Od odkrycia tytanu w 1790 roku ludzie od ponad wieku badają jego niezwykłe właściwości. W 1910 roku po raz pierwszy wyprodukowano tytan metaliczny, ale droga do zastosowania stopów tytanu była długa i wymagająca. Produkcja przemysłowa stała się faktem dopiero w 1951 roku.
Stopy tytanu są znane ze swojej wysokiej wytrzymałości właściwej, odporności na korozję, odporności na wysoką temperaturę i odporności na zmęczenie. Ważą tylko 60% więcej niż stal przy tej samej objętości, a mimo to są mocniejsze niż stal stopowa. Ze względu na te doskonałe właściwości stopy tytanu są coraz częściej wykorzystywane w różnych dziedzinach, w tym w lotnictwie, przemyśle lotniczym, energetyce, energetyce jądrowej, żegludze, chemikaliach i sprzęcie medycznym.
Powody, dla których stopy tytanu są trudne w obróbce
Cztery główne cechy stopów tytanu – niska przewodność cieplna, znaczne umocnienie przez zgniot, duże powinowactwo do narzędzi skrawających i ograniczone odkształcenie plastyczne – to główne powody, dla których materiały te są trudne w obróbce. Ich wydajność cięcia wynosi tylko około 20% w porównaniu do stali łatwej do cięcia.
Niska przewodność cieplna
Stopy tytanu mają przewodność cieplną wynoszącą tylko około 16% przewodności cieplnej stali 45 #. Ta ograniczona zdolność odprowadzania ciepła podczas obróbki prowadzi do znacznego wzrostu temperatury na krawędzi skrawającej; w rzeczywistości temperatura końcówki podczas obróbki może przekraczać temperaturę stali 45 # o ponad 100%. Ta podwyższona temperatura łatwo powoduje rozproszone zużycie narzędzia skrawającego.
Ciężkie hartowanie
Stop tytanu wykazuje znaczne zjawisko utwardzania przez zgniot, w wyniku czego warstwa utwardzająca się powierzchniowo jest bardziej wyraźna w porównaniu ze stalą nierdzewną. Może to prowadzić do wyzwań w późniejszej obróbce, takich jak zwiększone zużycie narzędzi.
Wysokie powinowactwo do narzędzi skrawających
Silna przyczepność w przypadku węglika spiekanego zawierającego tytan.
Małe odkształcenie plastyczne
Moduł sprężystości stali 45 wynosi w przybliżeniu połowę, co prowadzi do znacznego powrotu sprężystości i dużego tarcia. Dodatkowo obrabiany przedmiot jest podatny na odkształcenia podczas zaciskania.
Wskazówki technologiczne dotyczące obróbki stopów tytanu
W oparciu o naszą wiedzę na temat mechanizmów obróbki stopów tytanu i wcześniejsze doświadczenia, oto główne zalecenia technologiczne dotyczące obróbki tych materiałów:
- Używaj ostrzy o dodatniej geometrii kąta, aby zminimalizować siły skrawania, zmniejszyć ciepło skrawania i zmniejszyć deformację przedmiotu obrabianego.
- Utrzymuj stałą prędkość posuwu, aby zapobiec stwardnieniu przedmiotu obrabianego. Podczas procesu skrawania narzędzie powinno zawsze znajdować się w posuwie. W przypadku frezowania promieniowa głębokość skrawania (ae) powinna wynosić 30% promienia narzędzia.
- Stosuj płyny obróbkowe pod wysokim ciśnieniem i o dużym przepływie, aby zapewnić stabilność termiczną podczas obróbki, zapobiegając degeneracji powierzchni i uszkodzeniom narzędzi z powodu nadmiernych temperatur.
- Utrzymuj krawędź ostrza ostrą. Tępe narzędzia mogą powodować akumulację ciepła i zwiększone zużycie, znacznie zwiększając ryzyko awarii narzędzia.
- Obrabiaj stopy tytanu w ich najbardziej miękkim stanie, jeśli to możliwe.Obróbka skrawaniem CNCstaje się trudniejsze po stwardnieniu, ponieważ obróbka cieplna zwiększa wytrzymałość materiału i przyspiesza zużycie ostrza.
- Podczas cięcia używaj dużego promienia końcówki lub fazowania, aby zmaksymalizować powierzchnię styku ostrza. Strategia ta może zmniejszyć siły skrawania i ciepło w każdym punkcie, pomagając zapobiegać miejscowym pęknięciom. Podczas frezowania stopów tytanu największy wpływ na trwałość narzędzia ma prędkość skrawania, a w dalszej kolejności promieniowa głębokość skrawania.
Rozwiązuj problemy związane z obróbką tytanu, zaczynając od ostrza.
Zużycie rowka ostrza występujące podczas obróbki stopów tytanu to zużycie miejscowe, które zachodzi wzdłuż tylnej i przedniej części ostrza, zgodnie z kierunkiem głębokości skrawania. Zużycie to jest często spowodowane przez hartowaną warstwę pozostałą po poprzednich procesach obróbki. Dodatkowo, przy temperaturach obróbki przekraczających 800°C, reakcje chemiczne i dyfuzja pomiędzy narzędziem a materiałem przedmiotu obrabianego przyczyniają się do powstawania zużycia rowka.
Podczas obróbki cząsteczki tytanu z przedmiotu obrabianego mogą gromadzić się przed ostrzem pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury, co prowadzi do zjawiska zwanego narostem na krawędzi. Kiedy narost na krawędzi oderwie się od ostrza, może usunąć powłokę węglikową z ostrza. W rezultacie obróbka stopów tytanu wymaga stosowania specjalistycznych materiałów i geometrii ostrzy.
Konstrukcja narzędzia odpowiednia do obróbki tytanu
Przetwarzanie stopów tytanu koncentruje się przede wszystkim na zarządzaniu ciepłem. Aby skutecznie rozproszyć ciepło, należy dokładnie i szybko nałożyć znaczną ilość płynu obróbczego pod wysokim ciśnieniem na krawędź skrawającą. Ponadto dostępne są specjalistyczne konstrukcje frezów, które są specjalnie dostosowane do obróbki stopów tytanu.
Zaczynając od konkretnej metody obróbki
Obrócenie
Produkty ze stopu tytanu mogą osiągnąć dobrą chropowatość powierzchni podczas toczenia, a utwardzanie przez zgniot nie jest poważne. Jednak temperatura skrawania jest wysoka, co prowadzi do szybkiego zużycia narzędzia. Aby uwzględnić te cechy, skupiamy się przede wszystkim na następujących środkach dotyczących narzędzi i parametrów skrawania:
Materiały narzędziowe:W oparciu o warunki panujące w fabryce wybierane są materiały narzędziowe YG6, YG8 i YG10HT.
Parametry geometrii narzędzia:odpowiednie kąty przednie i tylne narzędzia, zaokrąglenie końcówki narzędzia.
Podczas toczenia po okręgu zewnętrznym ważne jest utrzymanie niskiej prędkości skrawania, umiarkowanego posuwu, większej głębokości skrawania i odpowiedniego chłodzenia. Końcówka narzędzia nie powinna znajdować się wyżej niż środek przedmiotu obrabianego, ponieważ może to prowadzić do jego utknięcia. Dodatkowo podczas wykańczania i toczenia cienkościennych części główny kąt odchylenia narzędzia powinien z reguły wynosić od 75 do 90 stopni.
Przemiał
Frezowanie wyrobów ze stopów tytanu jest trudniejsze niż toczenie, ponieważ frezowanie jest cięciem przerywanym, a wióry łatwo przyklejają się do ostrza. Kiedy lepkie zęby ponownie wcinają się w obrabiany przedmiot, lepkie wióry są strącane i usuwany jest niewielki kawałek materiału narzędzia, co powoduje odpryski, co znacznie zmniejsza trwałość narzędzia.
Metoda frezowania:zazwyczaj stosuje się frezowanie współbieżne.
Materiał narzędzia:stal szybkotnąca M42.
Frezowanie współbieżne nie jest zwykle stosowane do obróbki stali stopowej. Dzieje się tak głównie na skutek wpływu szczeliny pomiędzy śrubą pociągową obrabiarki a nakrętką. Podczas frezowania współbieżnego, gdy frez wchodzi w obrabiany przedmiot, siła składowa w kierunku posuwu jest zgodna z samym kierunkiem posuwu. To ustawienie może prowadzić do przerywanego ruchu stołu przedmiotu obrabianego, zwiększając ryzyko złamania narzędzia.
Dodatkowo podczas frezowania współbieżnego zęby frezu natrafiają na twardą warstwę na krawędzi skrawającej, co może spowodować uszkodzenie narzędzia. Podczas frezowania odwrotnego wióry przechodzą od cienkich do grubych, przez co początkowa faza skrawania jest podatna na tarcie na sucho pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym. Może to zwiększyć przyczepność wiórów i odpryskiwanie narzędzia.
Aby uzyskać płynniejsze frezowanie stopów tytanu, należy wziąć pod uwagę kilka czynników: zmniejszenie kąta przedniego i zwiększenie kąta tylnego w porównaniu do standardowych frezów. Zaleca się stosowanie niższych prędkości frezowania i wybieranie frezów z ostrymi zębami, unikając frezów z zębami łopatkowymi.
Stukający
Podczas gwintowania produktów ze stopu tytanu małe wióry mogą łatwo przykleić się do ostrza i przedmiotu obrabianego. Prowadzi to do zwiększonej chropowatości powierzchni i momentu obrotowego. Niewłaściwy dobór i użycie gwintowników może powodować utwardzanie przez zgniot, co skutkuje bardzo niską wydajnością obróbki, a czasami może prowadzić do pęknięcia gwintownika.
Aby zoptymalizować gwintowanie, zaleca się nadanie priorytetu gwintowaniu z pominięciem jednego wątku. Liczba zębów na kranie powinna być mniejsza niż w przypadku standardowego kranu, zwykle około 2 do 3 zębów. Preferowany jest większy kąt stożka skrawającego, przy czym sekcja stożka ma zazwyczaj od 3 do 4 długości gwintu. Aby ułatwić usuwanie wiórów, na stożku tnącym można również zeszlifować ujemny kąt nachylenia. Stosowanie krótszych gwintowników może zwiększyć sztywność stożka. Dodatkowo stożek odwrotny powinien być nieco większy niż standardowy, aby zmniejszyć tarcie pomiędzy stożkiem a przedmiotem obrabianym.
Rozwiercanie
Podczas rozwiercania stopu tytanu zużycie narzędzia na ogół nie jest duże, co pozwala na stosowanie rozwiertaków zarówno węglikowych, jak i ze stali szybkotnącej. W przypadku stosowania rozwiertaków węglikowych istotne jest zapewnienie sztywności układu technologicznego zbliżonej do stosowanej przy wierceniu, aby zapobiec wykruszaniu się rozwiertaka.
Głównym wyzwaniem podczas rozwiercania otworów ze stopów tytanu jest uzyskanie gładkiego wykończenia. Aby uniknąć przyklejania się ostrza do ścianki otworu, szerokość ostrza rozwiertaka należy starannie zawęzić za pomocą kamienia olejowego, zapewniając jednocześnie odpowiednią wytrzymałość. Zazwyczaj szerokość ostrza powinna wynosić od 0,1 mm do 0,15 mm.
Przejście pomiędzy krawędzią tnącą a sekcją kalibracyjną powinno mieć gładki łuk. Po wystąpieniu zużycia konieczna jest regularna konserwacja, zapewniająca stałą wielkość łuku każdego zęba. W razie potrzeby sekcję kalibracyjną można powiększyć w celu uzyskania lepszej wydajności.
Wiercenie
Wiercenie stopów tytanu stwarza poważne wyzwania, często powodując spalenie lub pęknięcie wierteł podczas obróbki. Wynika to przede wszystkim z problemów, takich jak niewłaściwe szlifowanie wiertła, niewystarczające usuwanie wiórów, nieodpowiednie chłodzenie i słaba sztywność systemu.
Aby skutecznie wiercić stopy tytanu, należy skupić się na następujących czynnikach: zapewnić prawidłowe szlifowanie wiertła, zastosować większy kąt górny, zmniejszyć przedni kąt zewnętrznej krawędzi, zwiększyć kąt tylny zewnętrznej krawędzi i wyregulować zbieżność tylną 2 do 3 razy więcej niż w przypadku standardowego wiertła. Ważne jest, aby często wycofywać narzędzie, aby szybko usunąć wióry, jednocześnie monitorując kształt i kolor wiórów. Jeśli wióry wydają się pierzaste lub jeśli podczas wiercenia zmienia się ich kolor, oznacza to, że wiertło stępia się i należy je wymienić lub naostrzyć.
Dodatkowo szablon wiertarski musi być bezpiecznie przymocowany do stołu warsztatowego, tak aby ostrze prowadzące znajdowało się blisko obrabianej powierzchni. Jeśli to możliwe, zaleca się użycie krótkiego wiertła. W przypadku podawania ręcznego należy uważać, aby nie wysunąć ani nie wycofać wiertła z otworu. Może to spowodować ocieranie się ostrza wiertła o obrabianą powierzchnię, co prowadzi do utwardzenia i stępienia wiertła.
Szlifowanie
Typowe problemy występujące podczas szlifowaniaCzęści ze stopu tytanu CNCobejmują zatykanie ściernicy z powodu przyklejonych wiórów i przypaleń powierzchniowych części. Dzieje się tak, ponieważ stopy tytanu mają słabą przewodność cieplną, co prowadzi do wysokich temperatur w strefie szlifowania. To z kolei powoduje wiązanie, dyfuzję i silne reakcje chemiczne pomiędzy stopem tytanu a materiałem ściernym.
Obecność lepkich wiórów i zatkanych ściernic znacznie zmniejsza stopień rozdrobnienia. Dodatkowo dyfuzja i reakcje chemiczne mogą powodować oparzenia powierzchni przedmiotu obrabianego, ostatecznie zmniejszając wytrzymałość zmęczeniową części. Problem ten jest szczególnie wyraźny podczas szlifowania odlewów ze stopów tytanu.
Aby rozwiązać ten problem, podjęte środki są następujące:
Wybierz odpowiedni materiał ściernicy: zielony węglik krzemu TL. Nieco niższa twardość ściernicy: ZR1.
Cięcie materiałów ze stopów tytanu musi być kontrolowane poprzez materiały narzędzi, płyny obróbkowe i parametry przetwarzania, aby zwiększyć ogólną wydajność przetwarzania.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej lub zadać pytanie, skontaktuj się z namiinfo@anebon.com
Gorąca sprzedaż: fabryka w Chinach produkującaElementy tokarskie CNCi małe CNCElementy frezujące.
Anebon koncentruje się na ekspansji na rynku międzynarodowym i zdobyła silną bazę klientów w krajach europejskich, USA, na Bliskim Wschodzie i w Afryce. Firma stawia na jakość jako podstawę i gwarantuje doskonałą obsługę, aby zaspokoić potrzeby wszystkich klientów.
Czas publikacji: 29 października 2024 r