Prečo je ťažké obrábať titán?

Štyri charakteristiky titánových zliatin, vrátane nízkej tepelnej vodivosti, tvrdého mechanického spevnenia, vysokej afinity k rezným nástrojom a malej plastickej deformácie, sú základnými dôvodmi, prečo sa titánové zliatiny ťažko spracovávajú. Jeho rezný index je ekvivalentný iba 20 % automatovej ocele.

Nízka tepelná vodivosť

Tepelná vodivosť titánovej zliatiny je len asi 16% tepelnej vodivosti ocele 45#. Počas spracovania sa teplo nemôže odvádzať včas, čo spôsobuje lokálne vysoké teploty na reznej hrane (teplota hrotu nástroja počas spracovania je viac ako dvojnásobok teploty ocele 45#), čo môže ľahko spôsobiť difúzne opotrebovanie nástroja.

Ťažké pracovné vytvrdzovanie

Fenomén mechanického vytvrdzovania titánovej zliatiny je zrejmý a vrstva povrchového vytvrdzovania je silnejšia ako vrstva nehrdzavejúcej ocele, čo spôsobí určité ťažkosti pri následnom spracovaní, ako je zvýšené poškodenie okraja nástroja.

Vysoká afinita k nožom

Silné spojenie s karbidom obsahujúcim titán.

Malá plastická deformácia

Je to asi 1/2 modulu pružnosti ocele 45, takže zotavenie pružnosti je veľké a trenie je vážne. Súčasne je obrobok náchylný aj na deformáciu upnutia.

Procesné know-how na spracovanie titánových zliatin

Na základe pochopenia mechanizmu spracovania titánových zliatin a pridania minulých skúseností je hlavné procesné know-how na spracovanie titánových zliatin nasledovné:

(1) Na zníženie reznej sily, rezného tepla a deformácie obrobku používajte doštičky s geometriou kladného uhla.

(2) Udržujte konštantný posuv, aby ste zabránili stvrdnutiu obrobku. Nástroj musí byť počas procesu rezania vždy v stave posuvu. Veľkosť ae radiálneho záberu nástroja počas frézovania by mala byť 30 % polomeru.

(3) Na zaistenie tepelnej stability procesu obrábania a zabránenie degenerácii povrchu obrobku a poškodeniu nástroja v dôsledku nadmernej teploty používajte reznú kvapalinu s vysokým tlakom a vysokým prietokom.

(4) Udržujte ostrie čepele ostré. Tupé nástroje sú príčinou hromadenia tepla a opotrebovania, ktoré môže ľahko viesť k poruche nástroja.

(5) Spracujte zliatinu titánu čo najviac v čo najjemnejšom stave, pretože materiál sa po ochladení stáva ťažšie spracovateľným a tepelné spracovanie zvyšuje pevnosť materiálu a zvyšuje opotrebovanie čepele.

(6) Použite veľký polomer oblúka špičky nástroja alebo skosenie na rezanie čo najviac do reznej hrany. To znižuje reznú silu a teplo v každom bode a zabraňuje lokálnemu zlomeniu. Pri frézovaní titánovej zliatiny má spomedzi rezných parametrov najväčší vplyv na životnosť nástroja rezná rýchlosť, po ktorej nasleduje radiálny záber nástroja (hĺbka frézovania).

Začnite s čepeľami, aby ste vyriešili problémy so spracovaním titánu

Opotrebenie drážky čepele, ku ktorému dochádza pri obrábaní zliatin titánu, je miestne opotrebovanie zadnej a prednej časti v smere hĺbky rezu. Často je to spôsobené vytvrdenou vrstvou, ktorá zostala po predchádzajúcom spracovaní. Chemická reakcia a difúzia medzi nástrojom a materiálom obrobku pri teplote spracovania presahujúcej 800 stupňov je tiež jednou z príčin opotrebovania drážky. Pretože počas procesu obrábania sa molekuly titánu z obrobku hromadia pred čepeľou a sú „privarené“ k čepeli pod vysokým tlakom a vysokou teplotou, pričom vytvárajú nahromadenú hranu. Keď sa nánosová hrana odlepí od reznej hrany, vezme so sebou karbidový povlak doštičky, takže obrábanie titánu vyžaduje špeciálne materiály a geometrie doštičiek.

Štruktúra nástroja vhodná na obrábanie titánu

Ťažiskom spracovania titánovej zliatiny je teplo. Na reznú hranu sa musí rýchlo a presne nastriekať veľké množstvo vysokotlakovej reznej kvapaliny, aby sa rýchlo odstránilo teplo. Na trhu sú unikátne konštrukcie fréz špeciálne pre spracovanie titánových zliatin.

Začnite so špecifickými metódami mechanického spracovania

sústruženie

Pri sústružení výrobkov z titánovej zliatiny je ľahké dosiahnuť lepšiu drsnosť povrchu a pracovné kalenie nie je vážne, ale teplota rezania je vysoká a nástroj sa rýchlo opotrebováva. V reakcii na tieto charakteristiky sa prijímajú najmä tieto opatrenia z hľadiska nástrojov a rezných parametrov:

Materiál nástroja: YG6, YG8, YG10HT sa vyberá podľa existujúcich podmienok továrne.

Geometrické parametre nástroja: vhodný predný a zadný uhol nástroja a zaoblenie hrotu nástroja.

Nižšia rezná rýchlosť, mierny posuv, väčšia hĺbka rezu, dostatočné chladenie. Pri otáčaní vonkajšieho kruhu nemôže byť hrot nástroja vyššie ako stred obrobku, inak je ľahké nástroj uviazať. Pri dokončovaní sústruženia a sústružení tenkostenných dielov, hlavný priehyb nástroja Uhol by mal byť veľký, zvyčajne 75 až 90 stupňov.

Frézovanie

Frézovanie produktov z titánovej zliatiny je náročnejšie ako sústruženie, pretože frézovanie je prerušované rezanie a triesky sa ľahko spájajú s čepeľou. Keď sa zuby prichytávajúce triesku opäť zarezávajú do obrobku, trieska sa odklepne a odoberie malý kúsok materiálu nástroja, čím sa vytvorí sekacia čepeľ výrazne znižuje životnosť nástroja.

Metóda frézovania: Vo všeobecnosti sa používa frézovanie smerom dole.

Materiál nástroja: rýchlorezná oceľ M42.

Vo všeobecnosti sa spodné frézovanie nepoužíva pri spracovaní legovanej ocele. Vplyvom vôle medzi skrutkou obrábacieho stroja a maticou pôsobí fréza pri spodnom frézovaní na obrobok a sila komponentu v smere posuvu je rovnaká ako v smere posuvu, čo ľahko spôsobí, že stôl obrobku kolaps. Dochádza k prerušovanému pohybu, čo vedie k úderom noža. Pri spodnom frézovaní narážajú zuby frézy na tvrdú kožu, keď sa začnú zarezávať, čo spôsobí zlomenie frézy. Keďže sa však triesky pri frézovaní menia z tenkých na hrubé, nástroj je náchylný na suché trenie s obrobkom počas počiatočného rezu, čo zhoršuje prichytávanie triesok a vylamovanie hrán nástroja. Aby bolo možné hladko frézovať zliatinu titánu, treba tiež poznamenať, že v porovnaní so všeobecnými štandardnými frézami by sa mal uhol čela zmenšiť a uhol reliéfu by sa mal zväčšiť. Rýchlosť frézovania by mala byť nízka. Pokúste sa použiť frézy s ostrými zubami a vyhnite sa používaniu lopatových fréz.

Ťukanie

Pri závitovaní produktov z titánovej zliatiny sú triesky malé a ľahko sa spájajú s čepeľou a obrobkom, čo vedie k veľkej drsnosti povrchu a vysokému krútiacemu momentu. Nesprávny výber závitníka a nesprávna obsluha počas závitovania môžu ľahko viesť k vytvrdnutiu, extrémne nízkej účinnosti spracovania a občasnému zlomeniu závitníka.

Je potrebné dať prednosť preskoku závitníka so správnym závitom. Počet zubov by mal byť menší ako pri štandardnom závitníku, zvyčajne 2 až 3 zuby. Uhol kužeľa rezu by mal byť veľký a kužeľová časť má vo všeobecnosti 3 až 4 dĺžky závitu. Na uľahčenie odvádzania triesok možno na reznom kuželi vybrúsiť aj negatívny uhol sklonu. Skúste použiť krátke poklepy na zvýšenie tuhosti kohútika. Reverzná kužeľová časť závitníka by mala byť primerane väčšia ako štandard, aby sa znížilo trenie medzi závitníkom a obrobkom.

vystružovanie

Opotrebenie nástroja pri vystružovaní titánovej zliatiny nie je vážne a možno použiť výstružníky z tvrdokovu aj z rýchloreznej ocele. Pri použití karbidových výstružníkov sa musí prispôsobiť tuhosť procesného systému podobná vŕtaniu, aby sa zabránilo vylamovaniu výstružníka. Hlavným problémom, ktorý sa vyskytuje pri vystružovaní zliatin titánu, je, že povrchová úprava vystružovania nie je dobrá. Šírka čepele výstružníka sa musí zúžiť brúsnym kameňom, aby sa zabránilo prilepeniu čepele k stene otvoru. Treba však zabezpečiť dostatočnú pevnosť. Vo všeobecnosti je šírka čepele 0.1~0.15mm. tiež.

Prechodový bod medzi reznou hranou a kalibračnou časťou by mal byť hladký oblúk. Po opotrebovaní musí byť včas brúsený a veľkosť oblúka každého zuba musí byť konzistentná; v prípade potreby je možné zväčšiť zadnú kužeľovú časť kalibračnej časti.

Vŕtanie

Vŕtanie titánových zliatin je náročné a počas procesu obrábania často dochádza k vyhoreniu a zlomeniu vrtáka. Je to spôsobené najmä niekoľkými dôvodmi, ako je zlé ostrenie vrtáka, predčasné odstraňovanie triesok, zlé chladenie a slabá tuhosť procesného systému. Preto pri vŕtaní do zliatin titánu treba venovať pozornosť primeranému ostreniu vrtákov, veľkému vrcholovému uhlu, zmenšenému uhlu sklonu vonkajšej hrany, zväčšenému uhlu odľahčenia vonkajšej hrany a zväčšenému sklonu chrbta na 2 až 3 násobok oproti štandardným vrtákom. Náradie často zaťahujte a rýchlo odstráňte triesky, pričom dávajte pozor na tvar a farbu triesok. Ak sa triesky počas vŕtania javia ako perovité alebo menia farbu, znamená to, že vrták je tupý a nástroj treba včas vymeniť a nabrúsiť.

Vŕtací nástroj by mal byť upevnený na pracovnom stole, vodiaca plocha vŕtacieho nástroja by mala byť blízko k povrchu spracovania a mal by sa použiť čo najviac krátky vrták. Ďalším problémom, ktorý stojí za zmienku, je, že keď sa používa ručné podávanie, vrták by sa nemal posúvať alebo ustupovať v otvore, inak sa hrana vrtáka bude trieť o obrobený povrch, čo spôsobí spevnenie a vrták bude tupý.

brúsenie

Bežné problémy pri brúsení dielov z titánovej zliatiny sú upchávanie brúsneho kotúča v dôsledku prilepených triesok a popálenín na povrchu dielov. Dôvodom je slabá tepelná vodivosť titánovej zliatiny, čo spôsobuje vysokú teplotu v zóne brúsenia, čo spôsobuje lepenie, difúziu a silnú chemickú reakciu medzi titánovou zliatinou a brusivom. Lepkavé triesky a upchatie brúsneho kotúča vedú k výraznému zníženiu brúsneho pomeru. V dôsledku difúzie a chemických reakcií dochádza k prepáleniu obrobku na brúsnej ploche, čo má za následok zníženie únavovej pevnosti súčiastky. Toto je zreteľnejšie pri brúsení odliatkov z titánovej zliatiny.

Na vyriešenie tohto problému sa prijali tieto opatrenia:

Vyberte si vhodný materiál brúsneho kotúča: zelený karbid kremíka TL. Mierne nižšia tvrdosť brúsneho kotúča: ZR1.

Rezanie materiálov zo zliatiny titánu musí byť riadené z hľadiska materiálov nástrojov, rezných kvapalín a parametrov procesu spracovania, aby sa zlepšila celková účinnosť spracovania materiálu zliatiny titánu.