Die Schneidtechnologie für Ti-6AL-7Nb-Titanlegierungsmaterialien ist der Fokus der Branche auf Schlüsseltechnologien und verkörpert vollständig die Konnotation von „Wissenschaft und Technologie sind die erste Produktivkraft“. In diesem Artikel werden die Schneideigenschaften von Titanlegierungen, Schneidwerkzeugmaterialien, die Werkzeugstruktur, die Erfassung effizienter Schneidparameter von Titanlegierungen und die ergriffenen Prozessgegenmaßnahmen zur Verbesserung der Werkzeughaltbarkeit und Verarbeitungseffizienz durch die Schneidpraxis der gesamten Messerscheibe und des Kompressormagazins zusammengefasst von Titanlegierungsmaterialien, in der Hoffnung, in einigen Referenzen eine Rolle zu spielen.
Um die Zuverlässigkeit und den Schub des Motors zu verbessern, verwendet der fortschrittliche Hochleistungsmotor eine Vielzahl neuer Materialien, seine Struktur wird immer komplexer und die Anforderungen an die Bearbeitungspräzision werden immer höher, was die Zukunft vorantreibt höhere Anforderungen an den Herstellungsprozess. In der neuen Generation der Leistungssteigerung von Flugtriebwerken beträgt der Beitragssatz von Fertigungstechnologie und Materialien 50 % bis 70 %; Bei der Gewichtsreduzierung des Motors beträgt der Anteil der Fertigungstechnologie und der Materialien einen Beitrag von 70 % bis 80 %, was auch voll und ganz zeigt, dass fortschrittliche Materialien und Technologien im Flugzeugtriebwerk den Schlüssel zur Gewichtsreduzierung, Effizienz und Leistungsverbesserung darstellen.
Titanlegierungsmaterialien werden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften wie hoher spezifischer Festigkeit, geringer Dichte, Korrosionsbeständigkeit, hoher Temperaturbeständigkeit und guter Schweißbarkeit immer häufiger in der Luftfahrt eingesetzt. Aufgrund der oben genannten Vorteile ist Titanlegierungsmaterial für einige Teile zum bevorzugten Material geworden.
Schneideigenschaften von Titanlegierungsmaterialien:
Einige der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Titanlegierungen erschweren das Schneiden und Bearbeiten. Der Verformungskoeffizient beim Schneiden von Titanlegierungen ist klein, wodurch der Span an der Vorderseite des Gleitreibungsabstands zunimmt und der Werkzeugverschleiß beschleunigt wird. Die Wärmeleitfähigkeit der Titanlegierung ist gering, die beim Schneiden erzeugte Wärme ist nicht leicht zu übertragen und konzentriert sich auf einen kleinen Bereich in der Nähe der Schneidkante. Der Elastizitätsmodul der Titanlegierung ist gering. Bei der Verarbeitung mit Radialkräften kann es leicht zu Biegeverformungen kommen, die Vibrationen verursachen, den Werkzeugverschleiß erhöhen und die Genauigkeit der Teile beeinträchtigen. Aufgrund der starken chemischen Affinität der Titanlegierung zum Werkzeugmaterial ist die Schnitttemperatur hoch und die Schnittkraft pro Flächeneinheit groß. Unter diesen Bedingungen ist das Werkzeug anfällig für Bindungsverschleiß.
Sinnvolle Auswahl an Werkzeugmaterialien:
Das Werkzeugmaterial ist einer der wichtigen Faktoren, die den Schneidprozess beeinflussen. Daher ist die rationelle Wahl des Werkzeugmaterials eine wirksame Möglichkeit, das Problem des Schneidens schwer zu bearbeitender Materialien zu lösen. Schneidwerkzeug aus Titanlegierungsmaterial mit Hartmetallwerkzeugen, beschichteten Werkzeugen, Werkzeugen aus kubischem Bornitrid (CBN), Diamantwerkzeugen und Hochleistungs-Schnellarbeitsstahlwerkzeugen und so weiter. Unterschiedliche Materialien des Messers haben eine spezifische Anpassung an den Verarbeitungsbereich, auch seine Lebensdauer weist Unterschiede auf. Die Eigenschaften des verarbeiteten Materials sind häufig die Grundlage für die Auswahl des Werkzeugmaterials, während die Schneidleistung des Werkzeugmaterials und des Werkstückmaterials angemessen aufeinander abgestimmt sein sollten. Die Leistung des Werkzeugmaterials auf die Qualität der Bearbeitungsoberfläche, die Bearbeitungseffizienz und die Werkzeugstandzeit hat einen wichtigen Einfluss. Wenn die Struktur des bearbeiteten Teils speziell ist, eine geringe Steifigkeit aufweist und die Steifigkeit nicht erhöht werden kann, treten Schnittvibrationen auf. Zu diesem Zeitpunkt muss bei der Auswahl der Werkzeuge berücksichtigt werden, dass das Werkzeugmaterial eine gewisse Zähigkeit aufweist, um das Phänomen des Werkzeugabplatzens zu vermeiden, was zu einem zu schnellen Werkzeugausschuss führt.
Optimierung der Werkzeugstruktur:
Die Schneidleistung des Werkzeugs hängt nicht nur vom Werkzeugmaterial ab, sondern hängt auch von der Struktur und Geometrie des Werkzeugs ab. Bei der Zerspanung schwer zerspanbarer Materialien trägt die entsprechende Werkzeuggeometrie dazu bei, die Schneidleistung des Werkzeugs voll zur Geltung zu bringen und die Schneideffizienz zu verbessern. Die wichtigsten geometrischen Parameter des Werkzeugs sind der vordere Winkel, der hintere Winkel, der Hauptabweichungswinkel, der Schraubstockabweichungswinkel, der Neigungswinkel und der Radius der Spitze der abgerundeten Ecke usw. Je größer der vordere Winkel des Werkzeugs ist, desto schärfer ist das Werkzeug und desto geringer ist die Schnittkraft, die zum Schlichten geeignet ist. Bei der Titanlegierung wurde der Rückprall des Oberflächenmaterials bearbeitet. Die Verwendung eines großen Rückenwinkels kann das durch Reibung und Bindungsphänomene verursachte Werkstück auf der Rückseite der Oberfläche reduzieren und den Verschleiß der Rückseite der Oberfläche verringern. Beim Schruppen ist es sinnvoll, einen kleinen Rückenwinkel zu verwenden, um die Festigkeit des Werkzeugs zu erhöhen. Beim Schneiden von Titanlegierungen mit hoher Schnitttemperatur und großer Tendenz zur elastischen Verformung sollte unter der Bedingung, dass die Steifigkeit des Prozesssystems zulässig ist, der Hauptablenkwinkel so weit wie möglich reduziert werden, um die Wärmeableitungsfläche des Schneidteils zu vergrößern Reduzieren Sie die Belastung pro Längeneinheit der Schneide. Durch die Reduzierung des sekundären Ablenkwinkels kann die Spitze des Werkzeugs gestärkt werden, was die Wärmeableitung begünstigt und den Rauheitswert der Bearbeitungsoberfläche verringert. Da der Rohling eine harte Haut aufweist und die Oberflächenorganisation nicht gleichmäßig ist, bricht die Schneidkante beim Grobdrehen leicht zusammen. Um die Festigkeit und Schärfe der Schneidkante zu erhöhen, sollte die Gleitgeschwindigkeit des Schneidvorgangs erhöht und der entsprechende Neigungswinkel der Kante gewählt werden .
Inländische Wissenschaftler haben durch die numerische Simulationsforschung der Hochgeschwindigkeitsfräsverarbeitung den Hochgeschwindigkeitsfräsprozess vereinfacht und das Fasenschneidgeometriemodell und das Finite-Elemente-Modell erstellt. Diese Modelle sagen die Schnittkraft unter verschiedenen Kombinationen von Werkzeuggeometrieparametern im Hochgeschwindigkeitsschneidprozess voraus und bilden eine Grundlage für die Werkzeugauswahl beim Hochgeschwindigkeits-CNC-Fräsen. Bei der Bearbeitung komplexer Strukturteile mit tiefen Hohlräumen hat in den letzten Jahren auch die Gesamtgeometrie des Werkzeughalters die Aufmerksamkeit von Ingenieuren und Technikern auf sich gezogen. Beispielsweise ist es beim Feinfräsen des Naben- und Blattprofils der Integralblattscheibe erforderlich, einen Integralhartmetall-Kugelfräser mit geradem Schaft zu verwenden. Wenn die Teilung zwischen den beiden Messern zu eng ist oder der Messerfuß und die Nabenübertragung R klein sind, verringert sich der Werkzeugdurchmesser. Um die Steifigkeit des Werkzeugs zu erhöhen und die Bearbeitungseffizienz zu verbessern, wird häufig ein Kugelwerkzeug mit konischem Schaft verwendet. Insbesondere bei der Verwendung von Werkzeugbedingungen mit großem Aspektverhältnis und einem Kugelfräser mit geradem Schaft im Vergleich zu einem Kugelfräser mit konischem Schaft, so dass die Steifigkeit des Werkzeugsystems zur Verbesserung des Werkzeugs dazu führen kann, dass das Werkzeug den Vorschub pro Zahn erhöht, ist die Verarbeitung einfacher Nicht leicht zu brechen, die Wirkung ist weitaus besser als beim Kugelfräser mit geradem Schaft.
Prozessgegenmaßnahmen zur Verbesserung der Werkzeughaltbarkeit und Bearbeitungseffizienz:
Beim Schneiden von Titanlegierungen ist die Schnitttemperatur im Bereich nahe der Schneidkante hoch, was hauptsächlich auf den thermischen Hochtemperatureffekt zurückzuführen ist, der den Werkzeugverschleiß verstärkt. Bei Hartmetallwerkzeugen handelt es sich bei dem Verschleiß hauptsächlich um adhäsiven Verschleiß, der durch die Verbindungstemperatur verursacht wird. Wenn der Werkzeugdurchmesser dies zulässt, können Sie versuchen, die interne Kühlfunktion des Werkzeugs zu verwenden. Dieser Werkzeugspray-Kühlmittelwinkel konzentriert sich nur auf die Spitze des Bereichs, kann die Temperatur des Schneidbereichs effektiv senken und die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern , verbessern die Haltbarkeit des Werkzeugs. Normalerweise ist der Durchmesser des Innenkühlungswerkzeugs größer. Bei kleinen Krümmungsradien der Oberfläche oder des Bereichs können Sie zum Schruppen vorab ein Werkzeug mit großem Durchmesser und Innenkühlung verwenden, um die Bearbeitungseffizienz zu verbessern. Beim Fräsen handelt es sich um einen diskontinuierlichen Schneidprozess. Bearbeitungswerkzeuge müssen intermittierenden Stoßbelastungen standhalten. Beim Fräsen ist die Steifigkeit des Prozessausrüstungssystems schlecht, die Schnittkraft, die Spannkraft, die Schnittvibration und andere Faktoren erhöhen den Werkzeugverschleiß und die Haltbarkeit verringert sich erheblich . Derselbe Schneidtest richtet sich nach dem Grad des Werkzeugverschleißes und der Bearbeitungszeit, lässt jedoch in der Regel einen gewissen Spielraum. Bei der konventionellen Bearbeitung können Werkzeugmaschinenbediener anhand von Vibrationsänderungen der Maschine, einem plötzlich erhöhten Schneidgeräusch und der Anzeigetabelle der Spindelleistung die Situation des Werkzeugverschleißes ermitteln. Wenn der Einsatz der Technologie zur automatischen Werkzeugbruchüberwachung in der Bearbeitung den Zustand des Werkzeugverschleißes jederzeit dynamisch und genau analysieren und überwachen kann, kann die Werkzeuglebensdauer sicher und moderat verlängert werden.
Effiziente Erfassung der Schnittparameter für Titanlegierungen:
Unternehmen haben die Nachfrage nach Optimierung und Überprüfung von Werkzeugbahnen in der aktuellen Produktherstellung erfüllt, das Problem der Erfassungsmethoden für optimierte Schnittparameter jedoch noch nicht vollständig gelöst. In den letzten Jahren forschen Unternehmen aktiv an hocheffizienter Schneidtechnologie für Titanlegierungen. Es wird berichtet, dass die Schnittgeschwindigkeit großer Integralblattscheiben aus Titanlegierung in westlichen Ländern 300 mm/min oder mehr erreichen kann. Unternehmen, die Flugzeugtriebwerke herstellen, verfügen über fortschrittliche importierte Werkzeugmaschinen und ausländische Unternehmen sind vergleichbar. Ein erheblicher Teil der verwendeten Schneidwerkzeuge sind ebenfalls importierte Werkzeuge. Man kann sagen, dass die Hardware die gleiche Stärke aufweist, aber die Lücke zwischen der Verarbeitungseffizienz besteht und das Ausland ist nicht klein, insbesondere Titanlegierungen und andere schwer zu bearbeitende Materialien, die Bearbeitungseffizienz muss dringend verbessert werden, analysiert das Vorhandensein einiger der folgenden Gründe:
(1) Der gezielte grundlegende Schnitttest reicht nicht aus und es ist schwierig, höhere Schnittgeschwindigkeitsparameter zu erhalten, um die Prozessentscheidung zu unterstützen.
(2) Unternehmen haben nur begrenzten Zugriff auf Schnittparameterkanäle, in der Regel auf die im Handbuch des Werkzeuglieferanten empfohlenen Daten. Obwohl es sich bei diesem Parameter um systematischere Schneidtestdaten von ausländischen Lieferanten handelt, sind die Testbedingungen und die Umgebung sowie die Verarbeitungsteile des Unternehmens unterschiedlich. Daher ist es schwierig, die manuellen Daten vollständig zu kopieren.
(3) Hocheffiziente Schnittparameterprüfung und Erfassung eines längeren Zeitraums. Aufgrund der Tatsache, dass das Unternehmen Werkzeugmaschinen als Hauptbestandteil der Massenproduktion von Produkten verwendet, ist es schwierig, spezielle Ausrüstung für die Durchführung spezieller Tests zu entbehren. Tests zur Schnittdatenoptimierung werden häufig mit der Verarbeitung realer Teile synchronisiert, wodurch ein größeres Risiko besteht. Insbesondere im Endbearbeitungsprozess weist die Oberfläche des Teils nach dem Schneiden keinen Spielraum auf, der im Falle einer unsachgemäßen Verwendung der Schneidparameter berücksichtigt werden muss, was zu gebrochenen Messern, Absplitterungen oder anderen sehr leicht zu Problemen mit der Oberflächenqualität führen kann. Daher muss die Auswahl effizienter Schneidparameter-Testdaten schrittweise verbessert werden. Mit Vorsicht und Umsicht ist eine schnelle Verbesserung in relativ kurzer Zeit nicht möglich. Oftmals sind mehrere Chargen erforderlich, die Verarbeitung mehrerer Teile ist verifiziert und es dauert sogar mehrere Jahre, von der Verifizierungsmaschine bis zum Prototyp, und selbst das Produkt befindet sich in der Finalisierungsphase noch im Prozess der Verbesserung der Verarbeitungseffizienz der Lean-Verbesserung.
(4) Die ingenieurwissenschaftliche Förderung und Nutzung der Forschungsergebnisse von Forschungsinstituten reicht nicht aus. Tatsächlich legen Forschungsinstitute großen Wert auf die effiziente Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien und haben zahlreiche Tests durchgeführt und einige Erfolge erzielt. Der Schneidtest basiert jedoch nicht vollständig auf der realen Bearbeitungsumgebung der Motorteile, einschließlich der von den Testteilen ausgewählten Prozesseigenschaften von Daten wie: der tatsächlichen Größe der Teile, der strukturellen Form, der Teilesteifigkeit, dem Spannmodus, der Werkzeugverlängerung, usw. Daher ist es ein allgemeiner Test, aber kein allgemeiner Test. Daher handelt es sich eher um einen allgemeinen Test als um einen typischen Funktionstest, sodass die Schnittparameter in praktischen Anwendungen Einschränkungen unterliegen. Als geschäftliche Seite besteht die dringende Notwendigkeit, die technische Unterstützung von Forschungsinstituten und eine gemeinsame Zusammenarbeit zu erhalten, um das Tempo der technologischen Innovation zu beschleunigen und die Produktionskapazität der Unternehmen zu verbessern. Die meisten der ausländischen effizienten (Hochgeschwindigkeits-)Schneidparameter stammen aus dem im Unternehmen eingerichteten Schneidlabor, entsprechend den Testergebnissen, um den Produktionsstandort zu leiten, in der Regel unterscheiden sich die wissenschaftlichen Forschungskapazitäten des Schneidlabors von Großunternehmen und der Universitäten nicht. Dieses Forschungssystem hat ein starkes Ziel, schnelle Ergebnisse und eine einfache Förderung der Vorteile eines umfassenden.
Mit der rasanten Entwicklung der digitalen Fertigungstechnologie wird die Finite-Elemente-Simulation des Metallschneidprozesses als neue Technologie des Fertigungsprozesses schrittweise in den Bereich der maschinellen Bearbeitung integriert und soll die Zukunft eines effizienten Schneidprozesses fördern Entwicklung. Die Schnittsimulation kann nicht nur die Schnittkraft vorhersagen und die Verteilung von Zustandsvariablen wie Dehnung, Dehnungsrate, Spannung und Temperatur während des Schneidprozesses analysieren, sondern auch Werkzeugverschleiß und Werkstückeigenspannung vorhersagen und die Schnittparameter weiter optimieren. Die Einführung der Finite-Elemente-Methode hat die Forschungsmöglichkeiten für den Schneidmechanismus von Titanlegierungen bereichert. Forscher haben die Simulationsvorhersage des Werkzeugverschleißes bei der Bearbeitung von Titanlegierungen untersucht und unter umfassender Berücksichtigung mehrerer Werkzeugverschleißfaktoren ein Simulationsmodell erstellt, das die Simulationsvorhersage des Werkzeugverschleißes bis zu einem gewissen Grad realisieren kann. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der numerischen Berechnungstheorie und der Softwaretools wird die Simulation und Vorhersage von Schneidprozessen sicherlich eine wichtige Rolle in der Forschung zur Theorie und Technologie der Schneidverarbeitung spielen.
