Verfahren zum Spannen und Schneiden von Titanlegierungen

Die Titanlegierung hat sich in den letzten Jahren als neuer Konstruktionswerkstoff herauskristallisiert, der aufgrund seiner geringen Dichte, seiner hohen spezifischen Festigkeit, seines geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten und seiner ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen sowie seiner Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Schiffbau und der Gesundheitsfürsorge eine große Rolle spielt. Allerdings stellen der hohe Reibungskoeffizient, die Oxidationsanfälligkeit und die Neigung von Titanlegierungen, bei hohen Temperaturen und hohen Geschwindigkeiten Feuer zu fangen, erhebliche Herausforderungen für die Verarbeitung dar. Die Frage, wie die Zerspanungsleistung von Bauteilen aus Titanlegierungen verbessert und sichergestellt werden kann, dass die Werkstücke die erwarteten technischen Anforderungen erfüllen, hat sich zu einem technischen Schlüsselproblem entwickelt, das bei der Anwendung von Titanlegierungen gelöst werden muss.

I. Hauptprobleme bei der Spann- und Schneidbearbeitung von Titanlegierungen

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1. Hohe Schneidtemperatur: Die bei der Bearbeitung von Titanlegierungen entstehende Schneidewärme kann nur schwer abgeführt werden, was zu anhaltend hohen Schneidetemperaturen führt.
2. Starkes Verkleben von Werkzeugen: Die Adhäsionskraft zwischen der Titanlegierung und dem Schneidewerkzeug ist hoch, was leicht zum Verkleben des Werkzeugs führen kann und die Bearbeitungseffizienz und die Werkstückqualität beeinträchtigt.
3. Hohes Schneidedrehmoment: Die hohe Festigkeit der Titanlegierung erhöht das beim Schneiden erforderliche Drehmoment, was höhere Anforderungen an die Werkzeugmaschine und das Schneidwerkzeug stellt.
4. Niedriger Elastizitätsmodul und hohes Verhältnis von Dehnbarkeit zu Zugfestigkeit: Die Titanlegierung weist bei der Verarbeitung eine erhebliche elastische Verformung auf, was sie anfällig für Rückfederung macht, und ihr Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit ist hoch, was die Verarbeitung erschwert.
5. Hohe Druckspannung an der Schneidkante: Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist die Schneide des Werkzeugs einer hohen Druckbelastung ausgesetzt, die leicht zu Werkzeugverschleiß und -bruch führen kann.

II. Verbesserungsstrategien und Umsetzungspläne

Als Antwort auf die oben genannten Probleme schlagen wir die folgenden Verbesserungsstrategien vor:

1. Optimale Auswahl von Schneidwerkstoffen:
   • Wählen Sie Schneidewerkstoffe mit hoher Festigkeit und guter Verschleißfestigkeit, wie z. B. Hartmetall- oder Keramikschneidewerkzeuge, um die Haltbarkeit der Werkzeuge und die Schneidleistung zu verbessern.
2. Verbesserung der Parameter der Bohrergeometrie:
   • Einsatz von Spiralbohrern mit größerer Schneidenbreite, größerem Stegdurchmesser und größerem Meißelwinkel zur Verbesserung der Schnittbedingungen, Verringerung der Schnittkraft und der Schnitttemperatur.
3. Angemessene Einstellung des Durchmessers der Gewindegrundbohrung:
   • Bei der Bearbeitung des Gewindebodens kann der Bohrerdurchmesser entsprechend vergrößert werden, um den Schneidwiderstand zu verringern und die Bearbeitungseffizienz zu verbessern.
4. Verabschiedung spezieller Strukturanschlüsse:
   • Wählen Sie Gewindebohrer mit speziellen Strukturen, wie z.B. spiralgenutete Gewindebohrer oder beschichtete Gewindebohrer, um die Spanabfuhr und die Schmierbedingungen beim Gewindeschneiden zu verbessern.
5. Angemessene Kontrolle der Einfädelgeschwindigkeit:
   • Basierend auf den Eigenschaften und Bearbeitungsanforderungen der Titanlegierung ist die Gewindeschneidgeschwindigkeit angemessen zu wählen, um Überhitzung und Verkleben des Werkzeugs zu vermeiden.
6. Wissenschaftliche Auswahl von Kühlschmierstoffen:
   • Wählen Sie Kühlschmierstoffe mit guten Kühl-, Schmier- und Rostschutzeigenschaften, um die Schnitttemperatur und den Werkzeugverschleiß wirksam zu senken und die Bearbeitungsqualität und -effizienz zu verbessern.