Sinds de ontdekking van titanium in 1790 hebben mensen de buitengewone eigenschappen ervan al meer dan een eeuw onderzocht. In 1910 werd titaniummetaal voor het eerst geproduceerd, maar de reis naar het gebruik van titaniumlegeringen was lang en uitdagend. Pas in 1951 werd industriële productie werkelijkheid.
Titaniumlegeringen staan bekend om hun hoge specifieke sterkte, corrosieweerstand, hoge temperatuurbestendigheid en weerstand tegen vermoeidheid. Ze wegen slechts 60% zoveel als staal bij hetzelfde volume, maar zijn toch sterker dan gelegeerd staal. Vanwege deze uitstekende eigenschappen worden titaniumlegeringen steeds vaker gebruikt op verschillende gebieden, waaronder de luchtvaart, ruimtevaart, energieopwekking, kernenergie, scheepvaart, chemicaliën en medische apparatuur.
Redenen waarom titaniumlegeringen moeilijk te verwerken zijn
De vier belangrijkste kenmerken van titaniumlegeringen – lage thermische geleidbaarheid, aanzienlijke verhardingsharding, een hoge affiniteit voor snijgereedschappen en beperkte plastische vervorming – zijn de belangrijkste redenen waarom deze materialen lastig te verwerken zijn. Hun snijprestaties zijn slechts ongeveer 20% van die van gemakkelijk te snijden staal.
Lage thermische geleidbaarheid
Titaniumlegeringen hebben een thermische geleidbaarheid die slechts ongeveer 16% bedraagt van die van 45#-staal. Dit beperkte vermogen om tijdens de verwerking warmte af te voeren, leidt tot een aanzienlijke temperatuurstijging aan de snijkant; in feite kan de punttemperatuur tijdens de verwerking die van 45 # staal met meer dan 100% overschrijden. Deze verhoogde temperatuur veroorzaakt gemakkelijk diffuse slijtage van het snijgereedschap.
Ernstige werkverharding
Titaniumlegering vertoont een aanzienlijk verhardingsverschijnsel, wat resulteert in een meer uitgesproken oppervlakteverhardingslaag vergeleken met roestvrij staal. Dit kan leiden tot uitdagingen bij de daaropvolgende verwerking, zoals verhoogde slijtage van gereedschappen.
Hoge affiniteit met snijgereedschappen
Sterke hechting met titaniumhoudend hardmetaal.
Kleine plastische vervorming
De elasticiteitsmodulus van 45-staal is ongeveer de helft, wat leidt tot aanzienlijk elastisch herstel en ernstige wrijving. Bovendien is het werkstuk gevoelig voor klemvervorming.
Technologische tips voor het bewerken van titaniumlegeringen
Gebaseerd op ons begrip van de bewerkingsmechanismen voor titaniumlegeringen en eerdere ervaringen, zijn hier de belangrijkste technologische aanbevelingen voor het bewerken van deze materialen:
- Gebruik bladen met een positieve hoekgeometrie om de snijkrachten te minimaliseren, de snijwarmte te verminderen en de vervorming van het werkstuk te verminderen.
- Zorg voor een constante voedingssnelheid om verharding van het werkstuk te voorkomen. Het gereedschap moet tijdens het snijproces altijd in voeding zijn. Voor frezen moet de radiale snijdiepte (ae) 30% van de gereedschapsradius bedragen.
- Gebruik snijvloeistoffen onder hoge druk en een hoog debiet om de thermische stabiliteit tijdens de bewerking te garanderen, waardoor degeneratie van het oppervlak en schade aan het gereedschap als gevolg van te hoge temperaturen worden voorkomen.
- Houd de mesrand scherp. Botte gereedschappen kunnen leiden tot warmteaccumulatie en verhoogde slijtage, waardoor het risico op gereedschapsfalen aanzienlijk toeneemt.
- Bewerk titaniumlegeringen waar mogelijk in hun zachtste staat.CNC-bewerkingscentrumwordt moeilijker na uitharding, omdat warmtebehandeling de sterkte van het materiaal verhoogt en de slijtage van de messen versnelt.
- Gebruik een grote puntradius of afschuining bij het zagen om het contactoppervlak van het blad te maximaliseren. Deze strategie kan de snijkrachten en hitte op elk punt verminderen, waardoor lokale breuk wordt voorkomen. Bij het frezen van titaniumlegeringen heeft de snijsnelheid de grootste invloed op de standtijd, gevolgd door de radiale snijdiepte.
Los titaniumverwerkingsproblemen op door te beginnen met het mes.
De slijtage van de bladgroef die optreedt tijdens de verwerking van titaniumlegeringen is plaatselijke slijtage die optreedt langs de voor- en achterkant van het blad, waarbij de richting van de snijdiepte wordt gevolgd. Deze slijtage wordt vaak veroorzaakt door een verharde laag die overblijft na eerdere bewerkingsprocessen. Bovendien dragen bij verwerkingstemperaturen boven de 800°C chemische reacties en diffusie tussen het gereedschap en het werkstukmateriaal bij aan de vorming van groefslijtage.
Tijdens het bewerken kunnen titaniummoleculen uit het werkstuk zich als gevolg van hoge druk en temperatuur voor het zaagblad ophopen, wat leidt tot een fenomeen dat bekend staat als snedeopbouw. Wanneer deze opgebouwde rand loskomt van het zaagblad, kan deze de hardmetalen coating op het zaagblad verwijderen. Als gevolg hiervan vereist de verwerking van titaniumlegeringen het gebruik van gespecialiseerde bladmaterialen en geometrieën.
Gereedschapsstructuur geschikt voor titaniumbewerking
Bij de verwerking van titaniumlegeringen draait het vooral om het beheersen van de warmte. Om de warmte effectief af te voeren, moet een aanzienlijke hoeveelheid hogedruk-snijvloeistof nauwkeurig en snel op de snijkant worden aangebracht. Daarnaast zijn er gespecialiseerde freesontwerpen beschikbaar die specifiek zijn afgestemd op de verwerking van titaniumlegeringen.
Vertrekkend van de specifieke bewerkingsmethode
Draaien
Producten van titaniumlegeringen kunnen tijdens het draaien een goede oppervlakteruwheid bereiken en de verharding is niet ernstig. De snijtemperatuur is echter hoog, wat leidt tot snelle slijtage van het gereedschap. Om deze kenmerken aan te pakken, richten we ons primair op de volgende maatregelen met betrekking tot gereedschappen en snijparameters:
Gereedschapsmaterialen:Op basis van de bestaande omstandigheden in de fabriek worden YG6-, YG8- en YG10HT-gereedschapsmaterialen geselecteerd.
Parameters voor gereedschapsgeometrie:passende voor- en achterhoeken van het gereedschap, afronding van de gereedschapspunt.
Bij het draaien van de buitenste cirkel is het belangrijk om een lage snijsnelheid, een gematigde voedingssnelheid, een grotere snijdiepte en voldoende koeling aan te houden. De gereedschapspunt mag niet hoger zijn dan het midden van het werkstuk, omdat dit ertoe kan leiden dat deze vastloopt. Bovendien moet bij het nabewerken en draaien van dunwandige onderdelen de hoofdafbuighoek van het gereedschap doorgaans tussen 75 en 90 graden liggen.
Frezen
Het frezen van producten van titaniumlegeringen is moeilijker dan draaien, omdat frezen intermitterend snijden is en de spanen gemakkelijk aan het blad blijven kleven. Wanneer de kleverige tanden weer in het werkstuk snijden, worden de kleverige spanen eraf geslagen en wordt een klein stukje gereedschapsmateriaal weggenomen, wat resulteert in chippen, wat de duurzaamheid van het gereedschap aanzienlijk vermindert.
Freesmethode:gebruik doorgaans neerwaarts frezen.
Materiaal gereedschap:snelstaal M42.
Neerfrezen wordt doorgaans niet gebruikt voor de verwerking van gelegeerd staal. Dit komt voornamelijk door de invloed van de opening tussen de spindel van de werktuigmachine en de moer. Tijdens het neerwaarts frezen, wanneer de frees in het werkstuk grijpt, wordt de componentkracht in de voedingsrichting uitgelijnd met de voedingsrichting zelf. Deze uitlijning kan leiden tot intermitterende bewegingen van de werkstuktafel, waardoor het risico op gereedschapsbreuk toeneemt.
Bovendien komen bij het tegenfrezen de freestanden op de snijkant een harde laag tegen, waardoor gereedschapsschade kan ontstaan. Bij omgekeerd frezen gaan de spanen over van dun naar dik, waardoor de initiële snijfase gevoelig is voor droge wrijving tussen het gereedschap en het werkstuk. Dit kan de adhesie van de spanen en het afbrokkelen van het gereedschap verergeren.
Om soepeler frezen van titaniumlegeringen te bereiken, moet met verschillende overwegingen rekening worden gehouden: het verkleinen van de voorste hoek en het vergroten van de achterhoek in vergelijking met standaard frezen. Het is raadzaam om lagere freessnelheden te gebruiken en te kiezen voor frezen met scherpe tanden en om scheptandfrezen te vermijden.
Tikken
Bij het tappen van producten van titaniumlegering kunnen kleine spanen gemakkelijk aan het zaagblad en het werkstuk blijven kleven. Dit leidt tot een verhoogde oppervlakteruwheid en koppel. Onjuiste selectie en gebruik van tappen kan verharding van het werk veroorzaken, resulteren in een zeer lage verwerkingsefficiëntie en soms leiden tot tapbreuk.
Om het tikken te optimaliseren, is het raadzaam om prioriteit te geven aan het gebruik van één thread-in-place overgeslagen tik. Het aantal tanden op de kraan moet kleiner zijn dan dat van een standaard kraan, meestal rond de 2 tot 3 tanden. Een grotere snijhoek heeft de voorkeur, waarbij het tapse gedeelte doorgaans 3 tot 4 draadlengtes meet. Om de spanenafvoer te vergemakkelijken, kan op de snijconus ook een negatieve hellingshoek worden geslepen. Het gebruik van kortere tappen kan de stijfheid van de conus vergroten. Bovendien moet de omgekeerde tapsheid iets groter zijn dan standaard om de wrijving tussen de tapsheid en het werkstuk te verminderen.
Ruimen
Bij het ruimen van titaniumlegeringen is de slijtage van het gereedschap over het algemeen niet ernstig, waardoor het gebruik van zowel carbide- als hogesnelheidsstaalruimers mogelijk is. Bij het gebruik van hardmetalen ruimers is het essentieel om de stijfheid van het processysteem te garanderen, vergelijkbaar met die bij het boren, om afbrokkeling van de ruimer te voorkomen.
De belangrijkste uitdaging bij het ruimen van gaten in titaniumlegeringen is het bereiken van een gladde afwerking. Om te voorkomen dat het mes aan de wand van het gat blijft plakken, moet de breedte van het ruimermes voorzichtig worden versmald met behulp van een oliesteen, terwijl er toch voldoende sterkte wordt gegarandeerd. Normaal gesproken moet de bladbreedte tussen 0,1 mm en 0,15 mm liggen.
De overgang tussen de snijkant en het kalibratiegedeelte moet een vloeiende boog vertonen. Regelmatig onderhoud is noodzakelijk nadat slijtage optreedt, zodat de booggrootte van elke tand consistent blijft. Indien nodig kan het kalibratiegedeelte worden vergroot voor betere prestaties.
Boren
Het boren van titaniumlegeringen brengt aanzienlijke uitdagingen met zich mee, waardoor boren vaak verbranden of breken tijdens de verwerking. Dit is voornamelijk het gevolg van problemen zoals het onjuist slijpen van de boor, onvoldoende spaanverwijdering, onvoldoende koeling en een slechte systeemstijfheid.
Om effectief titaniumlegeringen te kunnen boren, is het essentieel dat u zich op de volgende factoren concentreert: zorg voor een goede slijping van de boor, gebruik een grotere tophoek, verklein de voorhoek van de buitenrand, vergroot de achterhoek van de buitenrand en pas de tapsheid aan de achterkant aan. 2 tot 3 keer zoveel als een standaard boor. Het is belangrijk om het gereedschap regelmatig terug te trekken om spanen snel te verwijderen, terwijl u ook de vorm en kleur van de spanen in de gaten houdt. Als de spanen er luchtig uitzien of als hun kleur verandert tijdens het boren, geeft dit aan dat de boor bot wordt en moet worden vervangen of geslepen.
Bovendien moet de boormal stevig op de werkbank worden bevestigd, met het geleideblad dicht bij het bewerkingsoppervlak. Het is raadzaam om waar mogelijk een korte boor te gebruiken. Wanneer handmatige invoer wordt toegepast, moet erop worden gelet dat de boor niet in het gat wordt voortbewogen of teruggetrokken. Als u dit wel doet, kan het boorblad tegen het bewerkingsoppervlak schuren, waardoor de boor hard wordt en bot wordt.
Slijpen
Veelvoorkomende problemen bij het slijpenCNC-onderdelen van titaniumlegeringomvatten verstopping van de slijpschijf als gevolg van vastzittende spanen en oppervlaktebrandwonden op de onderdelen. Dit komt doordat titaniumlegeringen een slechte thermische geleidbaarheid hebben, wat leidt tot hoge temperaturen in de maalzone. Dit veroorzaakt op zijn beurt binding, diffusie en sterke chemische reacties tussen de titaniumlegering en het schurende materiaal.
De aanwezigheid van kleverige spanen en verstopte slijpschijven vermindert de maalverhouding aanzienlijk. Bovendien kunnen diffusie en chemische reacties resulteren in brandwonden aan het oppervlak van het werkstuk, waardoor uiteindelijk de vermoeiingssterkte van het onderdeel afneemt. Dit probleem is vooral uitgesproken bij het slijpen van gietstukken van titaniumlegeringen.
Om dit probleem op te lossen zijn de genomen maatregelen:
Kies het juiste slijpschijfmateriaal: groen siliciumcarbide TL. Iets lagere slijpschijfhardheid: ZR1.
Het snijden van materialen van titaniumlegeringen moet worden gecontroleerd via gereedschapsmaterialen, snijvloeistoffen en verwerkingsparameters om de algehele verwerkingsefficiëntie te verbeteren.
Als u meer wilt weten of vragen heeft, neem dan gerust contact opinfo@anebon.com
Hot Sale: fabriek in China produceertCNC-draaicomponentenen kleine CNCFrezen componenten.
Anebon richt zich op uitbreiding op de internationale markt en heeft een sterke klantenbasis opgebouwd in Europese landen, de VS, het Midden-Oosten en Afrika. Het bedrijf geeft prioriteit aan kwaliteit als basis en garandeert een uitstekende service om aan de behoeften van alle klanten te voldoen.
Posttijd: 29 oktober 2024