بررسی مشکلات کار با آلیاژهای تیتانیوم

از زمان کشف تیتانیوم در سال 1790، بشر برای بیش از یک قرن در حال بررسی خواص خارق العاده آن بوده است. در سال 1910، فلز تیتانیوم برای اولین بار تولید شد، اما سفر به سمت استفاده از آلیاژهای تیتانیوم طولانی و چالش برانگیز بود. تا سال 1951 بود که تولید صنعتی به واقعیت تبدیل شد.

آلیاژهای تیتانیوم به دلیل استحکام ویژه بالا، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر خستگی شناخته می شوند. وزن آنها تنها 60 درصد به اندازه فولاد در همان حجم است، اما از فولاد آلیاژی قوی تر هستند. با توجه به این خواص عالی، آلیاژهای تیتانیوم به طور فزاینده ای در زمینه های مختلف از جمله هوانوردی، هوا فضا، تولید برق، انرژی هسته ای، کشتیرانی، مواد شیمیایی و تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.

دلایلی که چرا آلیاژهای تیتانیوم پردازش آنها دشوار است

چهار ویژگی اصلی آلیاژهای تیتانیوم - رسانایی حرارتی کم، سخت شدن کار قابل توجه، میل ترکیبی بالا برای ابزارهای برش و تغییر شکل پلاستیک محدود - دلایل اصلی چالش این مواد برای پردازش هستند. عملکرد برش آنها تنها حدود 20٪ از فولاد با برش آسان است.

هدایت حرارتی کم

آلیاژهای تیتانیوم دارای رسانایی حرارتی هستند که تنها حدود 16 درصد از فولاد 45# است. این توانایی محدود برای انتقال گرما در طول پردازش منجر به افزایش قابل توجه دما در لبه برش می شود. در واقع، دمای نوک در طول پردازش می تواند بیش از 100٪ از فولاد 45# تجاوز کند. این درجه حرارت بالا به راحتی باعث ساییدگی منتشر در ابزار برش می شود.

سخت شدن کار شدید

آلیاژ تیتانیوم یک پدیده سخت شدن کار قابل توجهی را نشان می دهد که در نتیجه یک لایه سخت شدن سطح برجسته تر در مقایسه با فولاد ضد زنگ می باشد. این می تواند منجر به چالش هایی در پردازش بعدی شود، مانند افزایش سایش ابزار.

تمایل زیاد با ابزارهای برش

چسبندگی شدید با کاربید سیمانی حاوی تیتانیوم.

تغییر شکل پلاستیکی کوچک

مدول الاستیک فولاد 45 تقریباً نصف است که منجر به بازیابی قابل ارتجاعی و اصطکاک شدید می شود. علاوه بر این، قطعه کار مستعد تغییر شکل گیره است.

نکات فنی برای ماشینکاری آلیاژهای تیتانیوم

بر اساس درک ما از مکانیسم‌های ماشین‌کاری آلیاژهای تیتانیوم و تجربیات قبلی، در اینجا توصیه‌های فنی اصلی برای ماشین‌کاری این مواد وجود دارد:

- از تیغه هایی با هندسه زاویه مثبت برای به حداقل رساندن نیروهای برش، کاهش حرارت برش و کاهش تغییر شکل قطعه کار استفاده کنید.

- نرخ تغذیه ثابت را برای جلوگیری از سخت شدن قطعه کار حفظ کنید. در طول فرآیند برش، ابزار باید همیشه در خوراک باشد. برای فرزکاری، عمق برش شعاعی (ae) باید 30 درصد شعاع ابزار باشد.

- از سیالات برش فشار بالا و جریان بالا برای اطمینان از پایداری حرارتی در حین ماشینکاری، جلوگیری از انحطاط سطح و آسیب ابزار به دلیل دمای بیش از حد استفاده کنید.

- لبه تیغه را تیز نگه دارید. ابزارهای کسل کننده می توانند منجر به تجمع گرما و افزایش سایش شوند و به طور قابل توجهی خطر خرابی ابزار را افزایش دهند.

- آلیاژهای تیتانیوم را در نرم ترین حالت خود در صورت امکان ماشین کنید.پردازش ماشینکاری CNCپس از سخت شدن سخت تر می شود، زیرا عملیات حرارتی استحکام مواد را افزایش می دهد و سایش تیغه را تسریع می کند.

- هنگام برش از شعاع نوک بزرگ یا پخ استفاده کنید تا سطح تماس تیغه به حداکثر برسد. این استراتژی می تواند نیروهای برشی و حرارت را در هر نقطه کاهش دهد و به جلوگیری از شکستگی موضعی کمک کند. هنگام آسیاب کردن آلیاژهای تیتانیوم، سرعت برش بیشترین تأثیر را بر عمر ابزار دارد و به دنبال آن عمق برش شعاعی قرار دارد.

مشکلات پردازش تیتانیوم را با شروع با تیغه حل کنید.

سایش شیار تیغه که در طول پردازش آلیاژهای تیتانیوم رخ می دهد، سایش موضعی است که در امتداد پشت و جلوی تیغه، به دنبال جهت عمق برش اتفاق می افتد. این سایش اغلب به دلیل یک لایه سخت شده به جا مانده از فرآیندهای ماشینکاری قبلی ایجاد می شود. علاوه بر این، در دمای پردازش بیش از 800 درجه سانتیگراد، واکنش های شیمیایی و انتشار بین ابزار و مواد قطعه کار به ایجاد سایش شیار کمک می کند.

در حین ماشینکاری، مولکول های تیتانیوم از قطعه کار می توانند به دلیل فشار و دمای بالا در جلوی تیغه جمع شوند که منجر به پدیده ای به نام لبه ساخته شده می شود. هنگامی که این لبه ساخته شده از تیغه جدا می شود، می تواند پوشش کاربید روی تیغه را جدا کند. در نتیجه، پردازش آلیاژهای تیتانیوم استفاده از مواد و هندسه های تخصصی تیغه را ضروری می کند.

ساختار ابزار مناسب برای پردازش تیتانیوم

پردازش آلیاژهای تیتانیوم در درجه اول حول مدیریت گرما می چرخد. برای دفع موثر گرما، مقدار قابل توجهی از مایع برش فشار بالا باید به طور دقیق و سریع روی لبه برش اعمال شود. علاوه بر این، طرح های برش فرز تخصصی موجود است که به طور خاص برای پردازش آلیاژ تیتانیوم طراحی شده است.

شروع از روش ماشینکاری خاص

چرخاندن

محصولات آلیاژ تیتانیوم می توانند زبری سطح خوبی را در طول چرخش به دست آورند و سخت شدن کار شدید نیست. با این حال، دمای برش بالا است، که منجر به سایش سریع ابزار می شود. برای پرداختن به این ویژگی ها، ما در درجه اول روی اقدامات زیر در مورد ابزارها و پارامترهای برش تمرکز می کنیم:

مواد ابزار:بر اساس شرایط موجود کارخانه، مواد ابزار YG6، YG8 و YG10HT انتخاب می شوند.

پارامترهای هندسه ابزار:زوایای مناسب ابزار جلو و عقب، گرد کردن نوک ابزار.

هنگام چرخاندن دایره بیرونی، حفظ سرعت برش کم، سرعت تغذیه متوسط، عمق برش عمیق تر و خنک کننده کافی مهم است. نوک ابزار نباید بالاتر از مرکز قطعه کار باشد، زیرا ممکن است منجر به گیر کردن آن شود. علاوه بر این، هنگام تکمیل و چرخاندن قطعات جدار نازک، زاویه انحراف اصلی ابزار به طور کلی باید بین 75 تا 90 درجه باشد.

آسیاب

فرز کردن محصولات آلیاژ تیتانیوم دشوارتر از تراشکاری است، زیرا فرز برش متناوب است و براده ها به راحتی به تیغه می چسبند. هنگامی که دندانه های چسبنده دوباره روی قطعه کار بریده می شوند، تراشه های چسبنده از بین می روند و قطعه کوچکی از مواد ابزار برداشته می شود و در نتیجه براده می شود که دوام ابزار را بسیار کاهش می دهد.

روش آسیاب:به طور کلی از آسیاب پایین استفاده کنید.

مواد ابزار:فولاد پرسرعت M42.

آسیاب پایین معمولاً برای پردازش فولاد آلیاژی استفاده نمی شود. این عمدتاً به دلیل تأثیر شکاف بین پیچ سرب ماشین ابزار و مهره است. در حین آسیاب پایین، زمانی که فرز با قطعه کار درگیر می شود، نیروی مؤلفه در جهت تغذیه با جهت تغذیه خود همسو می شود. این تراز می تواند منجر به حرکت متناوب میز قطعه کار شود و خطر شکستگی ابزار را افزایش دهد.

علاوه بر این، در فرز پایین، دندانه های کاتر با یک لایه سخت در لبه برش مواجه می شوند که می تواند باعث آسیب به ابزار شود. در آسیاب معکوس، تراشه ها از نازک به ضخیم تغییر می کنند و فاز برش اولیه را مستعد اصطکاک خشک بین ابزار و قطعه کار می کند. این می تواند چسبندگی تراشه و براده شدن ابزار را تشدید کند.

برای دستیابی به آسیاب نرم تر آلیاژهای تیتانیوم، چندین ملاحظات باید در نظر گرفته شود: کاهش زاویه جلو و افزایش زاویه عقب در مقایسه با فرزهای استاندارد. توصیه می‌شود از سرعت‌های فرز پایین‌تر استفاده کنید و از فرزهای دندانه‌ای تیز استفاده کنید و در عین حال از فرزهای بیل‌زنی خودداری کنید.

ضربه زدن

هنگام ضربه زدن به محصولات آلیاژ تیتانیوم، تراشه های کوچک می توانند به راحتی به تیغه و قطعه کار بچسبند. این منجر به افزایش زبری سطح و گشتاور می شود. انتخاب و استفاده نادرست از شیرها می تواند باعث سخت شدن کار شود، منجر به راندمان بسیار پایین پردازش شود و گهگاه منجر به شکستگی شیر آب شود.

برای بهینه‌سازی ضربه زدن، توصیه می‌شود با استفاده از ضربه زدن یک رشته در محل اولویت‌بندی کنید. تعداد دندان های روی شیر باید کمتر از یک شیر معمولی باشد، معمولاً حدود 2 تا 3 دندان. یک زاویه مخروطی برش بزرگتر ترجیح داده می شود، با قسمت مخروطی معمولاً 3 تا 4 طول نخ اندازه گیری می شود. برای کمک به برداشتن تراشه، می توان یک زاویه شیب منفی را نیز روی مخروط برش آسیاب کرد. استفاده از شیرهای کوتاه تر می تواند استحکام مخروطی را افزایش دهد. علاوه بر این، مخروطی معکوس باید کمی بزرگتر از استاندارد باشد تا اصطکاک بین مخروطی و قطعه کار کاهش یابد.

ریمینگ

هنگام ریم کردن آلیاژ تیتانیوم، سایش ابزار به طور کلی شدید نیست، و امکان استفاده از قلاب های فولادی کاربید و پرسرعت را فراهم می کند. هنگام استفاده از ریمورهای کاربید، اطمینان از صلبیت سیستم فرآیند، مشابه آنچه در حفاری استفاده می‌شود، ضروری است تا از خرد شدن ریمر جلوگیری شود.

چالش اصلی در باز کردن سوراخ های آلیاژ تیتانیوم، دستیابی به یک سطح صاف است. برای جلوگیری از چسبیدن تیغه به دیواره سوراخ، عرض تیغه ریمر باید با دقت با استفاده از سنگ روغنی باریک شود و در عین حال از استحکام کافی اطمینان حاصل شود. به طور معمول، عرض تیغه باید بین 0.1 میلی متر تا 0.15 میلی متر باشد.

انتقال بین لبه برش و بخش کالیبراسیون باید دارای یک قوس صاف باشد. نگهداری منظم پس از سایش ضروری است، تا اطمینان حاصل شود که اندازه قوس هر دندان ثابت می ماند. در صورت نیاز، بخش کالیبراسیون را می توان برای عملکرد بهتر بزرگ کرد.

حفاری

حفاری آلیاژهای تیتانیوم چالش‌های مهمی را ایجاد می‌کند که اغلب باعث سوختن یا شکستن مته‌ها در طول پردازش می‌شود. این در درجه اول ناشی از مسائلی مانند سنگ زنی نامناسب مته، حذف ناکافی تراشه، خنک کننده ناکافی و استحکام ضعیف سیستم است.

برای حفاری موثر آلیاژهای تیتانیوم، تمرکز بر عوامل زیر ضروری است: اطمینان از سنگ زنی مناسب مته، استفاده از زاویه بالایی بزرگتر، کاهش زاویه جلوی لبه بیرونی، افزایش زاویه پشت لبه بیرونی، و تنظیم مخروط پشتی 2 تا 3 برابر مته استاندارد. بازگرداندن مکرر ابزار برای حذف سریع تراشه ها و همچنین نظارت بر شکل و رنگ تراشه ها بسیار مهم است. اگر براده ها پر به نظر می رسند یا رنگ آنها در حین سوراخ کاری تغییر می کند، نشان دهنده این است که مته در حال کند شدن است و باید تعویض یا تیز شود.

علاوه بر این، مته باید به طور ایمن روی میز کار ثابت شود و تیغه راهنما نزدیک به سطح پردازش باشد. توصیه می شود در صورت امکان از مته کوتاه استفاده کنید. هنگامی که از تغذیه دستی استفاده می شود، باید مراقب بود که مته در داخل سوراخ جلو نرود یا عقب ننشیند. انجام این کار می تواند باعث ساییدگی تیغه مته بر روی سطح پردازش شود و منجر به سفت شدن کار و کدر شدن مته شود.

سنگ زنی

مشکلات رایجی که هنگام سنگ زنی با آن مواجه می شوندقطعات آلیاژ تیتانیوم CNCشامل گرفتگی چرخ سنگ زنی به دلیل گیرکردن براده ها و سوختگی سطح روی قطعات. این به این دلیل رخ می دهد که آلیاژهای تیتانیوم رسانایی حرارتی ضعیفی دارند که منجر به دماهای بالا در منطقه آسیاب می شود. این به نوبه خود باعث ایجاد پیوند، انتشار و واکنش های شیمیایی قوی بین آلیاژ تیتانیوم و مواد ساینده می شود.

وجود تراشه های چسبنده و گرفتگی چرخ های سنگ زنی به طور قابل توجهی نسبت سنگ زنی را کاهش می دهد. علاوه بر این، انتشار و واکنش های شیمیایی می تواند منجر به سوختگی سطحی روی قطعه کار شود و در نهایت باعث کاهش استحکام خستگی قطعه شود. این مشکل به ویژه هنگام آسیاب ریخته گری آلیاژ تیتانیوم آشکار می شود.

برای حل این مشکل اقدامات انجام شده عبارتند از:

مواد چرخ سنگ زنی مناسب را انتخاب کنید: کاربید سیلیکون سبز TL. سختی چرخ سنگ زنی کمی کمتر: ZR1.

برش مواد آلیاژ تیتانیوم باید از طریق مواد ابزار، سیالات برش و پارامترهای پردازش کنترل شود تا بازده کلی پردازش افزایش یابد.

اگر می خواهید بیشتر بدانید یا سوالی داشته باشید، لطفا با ما تماس بگیریدinfo@anebon.com

فروش داغ: کارخانه در چین تولید می شودقطعات تراشکاری CNCو CNC کوچکاجزای آسیاب.

Anebon بر گسترش در بازار بین المللی تمرکز دارد و یک پایگاه مشتری قوی در کشورهای اروپایی، ایالات متحده آمریکا، خاورمیانه و آفریقا ایجاد کرده است. این شرکت کیفیت را به عنوان پایه و اساس خود در اولویت قرار می دهد و خدمات عالی را برای رفع نیازهای همه مشتریان تضمین می کند.