Dalla scoperta del titanio nel 1790, l’uomo ha esplorato le sue straordinarie proprietà per oltre un secolo. Nel 1910 fu prodotto per la prima volta il titanio, ma il viaggio verso l’utilizzo delle leghe di titanio fu lungo e impegnativo. Fu solo nel 1951 che la produzione industriale divenne realtà.
Le leghe di titanio sono note per la loro elevata resistenza specifica, resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature e resistenza alla fatica. Pesano solo il 60% dell'acciaio a parità di volume, ma sono più resistenti dell'acciaio legato. Grazie a queste eccellenti proprietà, le leghe di titanio vengono sempre più utilizzate in vari campi, tra cui l’aviazione, l’aerospaziale, la produzione di energia, l’energia nucleare, la navigazione, i prodotti chimici e le apparecchiature mediche.
Motivi per cui le leghe di titanio sono difficili da lavorare
Le quattro caratteristiche principali delle leghe di titanio – bassa conduttività termica, significativo incrudimento, elevata affinità per gli utensili da taglio e deformazione plastica limitata – sono le ragioni principali per cui questi materiali sono difficili da lavorare. La loro prestazione di taglio è solo il 20% circa di quella dell'acciaio facile da tagliare.
Bassa conduttività termica
Le leghe di titanio hanno una conduttività termica che è solo circa il 16% di quella dell'acciaio 45#. Questa limitata capacità di dissipare il calore durante la lavorazione porta ad un notevole aumento della temperatura sul tagliente; infatti, la temperatura della punta durante la lavorazione può superare quella dell'acciaio 45# di oltre il 100%. Questa temperatura elevata provoca facilmente un'usura diffusa dell'utensile da taglio.
Grave incrudimento del lavoro
La lega di titanio presenta un significativo fenomeno di incrudimento, che risulta in uno strato di indurimento superficiale più pronunciato rispetto all'acciaio inossidabile. Ciò può comportare difficoltà nella lavorazione successiva, come una maggiore usura degli utensili.
Elevata affinità con gli utensili da taglio
Adesione forte con carburo cementato contenente titanio.
Piccola deformazione plastica
Il modulo elastico dell'acciaio 45 è circa la metà, comportando un notevole recupero elastico e un forte attrito. Inoltre, il pezzo è suscettibile alla deformazione del bloccaggio.
Consigli tecnologici per la lavorazione delle leghe di titanio
Sulla base della nostra comprensione dei meccanismi di lavorazione delle leghe di titanio e delle esperienze precedenti, ecco le principali raccomandazioni tecnologiche per la lavorazione di questi materiali:
- Utilizzare lame con geometria ad angolo positivo per ridurre al minimo le forze di taglio, ridurre il calore di taglio e diminuire la deformazione del pezzo.
- Mantenere una velocità di avanzamento costante per evitare l'indurimento del pezzo. L'utensile deve essere sempre in avanzamento durante il processo di taglio. Per la fresatura, la profondità di taglio radiale (ae) deve essere pari al 30% del raggio dell'utensile.
- Impiegare fluidi da taglio ad alta pressione e ad alto flusso per garantire la stabilità termica durante la lavorazione, prevenendo la degenerazione della superficie e danni all'utensile dovuti a temperature eccessive.
- Mantenere il filo della lama affilato. Gli utensili smussati possono portare all'accumulo di calore e ad una maggiore usura, aumentando significativamente il rischio di guasti all'utensile.
- Lavorare le leghe di titanio nel loro stato più morbido quando possibile.Elaborazione di lavorazione CNCdiventa più difficile dopo l'indurimento, poiché il trattamento termico aumenta la resistenza del materiale e accelera l'usura della lama.
- Utilizzare un raggio di punta ampio o uno smusso durante il taglio per massimizzare l'area di contatto della lama. Questa strategia può ridurre le forze di taglio e il calore in ogni punto, contribuendo a prevenire rotture locali. Nella fresatura di leghe di titanio, la velocità di taglio ha l'impatto più significativo sulla durata dell'utensile, seguita dalla profondità di taglio radiale.
Risolvi i problemi di lavorazione del titanio iniziando dalla lama.
L'usura del solco della lama che si verifica durante la lavorazione delle leghe di titanio è un'usura localizzata che avviene lungo la parte posteriore e anteriore della lama, seguendo la direzione della profondità di taglio. Questa usura è spesso causata da uno strato indurito rimasto da precedenti processi di lavorazione. Inoltre, a temperature di lavorazione superiori a 800°C, le reazioni chimiche e la diffusione tra l'utensile e il materiale del pezzo contribuiscono alla formazione di usura della scanalatura.
Durante la lavorazione, le molecole di titanio del pezzo possono accumularsi davanti alla lama a causa dell'elevata pressione e temperatura, provocando un fenomeno noto come tagliente di riporto. Quando questo tagliente di riporto si stacca dalla lama, può rimuovere il rivestimento in carburo sulla lama. Di conseguenza, la lavorazione delle leghe di titanio richiede l’uso di materiali e geometrie specializzate per le lame.
Struttura dell'utensile adatta alla lavorazione del titanio
La lavorazione delle leghe di titanio ruota principalmente attorno alla gestione del calore. Per dissipare efficacemente il calore, una quantità significativa di fluido da taglio ad alta pressione deve essere applicata in modo accurato e tempestivo al tagliente. Inoltre, sono disponibili modelli di frese specializzati appositamente studiati per la lavorazione delle leghe di titanio.
A partire dal metodo di lavorazione specifico
Girando
I prodotti in lega di titanio possono ottenere una buona ruvidità superficiale durante la tornitura e l'incrudimento non è grave. Tuttavia, la temperatura di taglio è elevata, il che porta ad una rapida usura dell'utensile. Per far fronte a queste caratteristiche, ci concentriamo principalmente sulle seguenti misure relative agli utensili e ai parametri di taglio:
Materiali degli strumenti:In base alle condizioni esistenti in fabbrica, vengono selezionati i materiali degli utensili YG6, YG8 e YG10HT.
Parametri della geometria dell'utensile:angoli anteriori e posteriori appropriati dell'utensile, arrotondamento della descrizione comando.
Quando si gira il cerchio esterno, è importante mantenere una velocità di taglio bassa, una velocità di avanzamento moderata, una profondità di taglio maggiore e un raffreddamento adeguato. La punta dell'utensile non deve trovarsi più in alto del centro del pezzo, poiché ciò potrebbe causare l'incastro. Inoltre, durante la finitura e la tornitura di pezzi a pareti sottili, l'angolo di deflessione principale dell'utensile dovrebbe generalmente essere compreso tra 75 e 90 gradi.
Fresatura
La fresatura di prodotti in lega di titanio è più difficile della tornitura, poiché la fresatura è un taglio intermittente e i trucioli si attaccano facilmente alla lama. Quando i denti appiccicosi incidono nuovamente il pezzo, i trucioli appiccicosi vengono staccati e un piccolo pezzo di materiale dell'utensile viene portato via, provocando scheggiature, che riducono notevolmente la durata dell'utensile.
Metodo di fresatura:generalmente utilizzare la fresatura concorde.
Materiale dello strumento:acciaio rapido M42.
La fresatura concorde non viene generalmente utilizzata per la lavorazione dell'acciaio legato. Ciò è dovuto principalmente all'influenza dello spazio tra la vite di comando della macchina utensile e la chiocciola. Durante la fresatura concorde, quando la fresa si impegna con il pezzo da lavorare, la forza componente nella direzione di avanzamento si allinea con la direzione di avanzamento stessa. Questo allineamento può portare a movimenti intermittenti della tavola portapezzo, aumentando il rischio di rottura dell'utensile.
Inoltre, nella fresatura concorde, i denti della fresa incontrano uno strato duro sul tagliente, che può causare danni all'utensile. Nella fresatura inversa, i trucioli passano da sottili a spessi, rendendo la fase di taglio iniziale soggetta ad attrito secco tra l'utensile e il pezzo. Ciò può aggravare l'adesione del truciolo e la scheggiatura dell'utensile.
Per ottenere una fresatura più uniforme delle leghe di titanio, è necessario prendere in considerazione diverse considerazioni: ridurre l'angolo anteriore e aumentare l'angolo posteriore rispetto alle frese standard. Si consiglia di utilizzare velocità di fresatura inferiori e optare per frese a denti affilati evitando frese a denti a pala.
Toccando
Quando si maschiano prodotti in lega di titanio, piccoli trucioli possono facilmente attaccarsi alla lama e al pezzo in lavorazione. Ciò porta ad un aumento della rugosità superficiale e della coppia. La selezione e l'uso impropri dei maschi può causare incrudimento, comportare un'efficienza di lavorazione molto bassa e occasionalmente portare alla rottura del maschio.
Per ottimizzare la maschiatura, è consigliabile dare la priorità all'utilizzo di una maschiatura saltata con un solo thread sul posto. Il numero di denti del rubinetto dovrebbe essere inferiore a quello di un rubinetto standard, in genere circa 2 o 3 denti. È preferibile un angolo di conicità di taglio maggiore, con la sezione conica che generalmente misura da 3 a 4 lunghezze di filettatura. Per facilitare la rimozione dei trucioli, è anche possibile rettificare un angolo di inclinazione negativo sul cono di taglio. L'uso di maschi più corti può migliorare la rigidità del cono. Inoltre, il cono inverso dovrebbe essere leggermente più grande dello standard per ridurre l'attrito tra il cono e il pezzo.
Alesatura
Quando si alesano le leghe di titanio, l'usura dell'utensile generalmente non è grave, consentendo l'uso di alesatori sia in metallo duro che in acciaio ad alta velocità. Quando si utilizzano alesatori in metallo duro, è essenziale garantire la rigidità del sistema di processo, simile a quello utilizzato nella perforazione, per evitare scheggiature dell'alesatore.
La sfida principale nell'alesatura dei fori nelle leghe di titanio è ottenere una finitura liscia. Per evitare che la lama si attacchi alla parete del foro, la larghezza della lama dell'alesatore deve essere attentamente ridotta utilizzando una pietra ad olio, garantendo comunque una resistenza sufficiente. In genere, la larghezza della lama dovrebbe essere compresa tra 0,1 mm e 0,15 mm.
La transizione tra il tagliente e la sezione di calibrazione dovrebbe presentare un arco morbido. Dopo l'usura è necessaria una manutenzione regolare, per garantire che la dimensione dell'arco di ciascun dente rimanga costante. Se necessario, la sezione di calibrazione può essere ampliata per prestazioni migliori.
Perforazione
La foratura delle leghe di titanio presenta sfide significative, che spesso causano la bruciatura o la rottura delle punte durante la lavorazione. Ciò è dovuto principalmente a problemi quali l'affilatura impropria della punta del trapano, l'insufficiente rimozione dei trucioli, il raffreddamento inadeguato e la scarsa rigidità del sistema.
Per forare efficacemente le leghe di titanio, è essenziale concentrarsi sui seguenti fattori: garantire un'adeguata affilatura della punta del trapano, utilizzare un angolo superiore più ampio, ridurre l'angolo anteriore del bordo esterno, aumentare l'angolo posteriore del bordo esterno e regolare il cono posteriore in modo che sia Da 2 a 3 volte quella di una punta da trapano standard. È importante ritrarre frequentemente l'utensile per rimuovere tempestivamente i trucioli, monitorandone anche la forma e il colore. Se i trucioli appaiono piumati o se cambiano colore durante la perforazione, significa che la punta del trapano sta diventando smussata e deve essere sostituita o affilata.
Inoltre, la dima di foratura deve essere fissata saldamente al banco di lavoro, con la lama di guida vicino alla superficie di lavorazione. Si consiglia di utilizzare una punta corta quando possibile. Quando si utilizza l'avanzamento manuale, è necessario fare attenzione a non far avanzare o arretrare la punta del trapano all'interno del foro. Ciò potrebbe causare lo sfregamento della lama del trapano contro la superficie di lavorazione, provocando un incrudimento e l'opacizzazione della punta del trapano.
Rettifica
Problemi comuni riscontrati durante la macinazioneParti in lega di titanio CNCincludono l'intasamento della mola dovuto a trucioli bloccati e bruciature superficiali sulle parti. Ciò si verifica perché le leghe di titanio hanno una scarsa conduttività termica, che porta a temperature elevate nella zona di macinazione. Ciò, a sua volta, provoca legame, diffusione e forti reazioni chimiche tra la lega di titanio e il materiale abrasivo.
La presenza di trucioli appiccicosi e di mole intasate riduce significativamente il rapporto di macinazione. Inoltre, la diffusione e le reazioni chimiche possono provocare bruciature superficiali sul pezzo, riducendo in definitiva la resistenza alla fatica della parte. Questo problema è particolarmente pronunciato quando si rettificano getti di leghe di titanio.
Per risolvere questo problema le misure adottate sono:
Scegli il materiale della mola appropriato: carburo di silicio verde TL. Durezza della mola leggermente inferiore: ZR1.
Il taglio dei materiali in lega di titanio deve essere controllato attraverso i materiali degli utensili, i fluidi da taglio e i parametri di lavorazione per migliorare l'efficienza complessiva della lavorazione.
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Orario di pubblicazione: 29 ottobre 2024