Stopy tytanu są szeroko stosowane-w zaawansowanych dziedzinach produkcji, takich jak lotnictwo i kosmonautyka, ze względu na ich wyjątkowe właściwości fizyczne i chemiczne. Jednak słaba przewodność cieplna, wysoka aktywność chemiczna i mały współczynnik odkształcenia stopów tytanu prowadzą do problemów, takich jak szybkie zużycie narzędzia, duże odkształcenia obróbcze i trudne usuwanie wiórów podczas obróbki gwintu. Jakość i wydajność przetwarzania są znacząco ograniczone właściwościami materiału. W artykule skupiono się na problemie obróbki gwintów w złączach rurowych ze stopów tytanu i wyjaśniono go od strony doboru narzędzi i optymalizacji procesu.
Strategie optymalizacji narzędzi do obróbki gwintów ze stopów tytanu
1. Zastosowanie ząbkowanych kranów
Ząbkowane gwintowniki usuwają zęby w określonych odstępach, tworząc naprzemienne krawędzie skrawające, co umożliwia jednostronny-kontakt przedmiotu obrabianego z gwintownikiem, zmniejszając tarcie i moment obrotowy oraz skutecznie zapobiegając zablokowaniu lub uszkodzeniu gwintownika. Jego zalety to:
• Zwiększona grubość skrawania: Grubość skrawania pojedynczego zęba jest podwojona, a siła skrawania jest bardziej równomiernie rozłożona;
• Lepsza wydajność usuwania wiórów: grubość wiórów wzrasta, siła tarcia maleje, a usuwanie wiórów jest bardziej płynne;
• Zwiększona trwałość: Zmniejsza się przyczepność pomiędzy gwintownikiem a wiórem, a żywotność narzędzia zostaje wydłużona;
• Względy projektowe: Liczba rowków zębów powinna być liczbą nieparzystą, aby zrównoważyć siłę działającą na krawędzie zębów.
2. Połączenie-gwintowników ze stali szybkotnącej i gwintowników ze stopów twardych
• Gwintowniki-ze stali szybkotnącej: wysoka wytrzymałość i duża odporność na odkształcenia, odpowiednie do gwintowania wstępnego;
• Gwintowniki ze stopów twardych: Dobra odporność na zużycie i wysoka precyzja, stosowane do korekcji otworów;
• Proces łączony: pierwsza obróbka zgrubna przy użyciu-gwintownic ze stali szybkotnącej, następnie obróbka precyzyjna przy użyciu gwintowników ze stopów twardych, zapewniając równowagę pomiędzy wydajnością i jakością.
3. Badania i rozwój nowych materiałów narzędziowych
Wraz z postępem inżynierii materiałowej do obróbki stopów tytanu stopniowo wprowadzane są nowe narzędzia, takie jak narzędzia powlekane (np. powłoka TiAlN) i narzędzia ceramiczne. Oczekuje się, że w przyszłości będą one w dalszym ciągu przełamywać ograniczenia trwałości narzędzia i dokładności obróbki.
Optymalizacja technologii przetwarzania gwintów złączy rurowych ze stopów tytanu
1. Optymalizacja projektu dolnego otworu gwintu
• Zwiększenie średnicy dolnego otworu: Zmniejsza siłę skrawania i ciepło obróbki, ale rozmiar należy dostosować w zależności od szybkości styku gwintu i liczby gwintów;
• Zwiększenie średnicy wewnętrznej gwintu: Zmniejsza wysokość zęba, zmniejsza trudności w obróbce, zapewniając jednocześnie wytrzymałość połączenia;
• Preferowane wykorzystanie obrabiarki do gwintowania: Korzystanie z gwintownika obrabiarki może stabilnie kontrolować ciśnienie obróbki i zapobiegać pękaniu gwintownika.
2. Kontrola parametrów cięcia
• Prędkość skrawania: Kontrolowana w zakresie 200-300mm/min, zapobiegająca zmiękczeniu materiałów i zużyciu narzędzi spowodowanemu wysokimi temperaturami;
• Parametry geometryczne narzędzia:
• Kąt do przodu: Zwiększenie kąta do przodu może zwiększyć wytrzymałość krawędzi skrawającej i wydłużyć żywotność narzędzia;
• Kąt tylny: Zwiększenie kąta tylnego korzystnie wpływa na usuwanie wiórów, zmniejszając tarcie pomiędzy wiórem a narzędziem;
• Strategia gwintowania głębokich otworów: Zmniejsz liczbę szczelin zatrzymujących wióry, aby zwiększyć przestrzeń zatrzymywania wiórów i zapobiec ich blokowaniu.
3. Technologia chłodzenia i smarowania
• Dobór cieczy chłodzącej: Zalecane mieszaniny kwasu olejowego, oleju siarczkowanego i nafty lub oleju chłodząco-smarującego F43, które pełnią zarówno funkcję smarującą, jak i chłodzącą;
• Optymalizacja metody chłodzenia: Otwarte kanały chłodzące na krawędzi skrawającej kranu, aby ciecz chłodząca docierała bezpośrednio do obszaru cięcia;
• Konstrukcja ze szczeliną cofającą: Wydłuż ogranicznik gwintu i ustaw szczelinę cofającą, aby zapobiec wykruszaniu się dolnej części gwintownika.