Warum ist Titanlegierung ein schwer zu bearbeitendes Material?

 

1. Physikalische Phänomene der Titanbearbeitung

Die Schnittkraft bei der Verarbeitung von Titanlegierungen ist etwas höher als die von Stahl mit gleicher Härte. Dennoch ist das physikalische Phänomen der Verarbeitung von Titanlegierungen viel komplizierter als das der Verarbeitung von Stahl, was die Verarbeitung von Titanlegierungen vor enorme Schwierigkeiten stellt.

Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Titanlegierungen ist sehr gering, sie beträgt nur 1/7 von Stahl und 1/16 von Aluminium. Daher wird die beim Schneiden von Titanlegierungen entstehende Wärme nicht schnell auf das Werkstück übertragen oder von den Spänen abgeführt. Dennoch sammelt es sich im Schneidbereich an und die erzeugte Temperatur kann bis zu 1.000 °C oder mehr betragen, was dazu führt, dass die Schneidkante des Werkzeugs schnell verschleißt, abplatzt und reißt. Die Bildung einer Aufbauschneide und das schnelle Auftreten einer abgenutzten Kante erzeugen mehr Wärme im Schneidbereich, was die Lebensdauer des Werkzeugs weiter verkürzt.Titanbearbeitung

Die beim Schneidvorgang entstehenden hohen Temperaturen zerstören auch die Oberflächenintegrität der Titanlegierungsteile, was zu einer Verschlechterung der geometrischen Genauigkeit der Teile und einer Kaltverfestigung führt, die ihre Ermüdungsfestigkeit erheblich verringert.

Die Elastizität von Titanlegierungen kann sich positiv auf die Leistung von Teilen auswirken, beim Schneiden ist jedoch die elastische Verformung des Werkstücks eine wesentliche Ursache für Vibrationen. Durch den Schneiddruck bewegt sich das „elastische“ Werkstück vom Werkzeug weg und springt zurück, sodass die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück größer ist als die Schneidwirkung. Der Reibungsprozess erzeugt außerdem Wärme, was das Problem der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen verschärft.

Noch gravierender ist dieses Problem bei der Bearbeitung dünnwandiger oder ringförmiger, leicht verformbarer Teile. Es ist nicht einfach, dünnwandige Teile aus Titanlegierung mit der erwarteten Maßgenauigkeit zu bearbeiten. Wenn das Werkzeug das Werkstückmaterial wegdrückt, überschreitet die lokale Verformung der dünnen Wand den elastischen Bereich; Es kommt zu einer plastischen Verformung und die Materialfestigkeit und Härte der Schneidspitze nimmt deutlich zu. Die Bearbeitung mit der zuvor ermittelten Schnittgeschwindigkeit wird zu hoch, was zu starkem Werkzeugverschleiß führt.

„Heiß“ ist der „Übeltäter“, der die Verarbeitung von Titanlegierungen zu einer Herausforderung macht!

 

2. Technologisches Know-how für die CNC-Bearbeitung von Titan 

Basierend auf dem Verständnis des Verarbeitungsmechanismus von Titanlegierungen und der Hinzufügung von Erfahrung ist das primäre Prozess-Know-how für die Verarbeitung von Titanlegierungen wie folgt:

(1) Wendeschneidplatten mit positiver Geometrie werden verwendet, um die Schnittkraft, die Schnittwärme und die Verformung des Werkstücks zu reduzieren.

(2) Halten Sie einen konstanten Vorschub ein, um eine Verhärtung des Werkstücks zu vermeiden. Das Werkzeug sollte sich während des Schneidvorgangs immer im Vorschubzustand befinden und der radiale Schnittbetrag sollte beim Fräsen 30 % des Radius betragen.

(3) Schneidflüssigkeit mit hohem Druck und großem Durchfluss wird verwendet, um die thermische Stabilität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen und eine Degeneration der Werkstückoberfläche und Werkzeugschäden aufgrund übermäßiger Temperaturen zu verhindern.

(4) Halten Sie die Klingenkante scharf; Stumpfe Werkzeuge verursachen Hitzeentwicklung und Verschleiß, was schnell zum Ausfall des Werkzeugs führt.

(5) Bearbeitung möglichst im weichsten Zustand der Titanlegierung, da das Material nach dem Härten schwieriger zu bearbeiten ist und die Wärmebehandlung die Festigkeit des Materials und den Verschleiß des Einsatzes erhöht.

(6) Verwenden Sie einen großen Nasenradius oder eine Fase, um so weit wie möglich in die Schneidkante einzuschneiden. Dies reduziert Schnittkraft und Hitze an jeder Stelle und verhindert lokale Brüche. Beim Fräsen von Titanlegierungen hat unter den Schnittparametern die Schnittgeschwindigkeit den größten Einfluss auf die Standzeit vc, gefolgt vom radialen Eingriff (Frästiefe) ae.

 

3. Beginnen Sie mit der Klinge, um das Titanverarbeitungsproblem zu lösen

Der Verschleiß der Schneidplattennut bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist der lokale Verschleiß der Vorder- und Rückseite in Schnitttiefenrichtung, der häufig durch die durch die vorherige Bearbeitung zurückgebliebene gehärtete Schicht verursacht wird. Auch die chemische Reaktion und Diffusion des Werkzeugs und des Werkstückmaterials bei einer Bearbeitungstemperatur von mehr als 800 °C sind Ursachen für die Entstehung von Rillenverschleiß. Denn während des Bearbeitungsprozesses sammeln sich die Titanmoleküle des Werkstücks an der Vorderseite der Klinge an und werden unter hohem Druck und hoher Temperatur mit der Klingenkante „verschweißt“ und bilden eine Aufbauschneide. Wenn sich die Aufbauschneide von der Schneidkante ablöst, wird die Hartmetallbeschichtung der Wendeschneidplatte entfernt, sodass für die Titanbearbeitung einzigartige Wendeschneidplattenmaterialien und -geometrien erforderlich sind.cKundenspezifische Präzisionsbearbeitung

 

4. Werkzeugstruktur geeignet für die Titanbearbeitung

Der Schwerpunkt bei der Verarbeitung von Titanlegierungen liegt auf der Wärme, und eine große Menge Hochdruck-Schneidflüssigkeit muss schnell und präzise auf die Schneidkante gesprüht werden, um die Wärme schnell abzuleiten. Es gibt einzigartige Konfigurationen von Fräsern speziell für die Bearbeitung von Titan.