Od objevu titanu v roce 1790 lidé zkoumali jeho mimořádné vlastnosti již více než století. V roce 1910 byl poprvé vyroben kovový titan, ale cesta k použití slitin titanu byla dlouhá a náročná. Až v roce 1951 se průmyslová výroba stala skutečností.
Slitiny titanu jsou známé pro svou vysokou specifickou pevnost, odolnost proti korozi, odolnost proti vysokým teplotám a odolnost proti únavě. Váží pouze o 60 % tolik jako ocel při stejném objemu, ale jsou pevnější než legovaná ocel. Díky těmto vynikajícím vlastnostem jsou slitiny titanu stále více využívány v různých oblastech, včetně letectví, kosmonautiky, výroby energie, jaderné energie, lodní dopravy, chemikálií a lékařského vybavení.
Důvody, proč se slitiny titanu obtížně zpracovávají
Čtyři hlavní charakteristiky titanových slitin – nízká tepelná vodivost, výrazné mechanické zpevnění, vysoká afinita k řezným nástrojům a omezená plastická deformace – jsou klíčovými důvody, proč je zpracování těchto materiálů náročné. Jejich řezný výkon je pouze asi 20 % výkonu u snadno řezatelné oceli.
Nízká tepelná vodivost
Slitiny titanu mají tepelnou vodivost, která je pouze asi 16 % tepelné vodivosti oceli 45#. Tato omezená schopnost odvádět teplo během zpracování vede k výraznému nárůstu teploty na řezné hraně; ve skutečnosti může teplota hrotu během zpracování překročit teplotu oceli 45# o více než 100 %. Tato zvýšená teplota snadno způsobuje difúzní opotřebení řezného nástroje.
Těžké pracovní otužování
Titanová slitina vykazuje významný jev mechanického zpevnění, jehož výsledkem je výraznější povrchová zpevněná vrstva ve srovnání s nerezovou ocelí. To může vést k problémům při následném zpracování, jako je zvýšené opotřebení nástrojů.
Vysoká afinita k řezným nástrojům
Silná adheze se slinutým karbidem obsahujícím titan.
Malá plastická deformace
Modul pružnosti oceli 45 je přibližně poloviční, což vede k výraznému zotavení pružnosti a silnému tření. Navíc je obrobek náchylný k deformaci sevřením.
Technologické tipy pro obrábění slitin titanu
Na základě našich znalostí mechanismů obrábění titanových slitin a předchozích zkušeností uvádíme hlavní technologická doporučení pro obrábění těchto materiálů:
- Používejte kotouče s kladnou úhlovou geometrií pro minimalizaci řezných sil, snížení řezného tepla a snížení deformace obrobku.
- Udržujte konstantní rychlost posuvu, abyste zabránili ztvrdnutí obrobku. Nástroj by měl být během procesu řezání vždy v posuvu. Při frézování by měla být radiální hloubka řezu (ae) 30 % poloměru nástroje.
- Používejte vysokotlaké řezné kapaliny s vysokým průtokem pro zajištění tepelné stability během obrábění, čímž se zabrání degeneraci povrchu a poškození nástroje v důsledku nadměrných teplot.
- Udržujte ostří nože ostré. Tupé nástroje mohou vést k akumulaci tepla a zvýšenému opotřebení, což výrazně zvyšuje riziko selhání nástroje.
- Obrábějte titanové slitiny v jejich nejměkčím stavu, kdykoli je to možné.CNC obráběcí zpracováníse po vytvrzení stává obtížnější, protože tepelné zpracování zvyšuje pevnost materiálu a urychluje opotřebení čepele.
- Při řezání používejte velký poloměr hrotu nebo zkosení, abyste maximalizovali kontaktní plochu kotouče. Tato strategie může snížit řezné síly a teplo v každém bodě, což pomáhá předcházet místnímu zlomení. Při frézování titanových slitin má na životnost nástroje nejvýraznější vliv řezná rychlost, následovaná radiální hloubkou řezu.
Vyřešte problémy se zpracováním titanu tím, že začnete s čepelí.
Opotřebení drážky čepele, ke kterému dochází při zpracování slitin titanu, je lokalizované opotřebení, které se děje podél zadní a přední části čepele ve směru hloubky řezu. Toto opotřebení je často způsobeno vytvrzenou vrstvou, která zbyla z předchozích obráběcích procesů. Navíc při teplotách zpracování přesahujících 800 °C přispívají chemické reakce a difúze mezi nástrojem a materiálem obrobku ke vzniku opotřebení drážky.
Během obrábění se mohou molekuly titanu z obrobku hromadit před ostřím vlivem vysokého tlaku a teploty, což vede k jevu známému jako nahromaděná hrana. Když se tato nahromaděná hrana oddělí od kotouče, může odstranit karbidový povlak na kotouči. Výsledkem je, že zpracování titanových slitin vyžaduje použití speciálních materiálů a geometrií čepelí.
Struktura nástroje vhodná pro zpracování titanu
Zpracování titanových slitin se primárně točí kolem řízení tepla. Aby bylo teplo účinně odváděno, musí být na řeznou hranu přesně a rychle aplikováno značné množství vysokotlaké řezné kapaliny. Kromě toho jsou k dispozici specializované konstrukce fréz, které jsou speciálně přizpůsobeny pro zpracování slitin titanu.
Počínaje konkrétní metodou obrábění
Soustružení
Výrobky z titanové slitiny mohou dosáhnout dobré drsnosti povrchu během soustružení a mechanické zpevnění není závažné. Řezná teplota je však vysoká, což vede k rychlému opotřebení nástroje. Abychom tyto vlastnosti řešili, zaměřujeme se především na následující opatření týkající se nástrojů a řezných parametrů:
Materiály nářadí:Na základě stávajících podmínek továrny jsou vybrány nástrojové materiály YG6, YG8 a YG10HT.
Parametry geometrie nástroje:vhodné přední a zadní úhly nástroje, zaoblení špičky nástroje.
Při otáčení vnějšího kruhu je důležité udržovat nízkou řeznou rychlost, mírný posuv, větší hloubku řezu a dostatečné chlazení. Hrot nástroje by neměl být výše než střed obrobku, protože to může vést k jeho zaseknutí. Navíc při dokončování a soustružení tenkostěnných dílů by měl být hlavní úhel vychýlení nástroje obecně mezi 75 a 90 stupni.
Frézování
Frézování výrobků z titanové slitiny je obtížnější než soustružení, protože frézování je přerušované řezání a třísky se snadno přichytí k ostří. Když se lepkavé zuby znovu zaříznou do obrobku, lepkavé třísky se odklepnou a odebere se malý kousek materiálu nástroje, což má za následek vylamování, což značně snižuje životnost nástroje.
Metoda frézování:obecně používejte frézování dolů.
Materiál nářadí:rychlořezná ocel M42.
Pro zpracování legované oceli se obvykle nepoužívá frézování. Je to způsobeno především vlivem mezery mezi vodicím šroubem obráběcího stroje a maticí. Při souvislém frézování, když fréza zabírá s obrobkem, se síla složky ve směru posuvu vyrovnává se samotným směrem posuvu. Toto vyrovnání může vést k přerušovanému pohybu stolu obrobku, což zvyšuje riziko zlomení nástroje.
Navíc při souvislém frézování narazí zuby frézy na tvrdou vrstvu na břitu, což může způsobit poškození nástroje. Při zpětném frézování přecházejí třísky z tenkých na tlusté, což činí počáteční fázi řezání náchylnou k suchému tření mezi nástrojem a obrobkem. To může zhoršit přilnavost třísek a vylamování nástroje.
Pro dosažení hladšího frézování titanových slitin je třeba vzít v úvahu několik úvah: zmenšení předního úhlu a zvětšení zadního úhlu ve srovnání se standardními frézami. Je vhodné používat nižší frézovací rychlosti a rozhodnout se pro frézy s ostrými zuby a zároveň se vyhnout frézám s lopatkovými zuby.
Klepání
Při řezání závitů na výrobky z titanové slitiny se mohou malé třísky snadno přilepit na čepel a obrobek. To vede ke zvýšené drsnosti povrchu a kroutícímu momentu. Nesprávný výběr a použití závitníků může způsobit zpevnění, mít za následek velmi nízkou efektivitu zpracování a příležitostně vést ke zlomení závitníku.
Pro optimalizaci závitování je vhodné upřednostnit použití přeskočeného závitníku s jedním závitem na místě. Počet zubů na závitníku by měl být menší než u standardního závitníku, obvykle kolem 2 až 3 zubů. Upřednostňuje se větší úhel úkosu řezu, přičemž kuželová část obecně měří 3 až 4 délky závitu. Pro usnadnění odstraňování třísek lze na řezný kužel vybrousit i negativní úhel sklonu. Použití kratších závitníků může zvýšit tuhost kužele. Kromě toho by měl být zpětný kužel o něco větší než standardní, aby se snížilo tření mezi kuželem a obrobkem.
Vystružování
Při vystružování titanové slitiny není opotřebení nástroje obecně závažné, což umožňuje použití výstružníků z tvrdokovu i rychlořezné oceli. Při použití karbidových výstružníků je nezbytné zajistit tuhost procesního systému, podobnou jako při vrtání, aby se zabránilo vylamování výstružníku.
Hlavním problémem při vystružování otvorů z titanové slitiny je dosažení hladkého povrchu. Aby se zabránilo přilepení čepele ke stěně otvoru, měla by být šířka čepele výstružníku opatrně zúžena pomocí olejového kamene, přičemž je stále zajištěna dostatečná pevnost. Typicky by šířka čepele měla být mezi 0,1 mm a 0,15 mm.
Přechod mezi řeznou hranou a kalibrační částí by měl mít hladký oblouk. Po opotřebení je nutná pravidelná údržba, která zajistí, že velikost oblouku každého zubu zůstane stejná. V případě potřeby lze kalibrační část zvětšit pro lepší výkon.
Vrtání
Vrtání titanových slitin představuje značné problémy, protože často způsobuje spálení nebo zlomení vrtáků během zpracování. To je způsobeno především problémy, jako je nesprávné broušení vrtáků, nedostatečné odstraňování třísek, nedostatečné chlazení a špatná tuhost systému.
Pro efektivní vrtání titanových slitin je nezbytné zaměřit se na následující faktory: zajistit správné broušení vrtáku, použít větší horní úhel, snížit přední úhel vnější hrany, zvětšit zadní úhel vnější hrany a upravit zadní kužel 2 až 3krát větší než u standardního vrtáku. Je důležité často nástroj zatahovat, aby se třísky rychle odstranily, a zároveň sledovat tvar a barvu třísek. Pokud se třísky zdají chmýří nebo pokud se jejich barva během vrtání změní, znamená to, že se vrták tupí a je třeba jej vyměnit nebo naostřit.
Kromě toho musí být vrtací šablona bezpečně připevněna k pracovnímu stolu s vodicí čepelí blízko opracovávané plochy. Kdykoli je to možné, doporučujeme použít krátký vrták. Je-li použito ruční podávání, je třeba dbát na to, aby se vrták neposouval nebo neustupoval v otvoru. Pokud tak učiníte, může dojít k odírání čepele vrtáku o obráběný povrch, což vede k mechanickému zpevnění a otupení vrtáku.
Broušení
Běžné problémy při broušeníCNC díly z titanové slitinyzahrnují ucpání brusného kotouče v důsledku přilepených třísek a povrchových popálenin na součástech. K tomu dochází, protože slitiny titanu mají špatnou tepelnou vodivost, což vede k vysokým teplotám v zóně broušení. To zase způsobuje lepení, difúzi a silné chemické reakce mezi slitinou titanu a brusným materiálem.
Přítomnost lepkavých třísek a ucpaných brusných kotoučů výrazně snižuje brusný poměr. Navíc difúze a chemické reakce mohou vést k povrchovým popáleninám na obrobku, což v konečném důsledku snižuje únavovou pevnost součásti. Tento problém je zvláště výrazný při broušení odlitků ze slitiny titanu.
K vyřešení tohoto problému byla přijata tato opatření:
Vyberte si vhodný materiál brusného kotouče: zelený karbid křemíku TL. Mírně nižší tvrdost brusného kotouče: ZR1.
Řezání materiálů z titanové slitiny musí být řízeno nástrojovými materiály, řeznými kapalinami a parametry zpracování, aby se zvýšila celková efektivita zpracování.
Pokud se chcete dozvědět více nebo dotaz, neváhejte nás kontaktovatinfo@anebon.com
Hot Sale: Továrna v Číně vyrábíCNC soustružení komponentůa malé CNCFrézovací komponenty.
Anebon se zaměřuje na expanzi na mezinárodním trhu a vybudoval si silnou zákaznickou základnu v evropských zemích, USA, na Středním východě a v Africe. Společnost upřednostňuje kvalitu jako svůj základ a zaručuje vynikající služby, které uspokojí potřeby všech zákazníků.
Čas odeslání: 29. října 2024