しい金属の代表である薄肉管であることが判明しました。 すべての技術システムの剛性が向上する限り、その加工に関する問題に効果的に対処できる人材が生まれます。
- (1) 内径穴加工において、技術的なステップ方法が合理的に設定されました。 図3に示すように、一定の剛性を備えた技術ステップをワークのクランプおよび位置決めの基準として使用し、加工中の内部穴の変形の問題に効果的に対処しました。
- (2) 外周加工工程では、機械的に防振材を充填する方法を採用しています。つまり、ワークの中仕上げ旋削加工時に、クランプ部に剛性パッドを充填して変形を防止します。ワークピースの; 図 4 に示すように、ワークの内穴は柔らかい材料で満たされます。柔軟なゴムチューブまたは発泡材料は、加工プロセス中にワークの内壁にフィットし、ワークに剛性を与える効果が得られます。
- (3) ワークの同軸度を確保するために、一組のオーバーポジショニングを行ってください。 備品 図 5 に示すように、ワークの剛性を向上させるために、最終仕上げプロセス中に計画されました。
すると、ワークの同軸度が悪くなります。 そこで治具の設計においては、ワークの剛性を確保するためにオーバーポジショニング装置を使用しました。 理論上は位置決めが行われますが、ワークのすべての内部穴が位置決め基準として使用されただけでなく、実際にはワークのニーズを完全に満たしました。 。 図 6 を参照してください。
前述したTC11チタン合金の切削加工における特性と難削材のメカニズムを踏まえ、実際の生産現場での加工方法や難削材データの経験と関連させて、切削加工技術を開発しました。道路は最初から以下のような計画で作成されました。 平らな端の切断 - 穴あけ - 荒れた車の内外 - 経年変化と機械的機能の調査 - 車のベンチマーク - 半完成車の内穴、半完成車の大穴 -完成車の内部形状—半完成車の形状——ピン部長、高級車の小端——高級車の形状。
この技術方法で加工されたチタン合金部品のテールパイプハウジングは計画要件を完全に満たしており、部品の合格率は98％以上に達しています。 チタン合金の微細な切削変形の問題に効果的に対処します。
4。結論
チタン合金は被削性が悪く、いかにして被削性を向上・向上させるかが難しい問題です。 この記事は、チタン合金部品のテールパイプシェルの切断技術方法を分析し、チタン合金部品の微細な切断を完了し、チタン合金TC11薄肉円筒部品の旋削変形や工具摩耗などの加工の困難を効果的に処理します。 薄肉チタン合金部品の加工技術へのさらなる知識と理解により、将来のチタン合金部品の加工に向けて一定の経験を蓄積しています。
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