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中国のTA10チタン合金精密部品の深穴加工技術に関する研究

抄録この論文はTA10チタン合金部品の深穴加工の困難さと解決策を分析した。 機械加工試験を実施し、工具角度を最適化し、そして機械加工工具の摩耗機構を分析した。 それは良好な加工結果を達成し、α型チタン合金の深穴加工のためのある基準的意義を持つ。
キーワード:TA10チタン合金、深穴加工、工具設計、摩耗メカニズム


TA10(Ti − 0.3Mo − 0.8Ni)チタン合金はニアαチタン合金である。 一般に、チタン合金の丸棒および角棒の形状は鍛造、押出し、圧延および引き抜きである。 それは1970年代半ばに米国によって開発されたTi-12合金であり、強いすきま腐食耐性を持っています。

300℃では、引張強度は工業用純チタンのほぼ2倍であり、還元媒体は耐腐食性が高く、150〜200℃の塩化物中で腐食を防止することができる。TA10材料はレアメタルを含まず、そして比較的良好な加工特性を有する。純チタンはすきま腐食が発生する可能性がある特定の環境で広く使用されています。TA10チタン合金は優れた加工特性を持ち、最低温度で熱間加工するために850  -  950℃の温度範囲で鍛造することができます。 表面汚染を最小限に抑えることができます。材料の水素吸収による水素脆化を防ぐためには、酸化環境で加熱する必要がある。 それは優れた可塑性と柔軟性を持っています。250℃の環境で成形するとスプリングバックを減らすことができます。アルゴンガスは一般にタングステンアーク溶接を保護するために使用されます。C、N、H、およびOの汚染を避けるために、はんだ付け温度が430℃に達したときに特別な保護が必要です。

TA10材料には以下の特性があります。
(1)設計ストレスが高い。
(2)酸化媒体中で純チタンと同等以上の耐食性を有する。
(3)耐食性は還元媒体において純チタンより優れている。
(4)耐高温酸化物の耐すきま腐食性が良好である。
(5)コストが安い。

したがって、熱交換器、管状反応器、蛇行管、化学、軽工業、原子力産業、環境保護およびその他の分野における晶析装置としてのTA10材料が急速に発展している。 その機械的性質は他の材料よりも際立っています。


純チタンTA10とTA2と45#鋼の機械的性質の比較
表1. TA10およびTA2純チタンと45#鋼の機械的性質の比較


1.試験装置とワーク
工作機械加工システムBTA深穴加工システムを用いたTA10の深穴加工試験 システム工作機械はCW6163D深穴加工機で、図1に示すようにドリルビットはφ54mmの5歯深穴ドリルビットを採用し、刃材はYG8、工具角度は図2に示します。 深穴加工システムは、広い加工範囲と高い加工品質を備えた深穴加工用の一般的なシステムです。

 
TA10チタン合金深穴ドリル
図1 TA10チタン合金深穴ドリルの概略図
 
TA10チタン合金深穴ドリル角度図
図2 TA10チタン合金深穴ドリル角度図

走査型電子顕微鏡JSM-6390A:走査型電子顕微鏡は、試料表面を電子線で走査して試料情報を得る電子顕微鏡です。

それは試料表面の高解像度画像を作り出し、その画像は三次元である。 走査型電子顕微鏡を用いて試料の表面構造を同定することができる。


それは3つの主要部分から成ります:
真空システム、電子ビームシステムおよびイメージングシステム この記事では主に2つの実験を実行するためにそれを使用します。 1つ目は、ブレードの表面形態を観察することです。 第二に、工具の摩耗機構を工具表面と残留成分のエネルギースペクトル解析によって解析した。

ハンドヘルド粗さ計:
各種加工部品の表面粗さを測定し、選択された測定条件に従って対応するパラメータを計算し、すべての測定結果とグラフをLCDに明確に表示するために使用されます。 試験片はΦ290mm×2700mmのチタン棒であるニアα型チタン合金TA10とした。


2、テスト計画
この実験では、TA10ロッドを穿孔し、直径54mmで穿孔した深穴で穿孔した。 この実験では、直径54mmの深穴ドリルを用いてTA10ロッドを穿孔した。 穴あけはドリルビットの前部および後部角度を変えることによって行われます。 処理中の振動を観察するために単一因子可変法を用いてデータを収集した。 ワークの内壁の粗さは、粗さ計により測定した。 工具の摩耗を電子顕微鏡で観察して最適なプロセスパラメータを得た。 ドリルビットの摩耗と残留成分を研究することによって、工具摩耗の原因を分析して、TA10深穴掘削材料の摩耗機構を得た。


特定の処理パラメータ:
(1)加工システム:CW6163D深穴加工機に基づくBTA深穴加工システム。
(2)処理ツール:Φ545歯型間違った歯の深穴ドリル、ブレード材料YG 8超硬合金。
(3)工具角度:前部角度は3°、7°、後部角度は8°、12°、残り角度は18°、そしてビット偏心量は4 mmです。
(4)被削材:TA10チタン棒Φ290mm×2700mm。
(5)切削液:エマルジョン
(6)移動モード:工具送り、ワーク回転。
(7)切削パラメータ:穿孔深さは2700mm、穴径はφ55mm、工具速度は145r /分、送り速度は0.12mm / r。

 
表2. TA10チタンロッドの穴あけ角度
TA10チタンロッドドリル角度
3、実験結果
実験から得られた実験データを表3に示す。

 
すくい摩耗現象
図3前面摩耗現象

関連する加工条件を考慮すると、この材料は塑性変形能力が低いことが分かる。工具のすくい角が3°の小さい値であるとき、7°チップとすくい面との接触長さは前部角と比較して増大し、すくい面の摩耗は相対的に増大し、そして工具の耐久性は低下する。しかしながら、すくい面の応力集中が遅くなるので、切削温度およびカッターの強度が低下する。同時に、チタン合金材料は、深穴加工中に小さい変形係数および小さい弾性係数を有することが分かった。機械加工プロセス中に、材料がひどく跳ね返り、工具が側面と工作物との間で小さな角度で擦れ、切削熱の急激な増加とシステムの異常な振動をもたらす。工具の摩耗は激しく、切削や欠けさえも発生するので、工具の逃げ角を大きくする必要があります。また、比較すると、チタン合金を切削するとき、工具後退角の影響がすくい角よりも大きいことがわかった。したがって、逃げ角を大きくすることにより、工具の強度を確保しつつ、工具の耐久性をより効果的に向上させることができる。したがって、すくい角は3°、逃げ角は12°です。 プロペラ摩耗の顕微鏡的結果を図3  - 図4に示します。 TA10材料の深穴加工では、材料の跳ね返り現象のために工具の逃げ面摩耗がすくい面よりはるかに深刻であることが分かる。側面の暗部と明部を走査型電子顕微鏡で分析した。
 
掘削チタン合金工具ダークゾーンエネルギースペクトル
図5チタン合金工具のダークメタルスペクトル
チタン合金ドリルライトカラースペクトル
図6 チタン合金ドリルライトカラースペクトル

 
ブレード近傍の暗い領域には多量のTi元素が濃縮されていることがわかる。 W、Co、その他の切削工具材料は、工具の端から離れた明るい部分を支配します。 Tiの含有量は非常に少なく、加工物材料が加工中の高温高圧下で明らかな接着現象を有することを示している。 総合的な研究により、TA10の深穴加工では、高い切削力と切削温度のために、被加工材料の硬度は大きくなく、親和性が強いことがわかりました。 したがって、超硬工具の摩耗は主にボンド摩耗に基づいています。

この試験では、穴の深さが大きいため、加工穴の粗さをTR200ハンドヘルド粗さ計で測定し分析した。 したがって、工作物端部の粗さサンプリングを比較分析に使用する。


 
TA10チタン合金内孔表面粗さ
図7 異なる工具角度での内孔の表面粗さ

図7からわかるように。 工具の強度を確実にするという前提の下で、工具の前後の角度が大きいとき、工具はより鋭くなり、材料の硬化層を切開することができるので、穴の表面品質はより高い。 TA10チタン合金の場合、硬度は比較的低く、加工中の大きな工具角の選択は滑らかな切削に有益である。 C角深穴ドリルの方が加工品質が良いことがわかります。

4。 結論
本論文では、TA10チタン合金の物理的性質と加工性を研究した、純チタンTA2と45鋼と比較して、深穴加工特性と組み合わせてTA10材料に深穴加工試験を行った。 TA10材の切削特性は、φ290mm×2700mmのチタン棒を用いて深穴加工試験を行った。 異なる角度のドリルビットの試験の比較を通して、以下の結論が引き出される。

(1)TA10は、優れた可塑性と高い高温および低温強度、高い比強度および強い耐食性を有しています。 その加工性は純チタンのそれと同様です。 この工程には多くの欠点があり、塗布硬化は厳しく、工具は早く摩耗し、そして塗布性は低下する。 切削加工中、被加工材料の低い弾性率のために、変形係数は小さく、そして機械加工面のリバウンド現象は激しく、工具側で激しい磨耗をもたらす;同時に、チップとすくい面との間の接触時間は短く、すくい面をもたらす。 単位面積当たりの切削力が大きく、切削温度が高い。 また、チタン元素は化学的活性が大きく、カッターに付着しながら加工硬化層を製造しやすい。 この一連の加工特性は、特に深穴加工において工具の摩耗を加速させ、加工環境はより要求が厳しく、加工効率および効果は満足のいくものではない。
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