Varför är titanlegering ett svårt material att bearbeta?

 

1. Fysiska fenomen vid titanbearbetning

Skärkraften för bearbetning av titanlegering är något högre än för stål med samma hårdhet. Ändå är det fysiska fenomenet med att bearbeta titanlegering mycket mer komplicerat än att bearbeta stål, vilket gör att bearbetning av titanlegering möter enorma svårigheter.

Värmeledningsförmågan för de flesta titanlegeringar är mycket låg, endast 1/7 av stål och 1/16 av aluminium. Därför kommer värmen som genereras vid skärning av titanlegeringar inte snabbt att överföras till arbetsstycket eller tas bort av spånen. Ändå kommer det att ackumuleras i skärområdet, och den genererade temperaturen kan vara så hög som 1 000 °C eller mer, vilket gör att verktygets skäregg slits, flisar och spricker snabbt. Bildandet av en uppbyggd egg och det snabba utseendet på en sliten egg genererar mer värme i skärområdet, vilket ytterligare förkortar verktygets livslängd.titanbearbetning

De höga temperaturerna som genereras under skärprocessen förstör också ytintegriteten hos titanlegeringsdelarna, vilket resulterar i en minskning av delarnas geometriska noggrannhet och arbetshärdning som kraftigt minskar deras utmattningshållfasthet.

Elasticiteten hos titanlegeringar kan vara fördelaktig för detaljens prestanda, men under skärning är den elastiska deformationen av arbetsstycket en väsentlig orsak till vibrationer. Skärtrycket gör att det "elastiska" arbetsstycket rör sig bort från verktyget och studsar, så friktionen mellan verktyget och arbetsstycket är större än skärverkan. Friktionsprocessen genererar också värme, vilket förvärrar problemet med dålig värmeledningsförmåga hos titanlegeringar.

Detta problem är ännu allvarligare vid bearbetning av tunnväggiga eller ringformade, lätt deformerade delar. Det är inte lätt att bearbeta tunnväggiga titanlegeringsdelar till den förväntade dimensionsnoggrannheten. När verktyget trycker bort arbetsstyckets material överskrider den tunna väggens lokala deformation det elastiska området; plastisk deformation uppstår, och skärpunktens materialstyrka och hårdhet ökar avsevärt. Bearbetning med den tidigare bestämda skärhastigheten blir för hög, vilket resulterar i skarpt verktygsslitage.

"Hot" är "boven" som gör det utmanande att bearbeta titanlegeringar!

 

2. Teknologiskt kunnande för CNC-bearbetning i titan 

Baserat på att förstå bearbetningsmekanismen för titanlegeringar och lägga till erfarenhet, är den primära processkunskapen för bearbetning av titanlegeringar som följer:

(1) Skär med positiv geometri används för att minska arbetsstyckets skärkraft, skärvärme och deformation.

(2) Upprätthåll en konstant matning för att undvika härdning av arbetsstycket. Verktyget ska alltid vara i matningstillstånd under skärningsprocessen, och den radiella skärmängden ska vara 30 % av radien under fräsning.

(3) Högtrycks- och skärvätska med stort flöde används för att säkerställa bearbetningsprocessens termiska stabilitet och förhindra degenerering av arbetsstyckets yta och verktygsskador på grund av för hög temperatur.

(4) Håll kniveggen vass; trubbiga verktyg orsakar värmeuppbyggnad och slitage, vilket snabbt leder till verktygsfel.

(5) Bearbetning i titanlegeringens mjukaste tillstånd så mycket som möjligt eftersom materialet blir mer utmanande att bearbeta efter härdning och värmebehandlingen ökar materialets hållfasthet och slitaget på skäret.

(6) Använd en stor nosradie eller avfasning för att skära så mycket som möjligt i skäreggen. Detta minskar skärkraft och värme vid varje punkt och förhindrar lokalt brott. Vid fräsning av titanlegeringar, bland skärparametrarna, har skärhastigheten den mest betydande inverkan på verktygets livslängd vc, följt av det radiella ingreppet (fräsdjupet) ae.

 

3. Börja med bladet för att lösa titanbearbetningsproblemet

Slitaget på skärspåret under bearbetningen av titanlegeringar är det lokala slitaget på baksidan och framsidan i skärdjupets riktning, vilket ofta orsakas av det härdade lagret som lämnats av den tidigare bearbetningen. Den kemiska reaktionen och diffusionen av verktyget och arbetsstyckets material vid en bearbetningstemperatur på mer än 800 °C är också orsaker till uppkomsten av spårslitage. För under bearbetningsprocessen ackumuleras arbetsstyckets titanmolekyler i framsidan av bladet och "svetsas" till bladeggen under högt tryck och hög temperatur, och bildar en uppbyggd egg. När den uppbyggda eggen skalar av skäreggen tar det bort hårdmetallbeläggningen på skäret, så titanbearbetning kräver unika skärmaterial och geometrier.cAnpassad precisionsbearbetning

 

4. Verktygsstruktur lämplig för titanbearbetning

Fokus för bearbetning av titanlegering är värme, och en stor mängd högtrycksskärvätska måste sprutas på skäreggen snabbt och exakt för att snabbt ta bort värmen. Det finns unika konfigurationer av fräsar speciellt för bearbetning av titan.