金属部品メーカー

ハードウェアアクセサリー - 中国メタルスタンピング&CNC加工メーカー

大口径薄肉チタン合金部品のねじ加工技術

キーワード:Ti-6Al-4Vチタン合金部品、チタン合金加工技術、大チタン合金大口径薄肉ねじ、チタン合金ねじ旋削
Ti − 6Al − 4Vチタン合金薄肉管状部品を図1に示す:この部品は、M320のねじ径、4mmのピッチ、わずか3mmの壁厚、および102の直径対厚さの比を有する。 加えて、プロファイルのサイズおよび輪郭精度は高いことが要求され、そしてねじの直径は寸法管理の要求を有する。 Ti − 6Al − 4Vチタン合金は、良好な可塑性および靭性、ならびに劣った熱伝導率を有する。 これは機械加工が困難な材料であり、その薄肉の性質は加工中の変形を制御することを困難にする。


チタン合金大径糸加工技術はまだ成熟していませんが、その価格は比較的高価です、それは生産合格率を確保するために加工技術を最適化する必要があります。 薄肉管状部品の旋削加工のために、本論文は機械的解析とシミュレーションの観点からツーリングの設計最適化を完成した。 工具摩耗試験と切りくず形状研究と組み合わせて、切削パラメータの合理的な組合せを得て、適切な検出方法をねじ山検出結果と組み合わせて選択した。

1、給餌方法の選択
Ti − 6Al − 4Vチタン合金部品を旋削するためには、工作物材料の良好な可塑性のために工具材料は十分な強度および靭性を必要とする。 ねじ切り工程は、ケナー社製のねじ切り機KC5025を使用し、その特性を表1に示す。


Ti-6Al-4Vチタン合金管状部品図
Ti-6Al-4Vチタン合金管状部品図
 
スレッドターニングはターニングの一種です。 ねじ切り工具が管状工作物と楔接触しているので、切削に関与する切削刃の長さは切削深さが増すにつれて著しく増大する。 主切れ刃と副切れ刃とが同時に切削に関与し、被削材の塑性が強いと摩擦係数が大きくなるため、チタン合金製管状おねじ加工の旋削状態は比較的悪い。 おねじ旋削加工では通常、次の3つの送りモードを使用します(図2)。

 
チタン合金おねじ旋削加工の一般的な送り方法
図2:チタン合金製オネジの一般的な送り方法


スパイラルターニングナイフKC5025の特徴

表1 スパイラルターニングナイフKC5025の特性



 
(1)ラジアル送り: 送り方が簡単で、V字状の切りくずが発生するため、制御が困難です。
(2)横送り: 一方的な刃先加工では、刃先が磨耗しやすくなり、ねじ山の輪郭が不正確になります。
(3)代替フィード:ねじ形状の両側に交互に送り込むことで、工具寿命を延ばすことができます。 大きなピッチのねじ切りに適しており、CNCマシンの特別なプログラミングが必要です。 大径ねじ加工の切削試験では、ラジアル送り方式が採用されている。
この方法は、ねじ切りに最も一般的に使用されている利点であり、ねじ切り刃の両側でオフセットされた軸方向切削力は、旋削中の軸方向切削力によって生じる偏差を部分的に克服し、ねじの輪郭誤差を減らすことができる。
欠点は次のとおりです。 旋削工具の両側の刃先が同時に切削に関与し、両側から排出される切り屑が一緒に絞られて切り屑の排出が困難であると同時に、旋削工具の力および熱が深刻であり、刃先が摩耗しやすい。ナイフの量が多いと、「ミシン目ナイフ」現象が発生しやすくなります。この現象は工具を損傷し、糸の品質に影響を与えます。

食べるナイフの量は徐々に減らし、荒削り、中仕上げ、仕上げは段階的に減らすべきです。 工具の消費量を段階的に減らし、荒加工、中仕上げ、仕上げ加工では段階的に削減する必要があります。 旋削工具は摩耗しやすいので、ねじ切り加工中にそれを測定する必要がある。

2、機械分析と金型デザイン

The thin-walled tubular thread turning has a large cutting force and a different component force in each direction. The cutting force on-line detection system can detect the component forces in the three directions of X, Y and Z during the machining process. The schematic diagram is shown in Figure 3. Combined with finite element simulation, the force deformation of the tubular part is analyzed, and the clamping condition of the workpiece is improved by the optimized design of the tooling.

2.旋削加工の1つの力学的解析
KC5025ねじ切り工具で切削する場合、切削深さは0.3 mmであり、複数回使用されます。 高速切削の場合、チタン合金ワークピースは切削熱によりさらに激しい酸化を受けることがあり、機械加工プロセスはより困難になるので、切削速度は60m /分未満である。 図4に示すように、Kistler 9257B三方動力計を用いて、切削深さ0.3m、切削速度20、30、40、50m /分の切削力成分を得た。


切削力図   切削力測定結果  
                                                           図4.切削力ダイアグラム                                                   図4.切削力測定結果


図4から分かるように、F2およびF3は毎分約30メートルの切断速度でピークに達し、F2は約50Nの低いレベルに留まる。 切削速度が30m / minのとき、F2は822N、F3は1213Nである。 ねじ切り中は、F2が重切削になります。
ワーク加工の径方向の内部支持が不十分であると言える。

2. 2 工具設計の最適化
機械的試験と加工変形解析を通して、結論は次のとおりです。管状工作物は大きな半径方向の変形を有し、内側支持体は加工中に強化される必要がある。 実際の旋削加工では、ねじの一端の直径の変形は約0.03mmであり、これはこの結論に対して一定の検証効果を有する。 最適化されたツールは図6に示されています。 取付板の開口部は円錐形であり、楔形リングと圧力板とは互いに作用して工作物と楔形リングとの間の接触をより良くする。 それは、ねじ切り工程中の工作物の半径方向の力が均一であること、および工作物が異なる周方向位置で楔形リングによって支持されることを確実にする。


元のツールにはウェッジリングとプレッシャープレートがありません。 取り付け部分は円筒形であり、クランププロセス中にワークピースと取り付けプレートとの間に一定の間隙があり、それは残留応力および変形を引き起こす。

図6の工具は、機械加工変形の問題をうまく解決し、加工ねじ山の一端の直径変形は0.01mmに減少する。



工具改良図
図6.ツール改善図

3、ねじ切り加工試験
3. 1工具摩耗試験

3つの異なる切断速度(15m /分、25m /分、35m /分)が選択された。 決定された半径方向の送りに従って完全なねじ山を切断し、工具の磨耗を走査型電子顕微鏡で観察した。 試験で得られた工具摩耗度と切削速度との関係を図7に示す。
異なる切削速度での工具摩耗
図7異なる切削速度での工具摩耗
 
試験結果から、同じ工具材料条件下で、切削速度が増加するにつれて工具摩耗が急速に増加することが分かる。 実際のねじ切り加工時の切削速度が35 m / minの場合、工具寿命はワークのねじ切り時間の約1倍です。 切削速度をわずかに遅くすると、工具寿命が向上し、ねじ面品質が向上します。 Ti-6Al-4Vチタン合金の旋削加工には、30 m / minの切削速度に適しています。

3. 2チップ形状の検討
Ti-6Al-4Vチタン合金(M320 mm×4 mm)のおねじ旋削試験。 ねじ切りは複数のカッターで行われます。 切断厚さは、0.75mm、0.30mm、0.20mm、0.15mm、0.10mm、0.075mmなどである。 図9は、さまざまなツールレベルでのチップの形状を示しています。
送り量が増加するにつれて、切削量は減少し、切り屑の変形量は最初に減少し、次に増加することが分かる。 また、チップが小さく変形すると、V字状チップの両側に大きな偏り変形が発生する。したがって、管状ワークピースのねじ切りの選択原則は次のとおりです。荒削り工具のサイズは> 0.30 mmで、仕上げ工具のサイズは<0.15 mmです。管状工作物のねじ切り旋削加工パラメータの組み合わせは、工具摩耗試験およびチップ形状によって次のように決定される。
仕上げ車の仕上げ速度は30m /分、切削工具は0.10mmです。これにより旋削加工の効率が向上し、ねじ加工の表面品質が向上します。 仕上げ旋削速度は30 m /分、切削厚さは0.10 mmです。これにより旋削効率が確保され、ねじ加工の表面品質が向上します。

4、スレッド検出方法
3本針測定のためには、台形ねじの両側の対応するらせん状の溝に同じ直径で適切なサイズの3本の測定ピンを入れる。 2本の針の頂点間の距離をマイクロメータを用いて測定した後、式(2)によりねじ径値d2を変換する。 針の直径は大きすぎてはいけません。 測定針の断面が台形ねじ山の側面に接するようにしてください。 測定針の直径が小さすぎると、測定針は肺胞に沈みます。

ねじ形状角が60°の台形ねじの場合、ニードル直径d0の最適値はd0 = 0.577、P = 2. 308 mmです。
管状ワークピースの雄ねじが完了した後。 直径を測定するために、3本針プラス外径マイクロメーターおよび糸径マイクロメーターが使用される。 高精度三次元測定機でテストを繰り返してください。 4組の測定結果を表2に示す。

スレッドチェックの実験は次のことを示しています。3本針+外径マイクロメータで測定したメジアン径の誤差は小さく、糸径マイクロメータで直接測定した中径寸法の誤差は0.01mmと大きい。従って、三本針と外径マイクロメーターで測定する方法がより合理的である。

5.まとめ
Ti ‐ 6Al ‐ 4Vチタン合金の大径糸加工技術に関する研究を通して、以下の結論を引き出した。
(1)同じ硬度と靭性を有する被覆ヘリカル切削工具KC5025を使用し、工具をラジアル送りで送り込む。
(2)切削力検出と有限要素シミュレーション解析法を使用して、工具設計を最適化し、ねじ切り加工中の直径変形を0.03 mmから0.01 mmに減少させます。
(3)ねじ切りの切削速度は30m /分、荒削り量は> 0.30mm、仕上げ量は<0.15mmである。
(4)糸検出方法では、直径3μmの直接使用精度よりも3本針測定の精度が高い。
PREV:チタン合金部品の加工技術
NEXT:チタン合金TC4部品のカスタムメカニカルミリング

RELATED POSTS




Skype

WhatsApp

WangWang

QQ
envoyez - moi

Mail to us