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钛螺栓加工中需要注意的问题

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-6-24 10:47:28
钛合金材料属难加工材料,导热性差,易与工具发生粘连,存在着较强的缺口敏感性,在滚压过程中会产生较强的加工硬化。在实际生产中,饱满牙型的滚压存在一系列问题。其一,饱满牙型在滚压中将两个滚丝轮间的间隙挤满后,滚丝轮如再继续滚压,毛坯材料无处可流动,只能在滚丝轮间来回地被挤压,结果使螺纹产生了较高的表面硬化,当硬化超过了材料的抗拉极限时就产生了裂纹,如图1所示,螺纹牙侧、牙底硬化最严重,因此产生裂纹;其二,饱满挤压时,参与滚压的滚丝轮的每一个齿都同样受着较强的循环载荷的影响,滚压的能量也作用于滚丝轮,使其寿命严重下降,在实际生产中,每副滚丝轮只能滚压3000-5000件钛螺栓,就产生了牙顶碎裂现象,滚丝轮就无法再继续使用,成本极其昂贵,另外,滚丝轮牙顶碎裂的产生有个形成过程,使生产者无法判定滚压螺纹的合格性,即何时滚压的是合格的,何时滚压的是不合格;其三,在滚压形成螺纹的过程中两侧上升最快,势必当螺纹滚满时在牙顶产生一个折叠,探伤时螺纹牙顶有荧光显示痕迹,为了判定最大缺陷深度,还需采用解剖方法才能判定该处的缺陷是否超过标准;其四,现代紧固件连接接头都具有较高的疲劳寿命,对于螺栓孔都具有较高的精度要求,在安装过程中不允许产生孔壁损伤,而较尖的螺纹牙顶极易损伤孔壁。总之,饱满螺纹牙型给生产带来了极大麻烦,不但会增加裂纹产生的机会,使零件疲劳寿命降低,还降低了滚丝轮使用寿命,再者给检测带来不必要的麻烦,也容易产生孔壁的损伤,因此对钛合金紧固件螺纹大径进行修正势在必行。
 
在国外,如美国所有钛螺栓、最新的钛螺栓标准中都对螺纹大径进行了修正,将螺纹大径尺寸下移,螺纹都采用了不饱满牙型。螺纹的受力主要在螺纹中径附近,螺纹大径的下移估计不会对螺栓的机械性能产生影响,笔者为了证实这一观点,为我国钛合金紧固件螺纹大径的修正提供依据,对两种有代表性的HB6563.6、HB6563.10六角头钛螺栓不同螺纹大径的机械性能进行了试验研究。两种螺栓分别采用3种大径尺寸;机械性能验证包括抗拉、疲劳、应力持久试验研究。
 
纯钛达到800,000磅/英寸2(5517MPa),合金钛达到180,000磅/英寸2(1241MPa)以上,远远高出许多合金钢的强度,因此具有很高的强度重量比。钛的弹性为钢的两倍,成为抗断裂或折断要求很高的应用场合之理想选择。此外,钛合金还比不锈钢具有更高的耐腐蚀和耐氧化能力。钛的许多品质使它适合大多数应用领域,但同时也导致其成为最难加工的材料之一。但是,了解这种材料特点的厂家却可以成功加工钛零件,而并不不必花费高昂代价。大部分钛合金导热性很差。加工过程中产生的热不会通过零件和机床结构扩散,而是集中在切削区。某些情况下达到的温度高达2 ,0000°F(11093℃),可能导致崩刃和变形;而刀刃变钝则会产生甚至更高的热量并进一步降低刀具寿命。切削温度可以达到如此之高,以至于钛屑有时候会迸发火焰。切削过程中产生的高温还会引起工件不断硬化,这种现象会影响钛的表面完整性,并可能导致零件的几何精度不精确,并严重降低其疲劳强度。对成品有益且必需的钛合金弹性,在重负荷切削中却对挠曲和振动“火上浇油”。在切削压力下,“弹性”材料从刀具处挪开。因此,切削刃不进行切削而是进行摩擦,特别是在进刀量比较小的场合。这种摩擦过程也会发热,加剧因材料导热性差而引起的问题。
 
采用正切削几何结构减少切削力,发热及零件挠曲。采用恒定进给防止工件出现加工硬化。在刀具切削过程中,千万别停止进给。用大量冷却液维持热稳定并防止可能导致次表面出现不规则和可能的刀具故障的温升问题。保持刀具尖锐。钝刀会加速温升,并引起导致刀具发生故障的磨损和撕裂现象。在尽可能软的状态下加工钛合金。由于许多合金是时效硬化的——它们在加热时变硬——在形成第二相粒子时,它们变得强度更高,磨蚀度更大。尽可能采用较大的刀具端部半径或圆形刀片,使刀具更多地进入切削。这样可以降低任意一点的切削力并防止局部损坏。
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