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钛合金管接头的螺纹加工工艺

发布日期:2018-08-02  浏览次数:56
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  摘 要 钛合金不同于其它金属,其自身的特性使合金管接头的螺纹加工成为了钛合金加工工序中最困难的部分。本文针对钛合金的金属特点和加工特性进行分析,提出通过对钛合金加工刀具的选择和加工工艺的改进实现对钛合金管接头的螺纹高精度的加工。
  关键词 钛合金;螺纹加工;攻丝;刀具;工艺
  0引言
  钛合金管接头是液压系统中连接管路或将管路装在液压元件上的零件,这是一种在流体通路中能装拆的连接件的总称。管接头是管道与管道之间的连接工具,是元件和管道之间可以拆装的连接点。在管件中充当着不可或缺的重要角色,它是液压管道的两个主要构成部分之一。钛合金是一种以钛金属元素为基础加入其它金属元素组成的合金。钛合金作为一种特殊的材料,因其质量轻,高强度、高耐热度和高耐腐蚀度等特性在航空工业领域受到广泛的使用。尤其是飞机和火箭的航天器的制造中,钛合金作为重要材料被应用,使其特性得到充分的发挥。但是,对于钛合金的机械加工,其较差的加工性能,直接影响着钛合金零件产品的加工质量和加工效率,尤其在螺纹的加工工艺方面,存在相当大的困难。本文针对钛合金的材料加工特点进行深入研究,探讨适合钛合金螺纹加工的工艺,解决钛合金攻丝工序中的难题。
  1 钛合金加工特性与特点
  钛合金的导热性能低的特性直接导致其散热性不好,在对其进行螺纹的加工操作时,对温度的发散和冷却表现很差,导致因加工后的回弹量大而产生变形。而且对加工刀具的刃口磨损厉害,降低刀具的使用寿命。另外钛合金的变形系数小的特点直接导致刀具损耗的加大。其化学活性大的特点容易在加工产生高温的情况下同其它金属材料发生化学反应,造成对刀具和丝锥的粘结,产生“咬刀”的现象。为了增加钛金属元素的强度,在纯钛中添加合金元素形成钛合金。钛合金的类型有三种:一种是钛合金,以TA来表示;一种是钛合金,以TB来表示;还有一种是+钛合金,以TC来表示。+钛合金属于双相合金,使用最为广泛,是航空工业领域中重要的钛合金原料。钛合金具有良好的金属性能特点,具体表现在:其强度高,其密度较小,但是强度却远大于许多合金钢;其耐热性好,耐热强度高于铝合金的几百倍,具有良好的热稳定性;其低温性能好,在超低温条件下,仍然具有良好的性能;其耐腐蚀性好,其对酸、碱、潮湿、氯化物等抵抗力很强;其化学活性大,能够与空气中的氧、氮、碳等多种化学元素发生反应;其导热性能低,其导热系数远低于铁、铝等金属。
  2 钛合金的螺纹加工刀具的选择
  钛合金螺纹加工多使用错齿丝锥进行攻丝操作,即将丝锥的刀齿每间隔一个就去掉一个,呈交错排列,使加工件和丝锥只有单面进行接触以减少相互间的摩擦,降低因摩擦产生的转矩。这样可有效的预防丝锥被卡死或者损坏,从而使螺纹加工的质量提高。使用这种错齿丝锥可以使切削厚度增加一倍且深度大于冷作硬化层,切削厚度的增加直接导致丝锥齿切削力的增加,但是对于切削的排屑来讲更容易了一些,使摩擦力减小,丝锥和切屑的粘连度降低,从而提高丝锥的耐用度和螺纹精度。在错齿丝锥的设计上要注意最终的齿槽数为奇数,以减少齿刃的受力。在钛合金材料的螺纹加工上,使用错齿丝锥,可有效的保持攻丝的稳定性,提高螺纹精度。对于钛合金材料的螺纹加工,推荐使用高速钢丝锥。这种材料制成的丝锥韧性和抗变形性都很高,同时还具有很好的耐磨性。对于钛合金材料的攻丝,可先采用高速钢丝锥进行初步的攻丝,再对螺孔采用硬质合金丝锥校正。随着对刀具材料的深入研究,一定会有更加合适的材料制成丝锥对钛合金的螺纹进行更好的加工。
  3 钛合金管接头螺纹的加工工艺
  螺纹底孔的增大可以使加工时产生的切削力和热度得到有效的降低。钛合金的管材强度较大,增加螺纹底孔的直径的具体额度的前提条件在于对螺纹接触率的要求和螺纹头数的具体数量。从加工工艺方面来看,可适当将螺纹内径要求增大一些,这样可使螺纹牙高有所减小。适当加大螺纹的直径,对钛合金等特殊材料的攻丝尤其适合。虽然使螺纹接触率降低但是螺纹的连接因为其长度的增加仍然稳固可靠。为了预防丝锥在加工中因压力过大而折断,可选择采用机床攻丝的加工工艺。
  3.1切削速度与刀具的控制
  因为钛合金材料的金属特性,所以对加工时的切削速度进行控制,使其保持在较小速度的切削,更有利于螺纹加工工作的进行。但是注意速度也不能过小,一般保持在每分钟速度在200mm~300mm为宜。在进行钛合金的螺纹加工时,要考虑刀具的几何尺寸。合适的前角的选择,可以是削刃的强度增加,提高刀具的耐久性;合适的大后角的选择有利于加工时的排屑。在对钛合金管材进行深孔的攻丝工作是,可以采用减少容屑槽数量的方法来增大容屑空间,增强丝锥的排屑能力。
  3.2丝锥夹头与冷却液控制
  在使用机床进行攻丝的时候需要使用专门的丝锥夹头,再结合扳手攻丝。对于钛合金材料的螺纹加工,其螺纹尾扣通常要比标准长度长一些。最好设计退刀槽,这样即使丝锥攻丝到底部的时候也不会产生崩刃现象。 可选择具有良好润滑功能的活性高的冷却液对丝锥进行直接的冷却作用,以丝锥加工过程中产生的温度过高使丝锥和切屑产生粘连,影响丝锥的加工速度和加工精度。推荐采用以合适比例进行配比的油酸、硫化油和煤油的混合液用以冷却丝锥。也可选择采用F43切削油,同样可以达到理想的冷却效果。在对钛合金材料的螺纹加工时,可开辟冷却槽于丝锥的刃背上,以确保冷却也能够顺畅的到达削刃。
  4结论
  综上所述,对于钛合金管接头的螺纹加工,首先要充分了解钛合金材料的金属特点及其加工特性,以针对其特性采用合适的丝锥设计和丝锥材料的选择。其次要采取合适有效的加工工艺,在加工中对钛合金材料的弱点进行有效的规避。通过刀具和加工工艺双方面的配合,提高钛合金的螺纹加工精度和加工速度。随着金属材料的深入研究和加工工艺的发展,必将会有更好的钛合金加工工艺出现。
  参考文献
  [1]李企芳,计志孝,等.难加工材料的加工技术及螺纹加工新工艺探究[J].机械制造与设计, 2012,12-13.
  [2]陈海刚,乌学东,王大璞,杨生荣.钛合金加工中不同金属离子添加剂的润滑机理研究[J].摩擦学学报, 2011, 21(3): 28-32.
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