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チタン合金部品の加工技術

キーワード:ランディングギア、チタン合金部品、機械加工、工具要件、旋削加工技術、フライス加工技術、クーラント加工、穴あけ加工、ねじ切り加工

【要約】チタン合金は高強度比、小さい変形係数、強い耐熱性、低温靭性、耐食性および良好な溶接性能の利点を有する。 そのため、航空機の着陸装置の構造用軸受部品、締結具などへの応用が広がっています。 しかしながら、その小さい熱伝導率、小さい弾性率、劣った加工性能、低い効率、および容易な燃焼変形のために、それは製品加工および品質に影響を与えるであろう。 この論文は、着陸装置のタイプの研究と生産方法を結合して、そして材料、装置、人員、プロセス文書と処理条件のようないくつかの側面からプロセス文書を制御し最適化する。 これにより、処理効率が向上し、製造コストが節約され、製品の品質が保証されます。
チタン合金フライス加工技術のCNC 5軸リンケージ加工

資材管理
1)チタン合金原材料は、原材料および成形部品が性能要件を満たしていることを確認するために必要に応じて再検査されなければなりません。 部品の欠陥を防ぐために、主に製品認証、識別、鍛造サンプリング位置、テストタイプ、仕様と数量、ブランクサイズのフルサイズ、機械的特性などをチェックします。
2)チタン合金材料の加工では、カストロール水溶性クーラントが主に使用されています。 この割合で水と混ざり合い、冷媒圧力が入り、流量が制御されます。 ハロゲン元素を含むクーラントはチタン合金に応力や化学腐食を起こしやすいので禁止されています。

2. CNC機器制御
2.1機器要件

CNC装置は、剛性を最大化し、振動やチャタリングを防ぐために、信頼性の高い正確な送り動作、工具およびワークピースの取り付け制御を提供します。 刃先に適切なクーラントを確保するために、処理中にクーラントの圧力と流量を上げます。

2.2ツール要件
チタン合金加工物は親和性が高く、加工中の工具先端の切削温度が高いため、工具の耐摩耗性および靭性が劣る。チタン - タングステン - コバルトカーバイド工具は使用しないでください。 加工中、部品の構造(キャビティまたはボス)、バランス分布、およびブランクの表面硬化度に応じて、コーティングツールの種類が選択されます。それは荒削り、中仕上げおよび仕上げに分けられ、切削温度を下げ、固着ナイフを減らし、ナイフを折りたたみ、刃を鋭利に保ちそしてツールの耐久性を改善する。低速断続切削では、工具の全体的な剛性を向上させ、振動減衰効率を達成するために、コネクティングロッドは部品構造に従って選択されます。工具本体は、コーティングが強力な接着性と強度を持ち、部品の加工品質と工具の切削効率を向上させるために、きめの細かい基材にする必要があります。


機械加工チタン骨ねじ山クランプ


2.3フィクスチャの要件
チタン合金材料の弾性率は小さいので、加工物は容易に変形し、切断中の締め付け力は大きすぎてはならず、必要ならば補助支持体を使用すべきである。 実際の切削力は、部品が締め付けのために変形しないことを確実にするために固定具構造を設計するときに考慮される。

製造管理
3.1チタン合金の構造設計に関する一般要件
構造が許すときは、部品の移動半径はできるだけ大きくなければなりません。 部品の表面粗さのRa値は、それ以下でなければなりません。 リーマ加工のために、穿孔法によって機械加工された穴の表面粗さのRaは、それ以下であるべきである。 穴あき部品を設計するとき、開口部の縁は滑らかな面取りをします。 大きな荷重を持つ部品の場合は、ネジ穴を避けるためにテンションゾーンをできるだけ小さくする必要があります。 設計に必要な部品の表面粗さを満たすために研削方法を使用しないでください。
チタン合金部品の構造設計

3.2チタン合金旋削に関する一般的技術要件
1)工具要件
ツールの先端は強度を増し、焼けやつぶれを防ぐために丸みを帯びています。 工具の耐久性を向上させるためにブレードとチップを改良する。 旋削用チタン合金部品、超硬および高速度鋼旋削工具の幾何学的パラメータは、表1および2に従って選択することができる。


チタン合金リング溝リベット総合加工方法技術

表1セメントカー旋削工具の推奨幾何学パラメータ
部品強度(MPa) すくい角 バックコーナー 主振れ角 補助振れ角 ブレード傾斜角 工具先端円弧半径(mm)
≤1000 10° 20°-70°  
 
 
1-2
>1000 1°-5° 6°-8°  
75°-90°
 
0°-3°
≤1000 15°  
 
0.3-0.8
>1000 6°-8°

表2高速度鋼旋削工具の推奨幾何学的パラメータ
部品強度(MPa) すくい角 バックコーナー 主振れ角 補助振れ角 ブレード傾斜角 工具先端円弧半径(mm)
≤1000 11° 25°-45°  
 
0.5-2
>1000 7°-11° 4°-7°  
60°-85°
 
0°-3°
≤1000 11° 0.3-0.8
>1000 11° 5°-7°

2)旋削パラメータを選択
超硬工具で部品を回転させる場合、回転速度は20m /分から60m /分の範囲です。 高速度鋼工具で旋削する場合、旋削速度は15m /分から55m /分の範囲です。 超硬工具と高速度鋼工具の切削速度に従って、被覆旋削工具の切削速度は5%‐25%増加した。

3)冷却剤のための条件
旋削する前に、クーラントノズルを先端と揃えるように調整し、高圧水溶性エマルジョンを使用して工具のすくい面に衝撃を与えます。

3.3チタン合金のフライス加工に関する一般的な技術要件
1)工具要件

フライスを機械主軸に固定するシャンクは、工作機械 - 工作物システムの最大の剛性を確保するためにできるだけ短くなければなりません。 チタン合金の金型部品を加工する場合、工具は加減速の衝撃に耐えることが要求され、適切な曲げ強度を持ちます。 荒加工には大型フィードミーリングカッターとコーンミーリングカッターが使用され、仕上げ部品にはラウンドインサートミーリングカッターと超硬ミーリングカッターが使用されます。 閉じた輪郭を扱う場合は、中心を超える端部を持つエンドミル、Iskar DRシャローボアドリル、およびカーバイドドリルを使用する必要があります。 窒化チタンと窒化アルミニウムでコーティングされたフライスを選択してください。

2)冷却剤のための条件
超硬工具の仕上げには、オイルミスト冷却または連続的に十分な水溶性冷却剤を使用する必要があります。 高速度鋼工具や超硬工具を用いて荒加工を行う場合、クーラントとしては重力切削に適したエマルジョンが用いられる。

3)製粉プロセスパラメータ
A、従来の製粉
高速度鋼および超硬ミーリングカッターの一般的なミリングパラメータは、表3および4に従って選択できます。

表3高速度鋼フライスの従来のフライス加工のミリングパラメータ

スピンドルスピード
(r/min)
工具径
(mm)
歯数
(number)
送り速度
(mm/min)
ラジアルカット幅
(mm)
軸方向切込み
(mm)
100-200 20 4 40-80 3-5 5-10
100-150 30 4 40-70 3-5 5-10
200-400 16 2 30-60 1-3 1-5
150-250 30 4 25-70 1-3 1-5


表4.従来のフライス加工における超硬ミーリングカッターのミリングパラメータ
スピンドルスピード
(r/min)
工具径
(mm)
歯数
(number)
送り速度
(mm/min)
ラジアルカット幅
(mm)
軸方向切込み
(mm)
150-250 20 4 50-120 3-5 5-10
100-200 30 4 50-100 3-5 5-10
300-450 16 2 50-140 1-3 1-5
200-300 30 4 35-100 1-3 1-5

チタン合金製バルブ穴加工技術
B、CNCフライスチタン合金加工
工具の選択:CNCマシンでフライス加工するときは、スローアウェイカーバイドコート工具を使用してください。 Sandvik GC1030、Kenner KC522Mなどで主に使用されています。
段階区分:チタン合金の特性により、加工段階は部品製造工程で合理的に分割されるべきです。 バランス分布、放熱条件、部品構成により、荒加工と仕上げ加工に分けられます。
ゾーニング:部分構造と周辺分布に基づきます。 加工領域の合理的な分類:例えば、凸状、空洞状、円筒状など、工具の選択は標準化することができる。 余白をなくすためのバランスをとり、ダウンミリング方法の切削時間を効果的に短縮し、加工効率を向上させます。

プログラムの最適化:CNC機械加工では、工具が前進していることを確認してください。 プログラミング設計の部品コーナーのサイズを確認して、加工中の急激な負荷の変化を減らします。


パラメータ制御:部品の荒加工のために、プログラムの加工ツールパスが合理的に最適化されています。 高速度鋼フライスカッターのCNCフライス加工と超硬工具のCNCフライス加工は、部品の加工効率を改善するために推奨されるパラメータに従って処理されます。

超硬工具および高速度鋼工具のスピンドル速度に基づいて、被覆フライスの切削速度は5%〜25%増加する。

D、粉砕スケール
フライススケールのプロセスでは、部品の表面の不均一な分布のために、イスカ垂直フライスはチタン合金部品の平面加工に主に適しています。 輪郭加工では、Walterコーンミーリングカッターが使用され、外側の輪郭酸化スケールはIsa垂直ミーリングカッターで加工することもできます。


チタンねじタップ技術

3.4チタン合金の穴に関する一般的な技術的要求事項
1)穴あけ
穴あけ加工には高速度鋼または超硬ドリルが使用され、高精度穴加工にはTiN-Alチタンコーティング穴あけ工具が使用されます。 チタン合金部品ドリルの要件:
頂角は2Ψ= 120°〜127°です。
後角α= 12°〜14°。
らせん角β= 35°〜40°。
すくい面とビット軸= 5°(高速スチールドリルビット)。
すくい面とビット軸= 0°(超硬ドリルビット)。
高速度鋼ドリルビットの逃げ面摩耗量(総摩耗)は0.6 mmを超えてはいけません。
   標準構造を有する高速度鋼ドリルを用いて穿孔する場合、切削速度値に補正係数Kv = 0.8が掛けられる。
加工硬化を避けるために、ドリルビットは送りなしで元の位置に回転することは許されない。 ねじ底面の加工硬化深さを減らすために、鋭いドリルビットを使用してください。

2)皿穴、リーマ穴およびリーマ穴の合理的な切削パラメータ

3.5チタン合金ねじ立ての一般技術要件
1)機械加工されたチタン部品のタップはより硬い。
2)タップで穴のネジ山を叩くときは、2つまたは3つのタップからなるタップを使用し、潤滑剤を塗布し、押出潤滑剤で冷却します。
3)貫通穴をねじ径の1.5倍以上の深さまで加工する場合は、2〜3タップの組み合わせで加工しますが、タップ数は加工するねじ穴の深さによって異なります。
4)蛇口の幾何学的パラメータ:すくい角y = 5°〜7°;後角度a = 6°〜8°。
5)手作業でネジ穴を加工する場合はオイルを使用し、機械にストレートネジを加工する場合は乳化剤またはオイルを使用します。 部品は作業後に清掃する必要があります。
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