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鈦螺栓加工中需要注意的問題

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-6-24 10:47:28
鈦合金材料屬難加工材料,導熱性差,易與工具發生粘連,存在著較強的缺口敏感性,在滾壓過程中會產生較強的加工硬化。在實際生產中,飽滿牙型的滾壓存在一系列問題。其一,飽滿牙型在滾壓中將兩個滾絲輪間的間隙擠滿后,滾絲輪如再繼續滾壓,毛坯材料無處可流動,只能在滾絲輪間來回地被擠壓,結果使螺紋產生了較高的表面硬化,當硬化超過了材料的抗拉極限時就產生了裂紋,如圖1所示,螺紋牙側、牙底硬化最嚴重,因此產生裂紋;其二,飽滿擠壓時,參與滾壓的滾絲輪的每一個齒都同樣受著較強的循環載荷的影響,滾壓的能量也作用于滾絲輪,使其壽命嚴重下降,在實際生產中,每副滾絲輪只能滾壓3000-5000件鈦螺栓,就產生了牙頂碎裂現象,滾絲輪就無法再繼續使用,成本極其昂貴,另外,滾絲輪牙頂碎裂的產生有個形成過程,使生產者無法判定滾壓螺紋的合格性,即何時滾壓的是合格的,何時滾壓的是不合格;其三,在滾壓形成螺紋的過程中兩側上升最快,勢必當螺紋滾滿時在牙頂產生一個折疊,探傷時螺紋牙頂有熒光顯示痕跡,為了判定最大缺陷深度,還需采用解剖方法才能判定該處的缺陷是否超過標準;其四,現代緊固件連接接頭都具有較高的疲勞壽命,對于螺栓孔都具有較高的精度要求,在安裝過程中不允許產生孔壁損傷,而較尖的螺紋牙頂極易損傷孔壁。總之,飽滿螺紋牙型給生產帶來了極大麻煩,不但會增加裂紋產生的機會,使零件疲勞壽命降低,還降低了滾絲輪使用壽命,再者給檢測帶來不必要的麻煩,也容易產生孔壁的損傷,因此對鈦合金緊固件螺紋大徑進行修正勢在必行。
 
在國外,如美國所有鈦螺栓、最新的鈦螺栓標準中都對螺紋大徑進行了修正,將螺紋大徑尺寸下移,螺紋都采用了不飽滿牙型。螺紋的受力主要在螺紋中徑附近,螺紋大徑的下移估計不會對螺栓的機械性能產生影響,筆者為了證實這一觀點,為我國鈦合金緊固件螺紋大徑的修正提供依據,對兩種有代表性的HB6563.6、HB6563.10六角頭鈦螺栓不同螺紋大徑的機械性能進行了試驗研究。兩種螺栓分別采用3種大徑尺寸;機械性能驗證包括抗拉、疲勞、應力持久試驗研究。
 
純鈦達到800,000磅/英寸2(5517MPa),合金鈦達到180,000磅/英寸2(1241MPa)以上,遠遠高出許多合金鋼的強度,因此具有很高的強度重量比。鈦的彈性為鋼的兩倍,成為抗斷裂或折斷要求很高的應用場合之理想選擇。此外,鈦合金還比不銹鋼具有更高的耐腐蝕和耐氧化能力。鈦的許多品質使它適合大多數應用領域,但同時也導致其成為最難加工的材料之一。但是,了解這種材料特點的廠家卻可以成功加工鈦零件,而并不不必花費高昂代價。大部分鈦合金導熱性很差。加工過程中產生的熱不會通過零件和機床結構擴散,而是集中在切削區。某些情況下達到的溫度高達2 ,0000°F(11093℃),可能導致崩刃和變形;而刀刃變鈍則會產生甚至更高的熱量并進一步降低刀具壽命。切削溫度可以達到如此之高,以至于鈦屑有時候會迸發火焰。切削過程中產生的高溫還會引起工件不斷硬化,這種現象會影響鈦的表面完整性,并可能導致零件的幾何精度不精確,并嚴重降低其疲勞強度。對成品有益且必需的鈦合金彈性,在重負荷切削中卻對撓曲和振動“火上澆油”。在切削壓力下,“彈性”材料從刀具處挪開。因此,切削刃不進行切削而是進行摩擦,特別是在進刀量比較小的場合。這種摩擦過程也會發熱,加劇因材料導熱性差而引起的問題。
 
采用正切削幾何結構減少切削力,發熱及零件撓曲。采用恒定進給防止工件出現加工硬化。在刀具切削過程中,千萬別停止進給。用大量冷卻液維持熱穩定并防止可能導致次表面出現不規則和可能的刀具故障的溫升問題。保持刀具尖銳。鈍刀會加速溫升,并引起導致刀具發生故障的磨損和撕裂現象。在盡可能軟的狀態下加工鈦合金。由于許多合金是時效硬化的——它們在加熱時變硬——在形成第二相粒子時,它們變得強度更高,磨蝕度更大。盡可能采用較大的刀具端部半徑或圓形刀片,使刀具更多地進入切削。這樣可以降低任意一點的切削力并防止局部損壞。
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