Die Verarbeitungsschwierigkeiten von Strukturteilen aus Titanlegierungen und die Faktoren, die die Verarbeitungsverformung schwach starrer Strukturen beeinflussen, sowie die Kontrollmethoden zur Verarbeitung der Verformung schwach starrer Strukturteile werden unter verschiedenen Aspekten vorgeschlagen, wie z. B. der Auswahl von Werkzeugmaschinen und der Auswahl des Schneidens Werkzeuge und effektive Kühlung. Titanlegierungsmaterialien weisen hervorragende Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Festigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit auf. Durch die Verwendung der Titanlegierung TC18 anstelle von hochfestem Baustahl als Fahrwerk kann beispielsweise das Gewicht der Flugzeugstruktur um etwa 15 % reduziert werden. Daher wird die neue hochfeste Titanlegierung häufig in den Hauptlagerteilen ausländischer moderner Flugzeuge verwendet. Beispielsweise macht Titanlegierung in den Rumpfstrukturmaterialien der US-amerikanischen B-1-Bomber etwa 21 % aus; Der Titangehalt russischer Il-76-Flugzeuge hat 12,5 % des Gewichts der Rumpfstruktur erreicht. Aufgrund des Entwicklungstrends hat die Verwendung von Titanlegierungen in Europa und den Vereinigten Staaten allmählich zugenommen, was auch darauf hindeutet, dass die umfassende Verwendung von Titanlegierungen, insbesondere einigen neuen Titanlegierungen, zur Entwicklungsrichtung des Luft- und Raumfahrtdesigns geworden ist. Bei den meisten Luft- und Raumfahrtprodukten werden jedoch dünnwandige Teile mit relativ komplexen Strukturen und hohen Präzisionsanforderungen verwendet. Aufgrund der dünnen Wand, die zu einer schlechten Steifigkeit des Teils führt, kann es bei der Bearbeitung unter der Einwirkung der Schnittkraft leicht zu Biegeverformungen kommen, und die Wandstärkenabmessungen sind inkonsistent, was zu extrem schlechten Ergebnissen führt. Derzeit ist die von Unternehmen übliche Methode das wiederholte Schlichtfräsen. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit der Titanlegierung, des geringen Elastizitätsmoduls (etwa die Hälfte von Stahl), der hohen chemischen Aktivität und des geringen Spielraums kann nicht gefräst werden, was häufig zu einem geringeren Schnittphänomen führt. Um sicherzustellen, dass die Größe der Teile nur manuell poliert werden kann, wird der Bearbeitungszyklus der Teile erheblich verbessert und die Oberfläche der Teile kann überhitzt werden.
Bearbeitungslösungen für Strukturteile aus Titanlegierungen
Die Hauptfaktoren, die die Verarbeitung von Titanlegierungen mit schwacher starrer Struktur beeinflussen, sind: Werkzeugmaschinenauswahl, Prozessparameter, effektive Kühlung usw. Im Verarbeitungsprozess sind die Rolle verschiedener Faktoren, das Zusammenspiel der Einflüsse und die Anhäufung von Verformungsfehlern, die dazu führen, dass die Verarbeitung der schwachen starren Struktur superarm ist, und die Verarbeitungsverformung schwer zu kontrollieren.
Auswahl an Werkzeugmaschinen
Die Steifigkeit von Werkzeugmaschine – Vorrichtung – Werkzeug ist besser, der Abstand zwischen den Werkzeugmaschinenkomponenten sollte angepasst werden, der Rundlauf der Spindel sollte klein sein.
Werkzeugauswahl
Die Entwicklung und Anwendung neuer Schneidstoffmaterialien ist vor allem das Ergebnis einer verbesserten Schneidproduktivität. Schneidwerkzeuge haben sich in den letzten Jahrzehnten erheblich weiterentwickelt und umfassen Hartmetallbeschichtungen, Keramik, kubisches Bornitrid und polykristallinen Diamanten. Diese eignen sich für die Bearbeitung von Gusseisen, Stahl und Hochtemperaturlegierungen. Keines dieser Werkzeuge hat jedoch die Bearbeitbarkeit von Titanlegierungen verbessert, da die zum Schneiden von Titanlegierungen verwendeten Schneidwerkzeugmaterialien sehr wichtige Eigenschaften erfordern, darunter:
(1) Gute thermische Härte, um sehr hohen Belastungen standzuhalten;
2) Gute Wärmeleitfähigkeit zur Reduzierung von Temperaturgradienten und Thermoschocks;
3) gute chemische Inertheit, um die Tendenz zur chemischen Reaktion mit Titan zu verringern;
4) gute Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit zur Anpassung an Spanspaltprozesse. Werkzeuge aus Hartmetall auf der Basis von Wolframcarbid (WC/Co) gelten als für fast alle Titanschneidprozesse geeignet. Einige Tests haben gezeigt, dass alle hartmetallbeschichteten Werkzeuge eine höhere Verschleißrate aufweisen als diejenigen, die nicht beschichtet sind. Obwohl sich die Qualität von Keramikwerkzeugen verbessert hat und sie zunehmend für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien, insbesondere von Hochtemperaturlegierungen (z. B. Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis), eingesetzt werden, haben sie Hartmetall und Hochgeschwindigkeitswerkzeuge nicht ersetzt Stahl wegen ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit, geringen Bruchzähigkeit und Reaktion mit Titan. Beim Schneiden von Titanlegierungen weisen Hartmetall-Schneidwerkstoffe (kubisches Bornitrid und polykristalliner Diamant) geringe Verschleißraten und eine gute Leistung auf.
Die Verformung dünner Wandfräsen ist das Hauptproblem beim Fräsprozess von schwach steifen Strukturteilen aus Titanlegierungen. Aufgrund des geringen Elastizitätsmoduls der Titanlegierung ist die Schnittkraft relativ groß, die dünne Wand lässt sich beim Fräsen leicht verformen, was dazu führt, dass die tatsächliche Dicke der dünnen Wand größer ist als die theoretische Dicke. Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, den Fräsvorgang der dünnen Wand durch die senkrechte Richtung der Bearbeitungsfläche zu minimieren, die durch die Verformung der dünnen Wandkraft verursacht wird.
