CNC-Bearbeitung von großformatigen Titanbauteilen meistern

Titan kann wie Edelstahl CNC-bearbeitet werden; wie wir alle wissen, hat es begehrte Materialeigenschaften und ist auch relativ einfach zu bearbeiten. In der frühen Phase der Anwendung der Titanlegierungs-Präzisionsgusstechnologie wurde dieser Prozess hauptsächlich zur Herstellung mittelgroßer, gewöhnlicher Präzisionsgussteile mit relativ einfachen Formen eingesetzt. Die meisten dieser Gussteile liegen innerhalb von 500 mm Größe, und die meisten Formen sind stabförmig, scheibenförmig, plattenförmig, ringförmig etc. Die meisten Wandstärken liegen im Bereich von 6–10 mm, wie z. B. in den menschlichen Körper implantierte Prothesen, Turbinenschaufeln, Streben und andere Strukturen. Da es keine komplexen Prozessstrukturen wie tiefe Nuten, Rillen und Rippen gibt, ist die strukturelle Spannung beim Gießen relativ gering, die Speisung relativ ausreichend, und der Formgebungsprozess dieser Gussteile ist relativ einfach, sodass die Formgebungsqualität stets auf einem höheren Qualitätsniveau gehalten werden kann. Bei der CNC-Bearbeitung von großformatigem Titan ist perfekte Bearbeitung jedoch nicht so einfach – dieser Artikel zeigt Ihnen die detaillierten Methoden zur Herstellung perfekter großer Titangussteile.

Typen großformatiger Titanbauteile

Bevor wir die Methoden der Präzisions-CNC-Bearbeitung von Titan kennenlernen, sollten wir zunächst die Typen großformatiger Teile kennen. Da Titan aufgrund seiner guten Eigenschaften immer beliebter wurde, begann man, es in größere, dünnwandige, komplexe Gussteile einzusetzen. Es gibt zwei Typen davon.

Mittelgroße Titanbauteile

Dieser Gusstyp wurde kontinuierlich weiterentwickelt, um den praktischen Anwendungsbedürfnissen der Luft- und Raumfahrtindustrie gerecht zu werden. Mit der allmählichen Entwicklung des Luft- und Raumfahrtbereichs wurde die Anwendung dieser Gussformungstechnologie zum wichtigsten Forschungsobjekt verschiedener großer Forschungseinrichtungen. Die meisten großformatigen dünnwandigen komplexen Gussteile werden streng auf 500–1000 mm Größe kontrolliert, mit einer Wandstärke von 1–3 mm, und ihre Struktur ist relativ komplex, was die Formgebung sehr schwierig macht.

Großformatige Titanbauteile

Solche Gussteile sind in jedem Aspekt von Qualität und Leistung mit anderen Gussteilen nicht vergleichbar. Die Größe dieser Gussteile liegt meist über 1500 mm, die minimale Wandstärke beträgt ca. 1 mm, und die Masse liegt meist bei 50–1000 kg. Diese Art von Gussteilen wird oft verwendet, um Strukturen zu ersetzen, die durch viele Befestigungselemente und Teilemontage gebildet werden, wodurch die Stabilität und Genauigkeit der Gussstruktur umfassend verbessert und Kosten signifikant gesenkt sowie die Produktion beschleunigt werden.

Konventionelle Methoden zur Bearbeitung von großformatigem Titan

Bearbeitungsprozesse von Titanlegierungen umfassen konventionelle Bearbeitungsoperationen (Drehen, Plandrehen, Hochgeschwindigkeitsschneiden (HSC), Fräsen, Bohren), Umformoperationen (Kalt- und Warmumformen; Hydroforming, Schmieden) und alternative Bearbeitungsoperationen (Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Direktes Metall-Lasersintern). Bearbeitungsoperationen von Titanlegierungen gelten als schwierig aufgrund ihrer relativ hohen Zugfestigkeit, geringer duktiler Ausbeute, 50 % niedrigerem Elastizitätsmodul (104 GPa) und ca. 80 % geringerer Wärmeleitfähigkeit als Stahl. Der niedrigere Elastizitätsmodul kann einen stärkeren "Federeffekt" und Ablenkung des Werkstücks verursachen. Daher sind steifere Aufspannungen und größere Werkzeugfreiräume erforderlich.

Warum ist die Bearbeitung von großformatigem Titan schwierig?

1. Bauteilstruktur der großformatigen Titanlegierungs-Präzisionsgussteile

Großformatige Titanlegierungs-Präzisionsgussteile sind generally integrale Rahmenbauteile. Die Z-Richtung freie Höhe beträgt meist über 650 mm, und der Bereich, der im Inneren des Bauteils effektiv unterstützt werden kann, ist klein. Die lokale Steifigkeit des Teils ist relativ gering; die Gussoberfläche weist relativ viele dünnwandige Strukturen auf, die meisten Rippenstärken betragen 2–3 mm, und die Bearbeitbarkeit ist relativ schlecht; Titanlegierungs-Präzisionsgussteile haben generally vier Durchmesserstufen. Die Fokusbohrungen und tiefe Nutenvorsprünge sind sehr schwierig zu CNC-bearbeiten, und die Konstruktionsgenauigkeitsanforderungen wie Nutbreite, Koaxialität und Bohrungsdurchmesser sind ebenfalls sehr hoch.

2. Rohlingseigenschaften des Gussteils

Obwohl die Rohlinggröße des Titanlegierungs-Präzisionsgusses an diesem Stadium im Wesentlichen festgelegt wurde, ist es schwierig, den Genauigkeitsfehler während des Schmiedeprozesses des Titanlegierungsgusses zu kontrollieren, sodass er in der nachfolgenden CNC-Bearbeitung leicht auftreten kann. Die folgenden zwei Probleme: Einerseits ist es schwierig, eine effektive Koordination zwischen der unbearbeiteten und der bearbeiteten Oberfläche zu erreichen, und es entstehen leicht Bearbeitungsstufen im Bearbeitungsprozess, was die tatsächliche Arbeitslast des Schleifens durch den Fitter 크게 erhöht; andererseits führt es zu ungleichmäßigen Bearbeitungszugaben beim Guss, was zu schwerer Gussverformung während CNC-Bearbeitungsoperationen führt.

3. Analyse der Verformungseigenschaften der Teile

Wenn die Spannungsverteilung der großformatigen Titanlegierungsgussteile nicht gleichmäßig ist, führt dies leicht zu schwerwiegenden Verformungsproblemen der Titanlegierungsgussteile. Da die meisten großformatigen Titanlegierungs-Präzisionsgussteile halboffene Rahmenstrukturen sind und es wenige starke interne Stützen gibt, zeigt das hintere Ende der Präzisionsgussteile auch eine offene Struktur, die Steifigkeit der Teilekonstruktion ist schlecht, und es gibt keine Verstärkung für Prozessrippen. Daher treten Verformungsprobleme wie Offenende-Zug, Höhenrichtung-Versatz und Profilbiegen während der Bearbeitung leicht auf. Die Hauptverformungsfaktoren sind übermäßige lokale Materialabtragung und unzureichende Freisetzung innerer Spannungen; nach Rohguss ist die Mikrostrukturverteilung der Präzisionsgussteile nicht gleichmäßig genug, was zu unausgewogener thermischer Spannungsfreisetzung führt.

Trotz dieser Rückschläge gibt es Techniken, die die Titanbearbeitung erleichtern.

Die perfekte Methode zur Titanbearbeitung

Auf Basis der strukturellen Merkmale großformatiger Titanlegierungsgussteile und der tatsächlichen Bearbeitungsschwierigkeiten wird ein spezifischer numerischer Steuerungsbearbeitungsplan erstellt, einschließlich Spannen, schnellem Positionieren, Verformungskontrolle und Maßgenauigkeitskontrolle.

Detaillierte Einführung in die Titanbearbeitung

1. Anwendungsschema der Spanntechnik

Da der obere Teil der Struktur großformatiger Titanlegierungsgussteile meist im freien Zustand ist, haben die Öffnungen an beiden Enden des Gusses und die großen Löcher in der Mitte relativ schwache Steifigkeit. Normalerweise treten Vibrationsprobleme während der Bearbeitung auf, die die Qualität der CNC-Bearbeitung negativ beeinflussen. Dieser Problematik kann man durch Hinzufügen von drei zusätzlichen Sätzen verstellbarer Stützvorrichtungen auf der CNC-Bearbeitungsplattform begegnen, um die tatsächliche Steifigkeit des CNC-Bearbeitungsteils des Titanlegierungs-Präzisionsgusses effektiv zu erhöhen und die Oberflächenqualität und -leistung des Präzisionsgusses während der CNC-Bearbeitung zu gewährleisten.

2. Schnelles Positionierverfahren

Die schnelle Positionierarbeit besteht darin, ein festes Positionierstiftgerät an der Vorrichtung der Bearbeitungsplattform einzurichten und an der entsprechenden Position des Technischen Ansatzes des Gussbearbeitens eine Positionierlochstruktur vorzusehen, um sicherzustellen, dass Loch und Welle sich spiegeln, um eine schnelle und genaue Positionierung während des CNC-Bearbeitungsprozesses zu erreichen. Gleichzeitig muss der Positionierstift am Ursprungsende der Vorrichtung zylindrisch gestaltet sein, und der distale Positionierstift muss sechseckig gestaltet sein, um auf Basis einer besseren Fixierung des Präzisionsgusses zusätzlichen Spielraum für die Bearbeitungsverformung des Gusses zu lassen. Dies legt den Grundstein für nachfolgende Spannoperationen.

3. Verformungskontrollbearbeitung

Die Optimierung von Schneidwerkzeugen und zugehörigen Parametern kommt zuerst. Beim Schneiden von Präzisionsgussteilen ist die Schneidkraft einer der Faktoren, die die Qualität der Präzisionsgussteile am stärksten beeinflussen. Die Schneidkraft bestimmt weitgehend die Schneidewärme und Bearbeitungsverformung von Titanlegierungsgussteilen und beeinflusst sogar die tatsächliche Schneideffizienz. Daher wird im Schneideprozess üblicherweise ein scharfes Werkzeug mit scharfer Schneide oder relativ großem Spanwinkel gewählt, und ein Verfahren mit kleiner Schnitttiefe und schichtweiser Bearbeitung wird verwendet, um die Verformungswahrscheinlichkeit von Titanlegierungs-Präzisionsgussteilen während des CNC-Bearbeitungsprozesses zu reduzieren. Zweitens die Realisierung spannungsfreien Schlichtens. Unter dem Einfluss verschiedener Bearbeitungsspannungen werden Titanlegierungs-Präzisionsgussteile bestimmte Verformungsprobleme haben. In diesem Fall ist es notwendig, spannungsfreies Spannen und spannungsfreies Schlichten sowie andere Methoden anzuwenden, um die Verformung der Gussteile zu reduzieren. Wenn der großformatige Titanlegierungs-Präzisionsguss in einem freien Zustand ist, wird die Unterseite des Positionierungsansatzes durch Komponenten wie Kupferdichtungen gepuffert, um sicherzustellen, dass die Teile während der Pressoperation spannungsfrei gespannt werden und der Positionierungsansatz nicht verformt wird, um Spannungs- und Gussverformungsprobleme im Bearbeitungsprozess zu eliminieren.

4. Maßgenauigkeitskontrollschema

Bevor die CNC-Bearbeitungsarbeit beginnt, ist es notwendig, die bearbeitete und die nicht bearbeitete Oberfläche umfassend zu messen, um die anschließende Inspektion von Verformung und Bearbeitungszugabe zu erleichtern und die Bearbeitungszugabe des CNC-Programms durch die Inspektionsergebnisse zu bestimmen. Im tatsächlichen CNC-Bearbeitungsprozess wird die CNC-Bearbeitungsgenauigkeit der Präzisionsgussteile aufgrund des offensichtlichen Messerausweichens in der dünnwandigen Struktur großformatiger Titanlegierungs-Präzisionsgussteile leicht beeinflusst, was schließlich zu lokaler Ungleichmäßigkeit und Maßunterschieden der Präzisionsgussteile führt.

Merkmale von CNC-Titanteilen

• Hohe Festigkeit
• Korrosionsbeständigkeit
• Gutes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
• Duktilität
• Gute Bearbeitbarkeit
• Oberflächenbehandlungsoptionen
• Recycelbar

Aus diesen Gründen wird Titan regelmäßig in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobil und Medizintechnik eingesetzt.

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