Od objavu titánu v roku 1790 ľudia skúmali jeho mimoriadne vlastnosti už viac ako storočie. V roku 1910 bol prvýkrát vyrobený titánový kov, ale cesta k použitiu titánových zliatin bola dlhá a náročná. Až v roku 1951 sa priemyselná výroba stala realitou.
Zliatiny titánu sú známe svojou vysokou špecifickou pevnosťou, odolnosťou proti korózii, odolnosťou voči vysokým teplotám a únavou. Vážia len o 60 % toľko ako oceľ pri rovnakom objeme, sú však pevnejšie ako legovaná oceľ. Vďaka týmto vynikajúcim vlastnostiam sa zliatiny titánu čoraz viac využívajú v rôznych oblastiach, vrátane letectva, kozmonautiky, výroby energie, jadrovej energie, lodnej dopravy, chemikálií a zdravotníckych zariadení.
Dôvody, prečo sa zliatiny titánu ťažko spracovávajú
Štyri hlavné charakteristiky titánových zliatin – nízka tepelná vodivosť, výrazné mechanické spevnenie, vysoká afinita k rezným nástrojom a obmedzená plastická deformácia – sú kľúčovými dôvodmi, prečo je spracovanie týchto materiálov náročné. Ich rezný výkon je len asi 20 % výkonu ľahko rezateľnej ocele.
Nízka tepelná vodivosť
Zliatiny titánu majú tepelnú vodivosť, ktorá je len asi 16 % tepelnej vodivosti ocele 45#. Táto obmedzená schopnosť odvádzať teplo počas spracovania vedie k výraznému zvýšeniu teploty na reznej hrane; v skutočnosti môže teplota hrotu počas spracovania prekročiť teplotu ocele 45# o viac ako 100 %. Táto zvýšená teplota ľahko spôsobuje difúzne opotrebovanie rezného nástroja.
Ťažké pracovné vytvrdzovanie
Titánová zliatina vykazuje významný jav mechanického spevnenia, čo vedie k výraznejšej povrchovej vytvrdzovacej vrstve v porovnaní s nehrdzavejúcou oceľou. To môže viesť k problémom pri následnom spracovaní, ako je zvýšené opotrebovanie nástrojov.
Vysoká afinita k rezným nástrojom
Silná priľnavosť so slinutým karbidom obsahujúcim titán.
Malá plastická deformácia
Modul pružnosti ocele 45 je približne polovičný, čo vedie k výraznému zotaveniu pružnosti a silnému treniu. Okrem toho je obrobok náchylný na deformáciu zovretia.
Technologické tipy na obrábanie zliatin titánu
Na základe nášho chápania mechanizmov obrábania titánových zliatin a predchádzajúcich skúseností uvádzame hlavné technologické odporúčania pre obrábanie týchto materiálov:
- Používajte kotúče s geometriou pozitívneho uhla, aby ste minimalizovali rezné sily, znížili rezné teplo a znížili deformáciu obrobku.
- Udržujte konštantnú rýchlosť posuvu, aby ste zabránili stvrdnutiu obrobku. Nástroj by mal byť počas procesu rezania vždy v posuve. Pri frézovaní by mala byť radiálna hĺbka rezu (ae) 30 % polomeru nástroja.
- Používajte vysokotlakové rezné kvapaliny s vysokým prietokom na zaistenie tepelnej stability počas obrábania, čím sa predchádza degenerácii povrchu a poškodeniu nástroja v dôsledku nadmerných teplôt.
- Udržujte ostrie čepele ostré. Tupé nástroje môžu viesť k hromadeniu tepla a zvýšenému opotrebovaniu, čo výrazne zvyšuje riziko zlyhania nástroja.
- Obrábajte zliatiny titánu v ich najjemnejšom stave, kedykoľvek je to možné.CNC obrábacie spracovaniesa po vytvrdnutí stáva ťažším, pretože tepelné spracovanie zvyšuje pevnosť materiálu a urýchľuje opotrebovanie čepele.
- Pri rezaní použite veľký polomer hrotu alebo skosenie, aby ste maximalizovali kontaktnú plochu kotúča. Táto stratégia môže znížiť rezné sily a teplo v každom bode, čím pomáha predchádzať miestnemu zlomeniu. Pri frézovaní zliatin titánu má na životnosť nástroja najvýraznejší vplyv rezná rýchlosť, po ktorej nasleduje radiálna hĺbka rezu.
Vyriešte problémy so spracovaním titánu tak, že začnete s čepeľou.
Opotrebenie drážky čepele, ku ktorému dochádza počas spracovania zliatin titánu, je lokalizované opotrebovanie, ktoré sa deje pozdĺž zadnej a prednej časti čepele v smere hĺbky rezu. Toto opotrebovanie je často spôsobené vytvrdenou vrstvou, ktorá zostala z predchádzajúcich procesov obrábania. Okrem toho pri teplotách spracovania presahujúcich 800 °C chemické reakcie a difúzia medzi nástrojom a materiálom obrobku prispievajú k opotrebeniu drážky.
Počas obrábania sa molekuly titánu z obrobku môžu hromadiť pred čepeľou v dôsledku vysokého tlaku a teploty, čo vedie k javu známemu ako nahromadená hrana. Keď sa táto nahromadená hrana oddelí od čepele, môže odstrániť karbidový povlak na čepeli. Výsledkom je, že spracovanie zliatin titánu si vyžaduje použitie špeciálnych materiálov a geometrií čepelí.
Štruktúra nástroja vhodná na spracovanie titánu
Spracovanie titánových zliatin sa primárne točí okolo riadenia tepla. Na efektívne odvádzanie tepla sa musí na reznú hranu presne a rýchlo aplikovať značné množstvo vysokotlakovej reznej kvapaliny. Okrem toho sú k dispozícii špecializované konštrukcie fréz, ktoré sú špeciálne prispôsobené na spracovanie zliatiny titánu.
Počnúc špecifickou metódou obrábania
Sústruženie
Výrobky z titánovej zliatiny môžu počas sústruženia dosiahnuť dobrú drsnosť povrchu a pracovné spevnenie nie je ťažké. Teplota rezania je však vysoká, čo vedie k rýchlemu opotrebovaniu nástroja. Na riešenie týchto charakteristík sa primárne zameriavame na nasledujúce opatrenia týkajúce sa nástrojov a rezných parametrov:
Materiály nástrojov:Na základe existujúcich podmienok továrne sa vyberajú nástrojové materiály YG6, YG8 a YG10HT.
Parametre geometrie nástroja:vhodné predné a zadné uhly nástroja, zaoblenie špičky nástroja.
Pri otáčaní vonkajšieho kruhu je dôležité udržiavať nízku rýchlosť rezania, mierny posuv, väčšiu hĺbku rezu a primerané chladenie. Hrot nástroja by nemal byť vyššie ako stred obrobku, pretože to môže viesť k jeho zaseknutiu. Navyše, pri dokončovaní a sústružení tenkostenných dielov by mal byť hlavný uhol vychýlenia nástroja vo všeobecnosti medzi 75 a 90 stupňami.
Frézovanie
Frézovanie výrobkov z titánovej zliatiny je náročnejšie ako sústruženie, pretože frézovanie je prerušované rezanie a triesky sa ľahko prilepia na čepeľ. Keď sa lepkavé zuby opäť zarezávajú do obrobku, lepkavé triesky sa odklepú a odoberie sa malý kúsok materiálu nástroja, čo má za následok vylamovanie, čo výrazne znižuje životnosť nástroja.
Metóda frézovania:všeobecne používajte spodné frézovanie.
Materiál nástroja:rýchlorezná oceľ M42.
Dolné frézovanie sa zvyčajne nepoužíva na spracovanie legovanej ocele. Je to spôsobené najmä vplyvom medzery medzi vodiacou skrutkou obrábacieho stroja a maticou. Počas spodného frézovania, keď fréza zaberá s obrobkom, sila zložky v smere posuvu sa vyrovnáva so samotným smerom posuvu. Toto zarovnanie môže viesť k prerušovanému pohybu stola obrobku, čím sa zvyšuje riziko zlomenia nástroja.
Okrem toho pri spodnom frézovaní sa zuby frézy stretávajú s tvrdou vrstvou na reznej hrane, čo môže spôsobiť poškodenie nástroja. Pri spätnom frézovaní triesky prechádzajú z tenkých na hrubé, čím je počiatočná fáza rezania náchylná na suché trenie medzi nástrojom a obrobkom. To môže zhoršiť priľnavosť triesok a vylamovanie nástroja.
Na dosiahnutie hladšieho frézovania titánových zliatin je potrebné vziať do úvahy niekoľko úvah: zmenšenie predného uhla a zväčšenie zadného uhla v porovnaní so štandardnými frézami. Odporúča sa používať nižšie rýchlosti frézovania a rozhodnúť sa pre frézy s ostrými zubami, pričom sa treba vyhnúť frézam s lopatkovými zubami.
Ťukanie
Pri klepaní výrobkov z titánovej zliatiny sa malé triesky môžu ľahko prilepiť na čepeľ a obrobok. To vedie k zvýšeniu drsnosti povrchu a krútiaceho momentu. Nesprávny výber a používanie závitníkov môže spôsobiť spevnenie, veľmi nízku efektivitu spracovania a príležitostne viesť k zlomeniu závitníka.
Na optimalizáciu čapovania je vhodné uprednostniť použitie jednovláknového preskočeného závitníka. Počet zubov na závitníku by mal byť menší ako pri štandardnom závitníku, zvyčajne okolo 2 až 3 zubov. Uprednostňuje sa väčší uhol kužeľa, pričom kužeľová časť vo všeobecnosti meria 3 až 4 dĺžky závitu. Na pomoc pri odstraňovaní triesok možno na rezný kužeľ vybrúsiť aj negatívny uhol sklonu. Použitie kratších závitníkov môže zvýšiť tuhosť kužeľa. Okrem toho by mal byť spätný kužeľ o niečo väčší ako štandard, aby sa znížilo trenie medzi kužeľom a obrobkom.
Vystružovanie
Pri vystružovaní zliatiny titánu nie je opotrebovanie nástroja vo všeobecnosti vážne, čo umožňuje použitie výstružníkov z tvrdokovu aj z rýchloreznej ocele. Pri použití karbidových výstružníkov je nevyhnutné zabezpečiť tuhosť procesného systému, podobnú tej, ktorá sa používa pri vŕtaní, aby sa zabránilo vylamovaniu výstružníka.
Hlavnou výzvou pri vystružovaní otvorov z titánovej zliatiny je dosiahnutie hladkého povrchu. Aby ste zabránili prilepeniu čepele k stene otvoru, šírka čepele výstružníka by sa mala opatrne zúžiť pomocou olejového kameňa, pričom je stále potrebné zabezpečiť dostatočnú pevnosť. Typicky by mala byť šírka čepele medzi 0,1 mm a 0,15 mm.
Prechod medzi reznou hranou a kalibračnou časťou by mal mať hladký oblúk. Po opotrebení je potrebná pravidelná údržba, čím sa zabezpečí, že veľkosť oblúka každého zuba zostane konzistentná. V prípade potreby je možné kalibračnú časť zväčšiť pre lepší výkon.
Vŕtanie
Vŕtanie titánových zliatin predstavuje značné problémy, ktoré často spôsobujú horenie alebo zlomenie vrtákov počas spracovania. Vyplýva to predovšetkým z problémov, ako je nesprávne brúsenie vrtákov, nedostatočné odstraňovanie triesok, nedostatočné chladenie a slabá tuhosť systému.
Ak chcete efektívne vŕtať zliatiny titánu, je dôležité zamerať sa na nasledujúce faktory: zaistite správne brúsenie vrtáka, použite väčší horný uhol, zmenšite predný uhol vonkajšej hrany, zväčšite uhol zadnej strany vonkajšej hrany a nastavte zadnú kužeľ 2 až 3-krát viac ako pri štandardnom vrtáku. Je dôležité často zasúvať nástroj, aby sa triesky rýchlo odstránili, a zároveň sledovať tvar a farbu triesok. Ak sa triesky javia ako perovité alebo ak sa ich farba počas vŕtania zmení, znamená to, že sa vrták otupuje a treba ho vymeniť alebo nabrúsiť.
Okrem toho musí byť vrták bezpečne pripevnený k pracovnému stolu s vodiacou čepeľou v blízkosti povrchu spracovania. Vždy, keď je to možné, sa odporúča použiť krátky vrták. Pri ručnom podávaní je potrebné dbať na to, aby sa vrták neposúval alebo nezasúval do otvoru. V opačnom prípade môže dôjsť k odieraniu čepele vrtáka o povrch spracovania, čo vedie k mechanickému spevneniu a otupeniu vrtáka.
Brúsenie
Bežné problémy, ktoré sa vyskytujú pri brúseníCNC diely z titánovej zliatinyzahŕňajú upchatie brúsneho kotúča v dôsledku prilepených triesok a povrchových popálenín na častiach. K tomu dochádza, pretože zliatiny titánu majú zlú tepelnú vodivosť, čo vedie k vysokým teplotám v zóne brúsenia. To zase spôsobuje spojenie, difúziu a silné chemické reakcie medzi zliatinou titánu a brúsnym materiálom.
Prítomnosť lepkavých triesok a upchatých brúsnych kotúčov výrazne znižuje pomer brúsenia. Navyše, difúzia a chemické reakcie môžu viesť k povrchovým popáleninám na obrobku, čo v konečnom dôsledku znižuje únavovú pevnosť dielu. Tento problém je obzvlášť výrazný pri brúsení odliatkov z titánovej zliatiny.
Na vyriešenie tohto problému sa prijali tieto opatrenia:
Vyberte si vhodný materiál brúsneho kotúča: zelený karbid kremíka TL. Mierne nižšia tvrdosť brúsneho kotúča: ZR1.
Rezanie materiálov zliatiny titánu musí byť riadené nástrojovými materiálmi, reznými kvapalinami a parametrami spracovania, aby sa zvýšila celková účinnosť spracovania.
Ak chcete vedieť viac alebo sa opýtať, neváhajte kontaktovaťinfo@anebon.com
Horúci predaj: Továreň v Číne vyrábaCNC sústruženie komponentova malé CNCFrézovacie komponenty.
Anebon sa zameriava na expanziu na medzinárodnom trhu a vybudoval si silnú zákaznícku základňu v európskych krajinách, USA, na Strednom východe a v Afrike. Spoločnosť uprednostňuje kvalitu ako svoj základ a zaručuje vynikajúce služby, ktoré uspokoja potreby všetkých zákazníkov.
Čas odoslania: 29. októbra 2024