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チタン合金TC4部品のカスタムメカニカルミリング

キーワード:機械加工、TC4チタン部品、TC4チタン物性、TC4チタン部品加工設計、カスタムチタン部品

チタンTC4のフライス加工

まず、処理特性:
TC4は以下の特別な物理化学的性質を持っています。
1. TC4は熱伝導率が低く、加工中のワークとツールの温度が高くなります。
2. TC4は弾性率が低いため、負荷変形後の反発力が大きくなり、ワークの加工誤差が大きくなり、切削工具のトルクが大きくなり、刃先が急激に磨耗し、耐久性が低下します。
図3に示すように、TC4は、硬度が低く、化学的活性が高いため、高温でのTC4およびカッターの溶解および拡散をもたらし、固着、燃焼および切断をもたらす。


上記の分析に基づいて、TC4の処理技術は以下の原則を含むべきです。
TC4は熱伝導率が低く、塑性が低く、加工硬化性が高いためです。 機械加工プロセス中、切削力が大きく、切削温度が高いため、工具が摩耗しやすくなり、寿命が短くなります。 したがって、工具は、優れた耐摩耗性、高い熱硬度および十分な靭性を有する材料から選択されるべきである。 荒加工にはYG8、YG8W、YG10H、仕上げにはYG8WまたはYP15(YGRM)を使用します。
2.工作機械 - 固定具を含む切削条件を最適化します - 工具システムは硬いです。
3.適切な量のカットを選びます。 通常の条件下では、切削速度は遅く、切削深さは大きくなければならず、切削加工中に切削を停止することはできません。
4.チップ制御を改善し、信頼性のあるチップ破損対策を確実にします。


フライス工具設計チタン部品

第二に、実験計画
上記の要因を考慮して、プロセスは単一因子試験と多因子直交試験を研究し、TC4の切削過程を研究し、そして処理した試料の表面完全性を分析した。
評価指標には、主に表面粗さ、加工硬度、残留応力、および微細構造が含まれます。
(1)単因子検定:
実際の生産における切削パラメータの範囲を参照して、この実験における各要素の水平方向の変動の範囲は以下のように設定されます。
(1)ミリングスピードグレードを40、80、100、120、140m / minに変更し、送り速度を50mm / min、アキシャルミリング深さを1.5mm、ラジアルミリング深さを28mmとする。
(2)各歯送りの正の水平方向の変化は0.05、0.07、0.09、0.11、0.13mm、ミリング速度は40mm /分、アキシャルミリング深さは0.9mm、ラジアルミリング深さは8mmである。

(3)アキシャルミーリング深さは、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.5 mmとなります。 40 mm / minのミリング速度、40.7 mm / minの送り速度、8 mmのラジアルミリング深さを維持します。
(4)ラジアルミリング深さを4、6、8、10、12、5、14、16 mmに変更します。 ミリング速度はk = 40mm /分、送り速度は40.7mm /分、軸方向ミリング深さは1mmである。
上記の試験を通して、粉砕力、粉砕温度、表面品質などの物理量に対する粉砕パラメータの影響を理解することができます。

(B)、多因子直交テスト。
このプロセス研究では、直交設計L16を使用してTC4のミリングプロセスを研究しました。 具体的なパラメータは次のとおりです。
ミリングパラメータと水平コーディングは次のとおりです。


  フライス深さ
(mm)
ミリングスピード
(m/min)
1歯あたりの送り
(mm)
ミーリング幅
(mm)
上レベル(3) 1.4 120 0.14 14
下位レベル(1) 1 100 0.1 11
次のレベル(-1) 0.6 80 0.06 18
下位レベル(3) 0.2 60 0.02 5

直交テストテーブル
  フライス深さ
(mm)
ミリングスピード
(m/min)
1歯あたりの送り
(mm)
ミーリング幅
(mm)
1 1.4 100 0.06 11
2 1.4 80 0.14 5
3 1.4 120 0.02 8
4 1.4 60 0.1 14
5 1 60 0.06 8
6 1 120 0.14 14
7 1 80 0.02 11
8 1 100 0.1 5
9 0.6 60 0.14 11
10 0.6 120 0.06 5
11 0.6 80 0.1 8
12 0.6 100 0.02 14
13 0.2 100 0.14 8
14 0.2 80 0.06 14
15 0.2 120 0.1 11
16 0.2 60 0.02 5

上記直交試験により、機械加工面の健全性に対する各加工パラメータの影響度を把握することができ、最良の加工技術を得ることができる。

白色光干渉計がTC4チタン部品を検出
第三に、分析と評価:
表面粗さは、機械加工された表面上の白色光干渉計によって測定される。 各試験は、ミリング方向に5つの位置を取ることによって行われる。
硬化の増加は、切断プロセス中の加工物の機械加工表面上の熱的に結合された不均一な応力場の組み合わせの結果であり、それは切断条件および加工物の機械的性質に関連する。 この研究では、加工硬化および硬化則に及ぼすミリングファクタの影響を、TC4ミリング後の表面層の硬度を測定することによって調べた。 加工面の硬さはビッカース微小硬さ試験機で測定し、加工硬化度は表面硬さと未加工面の硬さを比較することにより求めた。 ミリング方向につき5つのサンプルを測定に使用した。

TC4材料は応力状態、特に機械加工表面上の残留応力に非常に敏感であり、その分布は部品の適切な使用にとって重要である。

機械加工面の残留応力は、残留引張応力と残留圧縮応力との間に差がある。 残留引張応力は部品の疲労強度と寿命を低下させ、残留圧縮応力は部品の疲労強度と寿命を向上させることがあります。 機械加工された表面の各部分上の残留応力の不均一な分布もまた、工作物を変形させ、工作物の形状および寸法精度に影響を及ぼす。 したがって、高速ミリング中の表面残留応力とそのTC4TC4材料の分布を調べるためにX線法が使用されました。 微細構造はワイヤカット法により切断され、垂直送り方向の断面が観察面となる。 研磨後、適切なエッチング液を表面エッチング用に選択し、SEMで観察した。


フライス部品の表面の残留応力を測定するためのX線法
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