CNC-Bearbeitung von Befestigungselementen für die Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrtindustrie Verbindungselemente Sie dienen als zentrale Komponenten, die Strukturbauteile verbinden, Lasten übertragen und die Systemintegrität gewährleisten. Ihre Leistungsfähigkeit steht in direktem Zusammenhang mit der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Flugzeugen. Titan und Titanlegierungen sind aufgrund ihrer geringen Dichte (ca. 60 % der Dichte von Stahl), ihrer hohen Festigkeit (Zugfestigkeit über 1000 MPa), ihrer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit (stabil in Luft, Meerwasser und verschiedenen Medien) und ihrer überlegenen mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen (hohe Festigkeit bei 300–600 °C) die bevorzugten Werkstoffe für Verbindungselemente in der Luft- und Raumfahrt.

Da sich die moderne Luft- und Raumfahrttechnologie in Richtung hoher Belastungen, langer Lebensdauer und Leichtbau entwickelt, können herkömmliche Bearbeitungsmethoden die für Titanbefestigungen erforderliche hohe Präzision (Maßtoleranzen von bis zu ±0.005 mm), komplexe Strukturen (wie speziell geformte Köpfe und mehrere Gewindeabschnitte) und anspruchsvolle Oberflächenqualität (Ra ≤ 0.8 μm) nicht erfüllen. Die CNC-Bearbeitungstechnologie (Computerized Numerical Control) mit ihren Vorteilen wie hoher Automatisierung, stabiler Präzision, ausgezeichneter Wiederholgenauigkeit und Anpassungsfähigkeit an komplexe Prozesse hat sich zu einer zentralen Technologie für die Herstellung von Titanbefestigungen entwickelt. Luft-und Raumfahrt.

CNC-Bearbeitung von Titan-Befestigungselementen für die Luft- und Raumfahrt

Titan-Verbindungselemente für die Luft- und Raumfahrt erfordern Maßgenauigkeit und geometrische Toleranzen, die weit über die herkömmlicher Industrieverbindungen hinausgehen. Beispielsweise muss die Teilkreisdurchmessertoleranz von Titanlegierungsschrauben in Flugzeugmotorräumen auf GB/T 197 Grad 6g oder höher kontrolliert werden. Die Koaxialitätstoleranz zwischen Kopf und Schaft darf 0.01 mm nicht überschreiten. CNC-Bearbeitung Die Werkzeugbewegung wird digital programmgesteuert gesteuert. Dadurch wird eine Positioniergenauigkeit von ±0.001 mm und eine Wiederholgenauigkeit von ±0.0005 mm erreicht. Dadurch werden Fehler durch manuelle Bedienung effektiv vermieden und die Abmessungen der in Chargen hergestellten Verbindungselemente werden hochkonsistent. Dies erfüllt die Null-Fehler-Qualitätsanforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie.

1. CNC-Drehen: Präzises Formen von Grundformen

CNC-Drehen ist der erste Kernprozess bei der Bearbeitung von Titanbefestigungselementen und wird hauptsächlich zur Bearbeitung rotierender Strukturen wie Schäfte, Kopfstirnflächen und äußerer zylindrischer Oberflächen verwendet. Der Spanwinkel des Werkzeugs beträgt typischerweise 5°–10° und der Freiwinkel 8°–12°, um Schnittwiderstand und Werkzeugklemmen zu reduzieren. Die Schnittparameter variieren je nach Titanlegierungssorte. Beispielsweise wird bei der Titanlegierung TC11 (üblicherweise für Befestigungselemente in Hochtemperaturumgebungen verwendet) beim Schruppdrehen eine Schnittgeschwindigkeit von 60–80 m/min, ein Vorschub von 0.15–0.2 mm/U und eine Schnitttiefe von 1–2 mm verwendet. Beim Schlichtdrehen werden eine Schnittgeschwindigkeit von 80–100 m/min, ein Vorschub von 0.05–0.1 mm/U und eine Schnitttiefe von 0.2–0.5 mm verwendet. Stellen Sie eine Oberflächenrauheit Ra ≤ 1.6 μm sicher.

2. CNC-Fräsen: Präzise Formgebung komplexer Strukturen

CNC-Fräsen wird hauptsächlich zur Bearbeitung von Titanbefestigungselementen mit speziell geformten Köpfen (wie Innensechskant, Zwölfkant und Flanschflächen), Rillenstrukturen (wie Verriegelungsnuten und Hinterschnitten) und ebenen Flächen verwendet. Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung eignet sich besonders zur Bearbeitung komplexer Befestigungselemente mit eckigen Merkmalen. Die Schnitttiefe pro Schicht wird auf 0.1–0.5 mm begrenzt, um eine übermäßige Belastung in einem einzelnen Schnitt zu vermeiden, die zum Werkzeugbruch führen könnte. Beispielsweise kann bei der Bearbeitung der Flanschstirnfläche einer Flanschschraube aus Titanlegierung mit einer Fräsgeschwindigkeit von 80–120 m/min, einem Vorschub von 100–300 mm/min und einer Schnitttiefe von 0.3 mm pro Schicht eine Ebenheitstoleranz der Flanschstirnfläche von 0.01 mm/m erreicht werden.

3. CNC-Gewindeschneiden: Präzisionsgewindebearbeitung

Gewinde sind die Kernstruktur, die die Verbindungsfunktion von Titanbefestigungen ermöglicht. CNC-Gewindeschneiden Die Gewindegenauigkeit (typischerweise 6H/6g), die Oberflächengüte (Ra ≤ 1.6 μm) und die Integrität des Gewindeprofils müssen gewährleistet sein. Gängige Gewindearten sind Grobgewinde, Feingewinde und Trapezgewinde. Die Schnittgeschwindigkeit beträgt typischerweise 5–15 m/min, wobei der Vorschub der Gewindesteigung entspricht (z. B. beträgt der Vorschub bei einem M8×1.25-Gewinde 1.25 mm/U).

Für hochpräzise Gewinde eignet sich ein dreistufiges Verfahren aus Vorbohren, Schruppen und Feinschneiden. Der vorgebohrte Gewindebohrerdurchmesser wird mit der Formel (Innengewinde-Gewindebohrerdurchmesser = Nenndurchmesser – 1.0825 × Gewindesteigung) berechnet. Beispielsweise beträgt der Gewindebohrerdurchmesser bei einem Innengewinde M10 × 1.5 8.37 mm. Für das Schruppen wird ein Gewindebohrer mit kleinem Durchmesser verwendet, wobei eine Bearbeitungszugabe von 0.1–0.2 mm eingehalten wird. Für das Feinschneiden wird ein Standardgewindebohrer verwendet, um die endgültige Gewindegenauigkeit sicherzustellen. Nach dem Gewindeschneiden ist eine 100-%-Prüfung mit einem Gewindelehrdorn (für Innengewinde) oder einem Lehrring (für Außengewinde) erforderlich, um die Gewindekonformität sicherzustellen.

4. CNC-Bohren: Präzisionslochbearbeitung

Titanbefestigungen für die Luft- und Raumfahrt erfordern häufig die Bearbeitung von Positionierungslöchern, Durchgangslöchern und Sacklöchern, wie beispielsweise Stiftlöchern in Schraubenschäften und Haltelöchern für Muttern. CNC-Bohren erfordert garantierte Lochdurchmessertoleranzen (typischerweise H7–H8), Lochpositionsgenauigkeit (Positionstoleranz ≤ 0.02 mm) und Lochoberflächengüte. Der Spitzenwinkel des Bohrers beträgt 130–140°, und die Querschneide sollte auf 0.5–1 mm geschliffen sein, um die axialen Schnittkräfte zu reduzieren. Für tiefe Löcher (Lochtiefe > 5-facher Lochdurchmesser) ist ein Bohrer mit innerer Kühlmittelzufuhr erforderlich, wobei die Schneidflüssigkeit über interne Kanäle direkt in die Schneidzone geleitet wird.

Schnittparameter: Bohrgeschwindigkeiten von 30–80 m/min und Vorschübe von 0.05–0.15 mm/U. Höhere Geschwindigkeiten sind für kleinere Bohrungstiefen akzeptabel, während tiefere Bohrungen geringere Geschwindigkeiten und mehr Rückzüge (ein Rückzug alle 2–3 Bohrungsdurchmesser) erfordern, um die Spanabfuhr zu erleichtern. Beispielsweise wird beim Bohren einer φ4 mm Durchgangsbohrung für eine M6-Schraube in TC4-Titanlegierung ein φ4 mm Hartmetallbohrer mit einer Schnittgeschwindigkeit von 50 m/min und einem Vorschub von 0.1 mm/U verwendet. Das Bohren bis zur gewünschten Tiefe wird in drei Durchgängen erreicht, wobei eine Bohrungspositionsgenauigkeit von 0.015 mm und eine Bohrungswandrauheit von Ra ≤ 1.6 μm erreicht werden.

5. CNC-Schleifen: Hochpräzise Oberfläche

CNC-Schleifen wird hauptsächlich für die abschließende Präzisionsbearbeitung von Titanbefestigungen verwendet, einschließlich Außenrundschleifen (zur Verfeinerung des Schaftdurchmessers), Planschleifen (zum Trimmen der Ebenheit von Kopf oder Stirnfläche) und Gewindeschleifen (für die hochpräzise Gewindebearbeitung). Es kann Maßtoleranzen innerhalb von ±0.002 mm einhalten und die Oberflächenrauheit auf Ra ≤ 0.4 μm verbessern.

Es werden Schleifscheiben aus kubischem Bornitrid (CBN) mit einer Körnung von 80–120 mm und einer mittelweichen Härte verwendet. Die Schleifparameter umfassen eine lineare Schleifscheibengeschwindigkeit von 30–50 m/s, eine Werkstückdrehzahl von 100–300 U/min und einen Vorschub von 0.001–0.005 mm/Hub. Am Beispiel eines Schraubenschafts aus Titanlegierung TC6 werden beim Grobschleifen 0.1–0.2 mm und beim Feinschleifen 0.02–0.05 mm Toleranz entfernt. Die endgültige Rundheitstoleranz des Schafts beträgt ≤ 0.003 mm, die Durchmessertoleranz ± 0.002 mm.