Onderzoeksvooruitgang op het gebied van bramen bij het boren van titaniumlegeringen
1. Inleiding
Met de snelle ontwikkeling van sleutelgebieden zoals medische apparatuur, lucht- en ruimtevaart, mariene onderzoeken en petrochemische industrieën in China, wordt er steeds meer vraag naar de materiaalprestaties van gerelateerde componenten. Titaniumlegeringen zijn geleidelijk belangrijke "strategische metalen" geworden op het gebied van materiaaltoepassingen vanwege hun uitstekende eigenschappen zoals licht gewicht, hoge sterkte, corrosieweerstand en breuktaaiheid. Titaniumlegeringen worden veel gebruikt in kritieke gebieden zoals vliegtuigmotoren en rompcomponenten.
Bij de montage en bevestiging van onderdelen van titaniumlegeringen zijn boren en frezen essentiële processen, waarbij boren een aanzienlijk deel van het werk in beslag neemt. Tijdens het boorproces worden er echter, als gevolg van grote axiale krachten en hoge temperaturen, vaak bramen met verschillende vormen en hoogten gevormd bij de uitgang van het gat, wat rechtstreeks van invloed is op de assemblagekwaliteit en serviceprestaties. Studies tonen aan dat het braamverwijderingsproces de verwerkingskosten van titaniumlegeringen aanzienlijk verhoogt. Daarom zijn het onderzoeken van het vormingsmechanisme van bramen tijdens het boren van titaniumlegeringen en het onderzoeken van controlemethoden van groot praktisch belang.
Dit artikel bespreekt de soorten, vormingsmechanismen en controlestrategieën van bramen aan de uitgang van het boren van titaniumlegeringen, en biedt een referentie voor gerelateerd onderzoek.
2. Soorten bramen bij het boren met titaniumlegeringen
Tijdens het boren in een titaniumlegering werkt het gereedschap samen met het werkstuk om schuifkrachten te produceren, waardoor plastische vervorming, buiging en scheuren van het materiaal ontstaan. Een deel van het materiaal wordt verwijderd, terwijl het resterende deel bramen vormt bij de uitgang van het gat. De vorm en grootte van de uitgangsbramen variëren, beïnvloed door snijparameters en gereedschapsgeometrie. Het analyseren van de soorten bramen helpt bij het verder bestuderen van hun vormingsmechanismen.
Studies hebben aangetoond dat bramen die ontstaan tijdens het boren van titaniumlegeringen in de volgende typen kunnen worden ingedeeld:
Uniforme bramen: Bramen die zich gelijkmatig rond de uitgang vormen.
Uniforme bramen met boorkap: Bramen waarbij restmateriaal een relatief uniforme vorm vormt.
Kroon-als bramen: Bramen met een kroon-achtige of onregelmatige vorm.
Verschillende onderzoekers hebben via experimenten en simulaties ontdekt dat factoren zoals de stijfheid van het werkstuk, het gereedschapsmateriaal en de snijparameters de braammorfologie aanzienlijk beïnvloeden. Hoewel er geen uniforme classificatiestandaard bestaat, zijn de belangrijkste soorten bramen de drie hierboven genoemde.
3. Vormingsmechanismen van bramen bij de uitgang van boren met titaniumlegeringen
Tijdens het boorproces van titaniumlegeringen hangt de vorming van bramen nauw samen met de plastische vervorming van het materiaal en de snijkant van het gereedschap. Onderzoek heeft aangetoond dat de vorming van bramen bij het boren kan worden onderverdeeld in verschillende fasen, die voornamelijk worden beïnvloed door snijkrachten, temperaturen en gereedschapsgeometrie.
Het proces van braamvorming omvat doorgaans de volgende stappen:
Tijdens het snijden ondergaat het materiaal aan de onderkant van het gat plastische vervorming.
Het restmateriaal wordt door de boor naar de uitgang van het gat geduwd.
Wanneer het materiaal de uitgangsrand van het gat overschrijdt, begint het uit te rekken en te breken, waardoor uiteindelijk bramen ontstaan.
Bovendien is via eindige-elementensimulaties gebleken dat de geometrische hoek, de snijparameters en de snijtemperatuur van het gereedschap een aanzienlijke invloed hebben op de braamvorming. Verschillende snijparameters en gereedschapsstructuren kunnen leiden tot de vorming van verschillende soorten bramen. Lage voedingen en hoge spilsnelheden produceren bijvoorbeeld over het algemeen uniforme bramen, terwijl hoge voedingen kunnen resulteren in kroon-achtige bramen.
4. Controlestrategieën voor bramen bij het boren met titaniumlegeringen
Om braamvorming bij het boren van titaniumlegeringen aan te pakken, hebben onderzoekers verschillende controlestrategieën voorgesteld, waaronder voornamelijk het optimaliseren van snijparameters, gereedschapsontwerp en bewerkingsprocessen.
4.1 Snijparameters optimaliseren
De selectie van geschikte snijparameters kan helpen de axiale krachten en snijtemperaturen te verminderen, waardoor braamvorming wordt geminimaliseerd. Studies hebben aangetoond dat het optimaliseren van de spilsnelheid, voedingen en andere snijparameters de braamhoogte effectief kan verminderen. Hogere spiltoerentallen en lagere voedingen resulteren bijvoorbeeld vaak in kleinere bramen.
4.2 Gereedschapsstructuur optimaliseren
Het ontwerp van het gereedschap heeft een aanzienlijke invloed op de braamvorming. Factoren zoals de hellingshoek van het gereedschap, de lengte van de snijkant en het gereedschapsmateriaal hebben allemaal invloed op de braamvorming. Door de geometrie van het gereedschap te optimaliseren en geschikte materialen te selecteren, kunnen de braamgrootte en -hoogte effectief worden verminderd. Het gebruik van een spiraalboor in plaats van een spiraalboor kan bijvoorbeeld de braamgrootte bij de uitgang aanzienlijk verminderen.
4.3 Bewerkingsprocessen optimaliseren
Traditionele boorprocessen leiden vaak tot braamvorming. Onderzoekers hebben nieuwe bewerkingsmethoden onderzocht, zoals ultrasoon-ondersteund, roterend ultrasoon-ondersteund en cryogeen boren, die goede resultaten hebben opgeleverd. Ultrasoon-ondersteund boren kan de temperatuur tijdens het bewerkingsproces verlagen, waardoor de ductiliteit van het materiaal wordt verlaagd en de braamgrootte effectief wordt gecontroleerd. Bovendien is bewezen dat roterend ultrasoon-ondersteund boren en cryogene koelbewerkingen de braamhoogte aanzienlijk verminderen.
5. Conclusie
Titaniumlegeringen spelen een cruciale rol in verschillende hoogwaardige- toepassingsvelden vanwege hun uitstekende prestaties. Het beheersen van bramen tijdens het boren van titaniumlegeringen blijft echter een uitdaging. Uit bestaand onderzoek blijkt dat door het optimaliseren van snijparameters, gereedschapsstructuur en bewerkingsprocessen de braamgrootte aanzienlijk kan worden verminderd, waardoor de bewerkingsefficiëntie wordt verbeterd. Toekomstig onderzoek zou de vormingsmechanismen van bramen verder moeten onderzoeken, nieuwe gereedschappen en bewerkingstechnologieën moeten ontwikkelen en de uitdagingen bij het bewerken van titaniumlegeringen moeten aanpakken.
