Oberflächenqualitätskontrolle und Verarbeitungsmethoden für die Bearbeitung von Titanlegierungen

Titanlegierungenstellen große Herausforderungen bei Schneid- und Schleifprozessen dar. Während der Bearbeitung können häufig Fehler auftreten, darunter Rückfederung bei hohen Temperaturen, starker Werkzeugverschleiß, Oberflächenkratzer, Mikrorisse und Restzugspannungen, die die Maßhaltigkeit und die Betriebsleistung der Komponenten erheblich beeinträchtigen.

 

 

1. Schnittparameter

Eine zu hohe Drehzahl führt zu einem schnellen Temperaturanstieg, erhöhtem Werkzeugverschleiß und erhöhter Eigenzugspannung; Eine zu niedrige Rotationsgeschwindigkeit begünstigt die Bildung von Aufbaukanten und eine ungleichmäßige Oberflächentopographie. Für die Endbearbeitung wird eine lineare Schnittgeschwindigkeit von 30 bis 35 m/min empfohlen. Größere Vorschubgeschwindigkeiten führen zu einer schlechteren Oberflächenrauheit; Eine übermäßige radiale Schnitttiefe verstärkt die Schnittkräfte und verursacht Vibrationen bei der Bearbeitung.

 

2. Werkzeugzustand

Werkzeuge aus Hartmetall zeichnen sich durch eine breite Anwendbarkeit aus, während diamantbeschichtete Werkzeuge für die hochpräzise Endbearbeitung eingesetzt werden. Werkzeuge zum Schneiden von Titanlegierungen müssen eine hohe thermische Beständigkeit und Antihafteigenschaften aufweisen. Durch Kantenpassivierung und kleine Freiwinkel wird das Werkstück gequetscht, was zu Kratzern und verhärteten Oberflächenschichten führt. Beim Schneiden von Titanlegierungen verschleißen die Werkzeuge schnell und die Oberflächenqualität verschlechtert sich im Spätstadium des Werkzeugverschleißes stark, sodass ein regelmäßiger Werkzeugwechsel erforderlich ist.

 

3. Kühlung, Schmierung und Bearbeitungsumgebung

Herkömmliche Kühlsysteme weisen eine schwache Wärmeableitungs- und Spanabfuhrkapazität auf, während die Hochdruckkühlung die Schnitttemperatur schnell senken, Späne wegspülen und die Bildung von Aufbaukanten unterdrücken kann. Ein falscher Kühldruck, ein falscher Schneidflüssigkeitstyp oder ein falscher Sprühwinkel führen zu Werkzeuganhaftungen und thermischen Schäden an der Werkstückoberfläche. Eine geringe Spindelpräzision, eine unzureichende Steifigkeit der Vorrichtung und externe Vibrationen beeinträchtigen ebenfalls die Maßhaltigkeit der Oberfläche.

 

4. Bearbeitungsprozessschema

Eine undefinierte Trennung von Schrupp- und Schlichtbearbeitung sowie eine ungleichmäßige Aufmaßverteilung führen leicht zu Vibrationen und Verformungen des Werkstücks. Mehrere Spannvorgänge führen zu Positionierungsfehlern und Werkzeugverbindungsspuren. Unangemessene Werkzeugwege führen zu wiederholtem Schneiden und Vibrationen während der Leerlaufbewegung des Werkzeugs, wodurch die Werkstückoberfläche beschädigt wird.

 

 

1. Optimiertes traditionelles Präzisionsschneiden

Drehen und Fräsen sind grundlegende Bearbeitungsverfahren für Titanlegierungen, deren Parameter durch orthogonale Experimente optimiert werden können. Für die Endbearbeitung von Gr5-Titanlegierungsprodukten werden niedrige Drehzahl und kleine Vorschubgeschwindigkeit verwendet: Lineargeschwindigkeit von 30–35 m/min und Vorschubgeschwindigkeit von 0,1 mm/U. Nach der Parameteroptimierung wird die Oberflächenrauheit von Ra1,6 auf Ra0,6 reduziert, wobei die Koaxialität innerhalb von 0,05 mm kontrolliert wird.

 

2. Zusammengesetzter Prozess aus Präzisionsschleifen und Rollieren zur Verstärkung

Bei ultra-hochpräzisen-Teilen wird zunächst Diamantschleifen durchgeführt, um Werkzeugspuren zu beseitigen, gefolgt von Rollieren, um die Oberflächenschicht zu stärken. Nach der Parameteroptimierung steigt die Werkstückhärte von 338 HV auf 461 HV, Zugeigenspannungen werden eliminiert und Druckeigenspannungen werden eingeführt, was die Ermüdungsleistung deutlich verbessert.

 

3. Ultraschallvibrations-Unterstützte Bearbeitung

Es umfasst paralleles Ultraschallschneiden und longitudinales -Torsionales Ultraschallfräsen von Verbundwerkstoffen. Hochfrequente Vibrationen ermöglichen intermittierendes Schneiden, wodurch die Schnittkräfte reduziert, die Schnitttemperatur gesenkt und Materialanhaftungen an Werkzeugen verhindert werden. Im Vergleich zum konventionellen Fräsen reduziert das Längs-{4}}Torsional-Ultraschallfräsen die Oberflächenrauheit um 11,08 %, erzeugt keine Mikrorisse auf der Oberfläche und sorgt für eine reibungslose Spanabfuhr, wodurch es für Präzisionskomponenten in der Luft- und Raumfahrt geeignet ist.

 

4. Spezielle Bearbeitungsprozesse für Verbundwerkstoffe

Konventionelle Bearbeitung führt leicht zu Verformungen und schlechter Präzision bei schlanken Wellen, komplexen Hohlräumen und hochpräzisen Löchern. Das Kurzlichtbogendrehen erweicht Materialien durch Lichtbögen, um den Schnittwiderstand zu verringern und die Probleme starker Verformung und geringer Bearbeitungseffizienz schlanker Wellen zu lösen. Das ultraschallunterstützte Plasmaoxidationsschleifen erweicht die Oberflächenschicht vor dem Präzisionsschleifen und sorgt so für ein Gleichgewicht zwischen hoher Bearbeitungseffizienz und geringer Oberflächenbeschädigung.

 

 

1. Vor-Prozessplanung und Parametersteuerung

Vor der Bearbeitung werden Bearbeitungszugaben je nach Materialqualität und Präzisionsanforderungen verteilt, um Verformungen zu vermeiden. Die Schnittparameter werden durch Experimente optimiert und mit adaptiven Systemen zur Echtzeitregelung kombiniert, um den Werkzeugverschleiß zu verlangsamen und die Bearbeitungsbedingungen zu stabilisieren.

 

2. Werkzeugauswahl und vollständige-Lebenszyklusverwaltung

Wählen Sie passende Hartmetall- und beschichtete Werkzeuge für die Grob- bzw. Endbearbeitung; Optimieren Sie die Werkzeugwinkel und führen Sie eine Kantenpassivierung durch, um die Reibung zu reduzieren. Überwachen Sie den Werkzeugverschleiß in Echtzeit und ersetzen Sie verschlissene Werkzeuge zeitnah, um Oberflächenschäden an Werkstücken zu verhindern.

 

3. Optimiertes Kühl- und Schmiersystem

Nutzen Sie eine 70-bar-Hochdruck-Innenkühlung und Minimalmengenschmierung (MMS), gepaart mit speziellen Schneidflüssigkeiten für Titanlegierungen. Passen Sie den Sprühwinkel und die Durchflussrate an, um eine schnelle Wärmeableitung und Spanentfernung zu erreichen und so die Bildung von Kanten und die Kaltverfestigung zu mildern.

 

4. Inspektion des fertigen Produkts und Oberflächenverstärkungsbehandlung

Überprüfen Sie nach der Bearbeitung die Oberflächenrauheit, die metallografische Struktur, die Eigenspannung und die Härte. Führen Sie bei Werkstücken mit Restzugspannung oder schlechter Oberflächenschichtleistung Verstärkungsbehandlungen wie Rollieren und Ultraschall-Schlagbehandlung durch. Standardisieren Sie Transport- und Lagerungsverfahren, um Stöße und Kratzer zu vermeiden.

 

 

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