Hvorfor er titanlegering et vanskelig materiale å maskinere?

 

1. Fysiske fenomener ved titanbearbeiding

Skjærekraften til behandling av titanlegering er litt høyere enn for stål med samme hardhet. Likevel er det fysiske fenomenet med å behandle titanlegering mye mer komplisert enn det med å behandle stål, noe som gjør at prosessering av titanlegering står overfor enorme vanskeligheter.

Den termiske ledningsevnen til de fleste titanlegeringer er svært lav, bare 1/7 av stål og 1/16 av aluminium. Derfor vil varmen som genereres ved skjæring av titanlegeringer ikke raskt overføres til arbeidsstykket eller tas bort av flisene. Likevel vil det samle seg i skjæreområdet, og temperaturen som genereres kan være så høy som 1000 °C eller mer, noe som vil føre til at verktøyets skjærekant slites, fliser og sprekker raskt. Dannelsen av en oppbygd egg og det raske utseendet til en slitt egg genererer mer varme i skjæreområdet, noe som forkorter verktøyets levetid ytterligere.titan maskinering

De høye temperaturene som genereres under skjæreprosessen ødelegger også overflateintegriteten til titanlegeringsdelene, noe som resulterer i en reduksjon i den geometriske nøyaktigheten til delene og arbeidsherding som kraftig reduserer deres utmattelsesstyrke.

Elastisiteten til titanlegeringer kan være gunstig for delens ytelse, men under skjæring er den elastiske deformasjonen av arbeidsstykket en vesentlig årsak til vibrasjoner. Kuttetrykket får det "elastiske" arbeidsstykket til å bevege seg bort fra verktøyet og sprette, så friksjonen mellom verktøyet og arbeidsstykket er større enn skjærehandlingen. Friksjonsprosessen genererer også varme, noe som forverrer problemet med dårlig termisk ledningsevne til titanlegeringer.

Dette problemet er enda mer alvorlig ved maskinering av tynnveggede eller ringformede, lett deformerte deler. Det er ikke lett å maskinere tynnveggede titanlegeringsdeler til forventet dimensjonsnøyaktighet. Når verktøyet skyver arbeidsstykkematerialet bort, overskrider den tynne veggens lokale deformasjon det elastiske området; plastisk deformasjon oppstår, og materialstyrken og hardheten til skjærepunktet øker betydelig. Maskinering med den tidligere bestemte skjærehastigheten blir for høy, noe som resulterer i skarp verktøyslitasje.

"Hot" er "synderen" som gjør det utfordrende å behandle titanlegeringer!

 

2. Teknologisk kunnskap for CNC-bearbeiding av titan 

Basert på å forstå prosesseringsmekanismen til titanlegeringer og legge til erfaring, er den primære prosesskunnskapen for behandling av titanlegeringer som følger:

(1) Skjær med positiv geometri brukes for å redusere arbeidsstykkets skjærekraft, skjærevarme og deformasjon.

(2) Oppretthold en konstant mating for å unngå herding av arbeidsstykket. Verktøyet skal alltid være i matetilstand under skjæreprosessen, og den radielle skjæremengden skal være 30 % av radius under fresing.

(3) Høytrykks- og skjærevæske med stor strømning brukes for å sikre den termiske stabiliteten til bearbeidingsprosessen og forhindre degenerasjon av arbeidsstykkets overflate og verktøyskader på grunn av for høy temperatur.

(4) Hold kniveggen skarp; stumpe verktøy forårsaker varmeoppbygging og slitasje, noe som raskt fører til verktøysvikt.

(5) Maskinering i den mykeste tilstanden av titanlegeringen så mye som mulig fordi materialet blir mer utfordrende å bearbeide etter herding, og varmebehandlingen øker materialets styrke og slitasjen på innsatsen.

(6) Bruk en stor neseradius eller avfasing for å kutte så mye som mulig inn i skjærekanten. Dette reduserer skjærekraft og varme på hvert punkt og forhindrer lokal brudd. Ved fresing av titanlegeringer, blant skjæreparametrene, har skjærehastigheten den største innflytelsen på verktøyets levetid vc, etterfulgt av det radielle inngrepet (fresedybden) ae.

 

3. Start med bladet for å løse titanbehandlingsproblemet

Slitasjen på innsatssporet under bearbeiding av titanlegeringer er den lokale slitasjen bak og foran i retning av skjæredybden, som ofte er forårsaket av det herdede laget som ble etterlatt av forrige bearbeiding. Den kjemiske reaksjonen og diffusjonen av verktøyet og arbeidsstykkematerialet ved en bearbeidingstemperatur på over 800 °C er også årsaker til dannelsen av sporslitasje. For under bearbeidingsprosessen samler titanmolekylene til arbeidsstykket seg i fronten av bladet og "sveises" til bladeggen under høyt trykk og høy temperatur, og danner en oppbygd egg. Når den oppbygde eggen flasser av skjæret, tar det bort karbidbelegget på skjæret, så titanbearbeiding krever unike skjærmaterialer og geometrier.cTilpasset presisjon maskinering

 

4. Verktøystruktur egnet for titanbearbeiding

Fokus for behandling av titanlegering er varme, og en stor mengde høytrykksskjærevæske må sprayes på skjærekanten raskt og nøyaktig for å fjerne varmen raskt. Det er unike konfigurasjoner av freser spesielt for bearbeiding av titan.