З моменту відкриття титану в 1790 році люди досліджували його надзвичайні властивості більше століття. У 1910 році вперше був виготовлений металевий титан, але шлях до використання титанових сплавів був довгим і складним. Лише в 1951 році промислове виробництво стало реальністю.
Титанові сплави відомі своєю високою питомою міцністю, стійкістю до корозії, високих температур і стійкістю до втоми. Вони важать лише на 60% більше, ніж сталь за того самого об’єму, але вони міцніші за леговану сталь. Завдяки цим відмінним властивостям титанові сплави все частіше використовуються в різних галузях, включаючи авіацію, аерокосмічну промисловість, виробництво електроенергії, атомну енергетику, судноплавство, хімічну промисловість і медичне обладнання.
Причини, чому титанові сплави важко піддаються обробці
Чотири основні характеристики титанових сплавів — низька теплопровідність, значне зміцнення, висока схожість з ріжучими інструментами та обмежена пластична деформація — є ключовими причинами, чому ці матеріали важко обробляти. Їх продуктивність різання становить лише близько 20% від легкої ріжучої сталі.
Низька теплопровідність
Теплопровідність титанових сплавів становить лише близько 16% від теплопровідності сталі 45#. Ця обмежена здатність відводити тепло під час обробки призводить до значного підвищення температури на ріжучій кромці; фактично температура наконечника під час обробки може перевищувати температуру сталі 45# більш ніж на 100%. Ця підвищена температура легко викликає дифузне зношування ріжучого інструменту.
Важка робота загартування
Титановий сплав демонструє значне явище зміцнення, що призводить до більш вираженого шару поверхневого зміцнення порівняно з нержавіючої сталлю. Це може призвести до проблем у подальшій обробці, таких як підвищений знос інструментів.
Висока спорідненість з ріжучими інструментами
Сильна адгезія з твердим сплавом, що містить титан.
Мала пластична деформація
Модуль пружності сталі 45 становить приблизно половину, що призводить до значного відновлення пружності та сильного тертя. Крім того, заготовка чутлива до деформації при затиску.
Технологічні поради по обробці титанових сплавів
Виходячи з нашого розуміння механізмів обробки титанових сплавів і попереднього досвіду, ось основні технологічні рекомендації для обробки цих матеріалів:
- Використовуйте леза з позитивною кутовою геометрією, щоб мінімізувати сили різання, зменшити нагрівання різання та зменшити деформацію заготовки.
- Підтримуйте постійну швидкість подачі, щоб запобігти затвердінню заготовки. Під час різання інструмент завжди повинен бути в подачі. Для фрезерування радіальна глибина різання (ae) повинна становити 30% радіуса інструмента.
- Використовуйте ріжучі рідини під високим тиском і високим потоком, щоб забезпечити термічну стабільність під час обробки, запобігаючи дегенерації поверхні та пошкодженню інструменту через надмірні температури.
- Тримайте край леза гострим. Тупі інструменти можуть призвести до накопичення тепла та підвищеного зносу, значно підвищуючи ризик поломки інструменту.
- Обробляйте титанові сплави в найм'якшому стані, коли це можливо.Обробка з ЧПУстає складніше після загартування, оскільки термічна обробка підвищує міцність матеріалу та прискорює знос леза.
- Використовуйте великий радіус кінчика або фаску під час різання, щоб максимально збільшити площу контакту леза. Ця стратегія може зменшити сили різання та нагрівання в кожній точці, допомагаючи запобігти локальним поломкам. Під час фрезерування титанових сплавів швидкість різання найбільше впливає на довговічність інструменту, а потім радіальна глибина різання.
Вирішіть проблеми обробки титану, починаючи з леза.
Знос канавки леза, який виникає під час обробки титанових сплавів, є локалізованим зносом, який відбувається вздовж задньої та передньої частини леза, слідуючи напрямку глибини різання. Цей знос часто спричинений загартованим шаром, що залишився від попередніх процесів механічної обробки. Крім того, при температурах обробки, що перевищують 800°C, хімічні реакції та дифузія між інструментом і матеріалом заготовки сприяють утворенню зносу канавок.
Під час механічної обробки молекули титану з заготовки можуть накопичуватися перед лезом через високий тиск і температуру, що призводить до явища, відомого як накопичена кромка. Коли цей нарощений край від’єднується від леза, він може видалити карбідне покриття на лезі. Як наслідок, обробка титанових сплавів вимагає використання спеціалізованих матеріалів і геометрії лез.
Структура інструменту підходить для обробки титану
Обробка титанових сплавів головним чином полягає в управлінні теплом. Для ефективного розсіювання тепла значну кількість ріжучої рідини під високим тиском необхідно точно та швидко нанести на ріжучу кромку. Крім того, доступні спеціальні конструкції фрез, які спеціально розроблені для обробки титанового сплаву.
Виходячи з конкретного методу обробки
токарні
Вироби з титанового сплаву можуть досягти гарної шорсткості поверхні під час точіння, а зміцнення не є серйозним. Однак температура різання висока, що призводить до швидкого зносу інструменту. Щоб розглянути ці характеристики, ми в першу чергу зосереджуємося на таких заходах щодо інструментів і параметрів різання:
Інструментальні матеріали:Виходячи з існуючих умов заводу, вибираються інструментальні матеріали YG6, YG8 та YG10HT.
Параметри геометрії інструменту:відповідні передній і задній кути інструменту, округлення підказки.
Під час обертання зовнішнього кола важливо підтримувати низьку швидкість різання, помірну швидкість подачі, більшу глибину різання та достатнє охолодження. Кінчик інструмента не повинен бути вище центру заготовки, оскільки це може призвести до його застрягання. Крім того, при чистовій обробці та точінні тонкостінних деталей основний кут відхилення інструменту, як правило, має становити від 75 до 90 градусів.
фрезерування
Фрезерування виробів з титанового сплаву складніше, ніж токарна обробка, оскільки фрезерування є переривчастим різанням, і стружка легко прилипає до леза. Коли липкі зуби знову врізаються в заготовку, липка стружка збивається, а невеликий шматочок інструментального матеріалу відбирається, що призводить до сколів, що значно знижує довговічність інструменту.
Метод фрезерування:зазвичай використовують фрезерування.
Матеріал інструменту:швидкорізальна сталь М42.
Фрезерування зазвичай не використовується для обробки легованої сталі. В основному це пов’язано з впливом зазору між ходовим гвинтом верстата та гайкою. Під час фрезерування, коли фреза зчеплюється з деталлю, компонентна сила в напрямку подачі вирівнюється з самим напрямком подачі. Таке вирівнювання може призвести до періодичного переміщення робочого столу, збільшуючи ризик поломки інструменту.
Крім того, під час фрезерування зуби фрези стикаються з твердим шаром на ріжучій кромці, що може спричинити пошкодження інструменту. При зворотному фрезеруванні стружка переходить від тонкої до товстої, що робить початкову фазу різання схильною до сухого тертя між інструментом і заготовкою. Це може посилити прилипання стружки та сколювання інструменту.
Щоб досягти більш гладкого фрезерування титанових сплавів, слід враховувати кілька міркувань: зменшення переднього кута та збільшення заднього кута порівняно зі стандартними фрезами. Рекомендується використовувати нижчі швидкості фрезерування та вибирати фрези з гострими зубами, уникаючи фрез із лопатою.
Постукування
При нарізанні міткою виробів із титанового сплаву дрібна стружка може легко прилипнути до леза та заготовки. Це призводить до збільшення шорсткості поверхні та крутного моменту. Неправильний вибір і використання мітчиків може спричинити затвердіння, призвести до дуже низької ефективності обробки, а іноді й до поломки мітчика.
Щоб оптимізувати нарізування, доцільно визначити пріоритети за допомогою пропущеного натискання однієї нитки на місці. Кількість зубів у крані має бути меншою, ніж у стандартного крана, зазвичай близько 2-3 зубів. Бажано використовувати більший кут ріжучої конусності, причому конічна частина зазвичай має 3-4 довжини нитки. Щоб полегшити видалення стружки, на ріжучому конусі можна також відшліфувати негативний кут нахилу. Використання коротших мітчиків може підвищити жорсткість конуса. Крім того, зворотний конус має бути трохи більшим за стандартний, щоб зменшити тертя між конусом і деталлю.
Розсвердлювання
Під час розгортання титанового сплаву знос інструменту, як правило, не є сильним, що дозволяє використовувати розгортки як з твердого сплаву, так і з високошвидкісної сталі. При використанні твердосплавних розгорток важливо забезпечити жорсткість технологічної системи, подібну до тієї, що використовується при свердлінні, щоб запобігти сколу розгортки.
Основною проблемою при розсвердлюванні отворів із титанового сплаву є досягнення гладкості. Щоб уникнути прилипання леза до стінки отвору, ширину леза розгортки слід обережно звузити за допомогою масляного каменю, забезпечуючи достатню міцність. Як правило, ширина леза має становити від 0,1 мм до 0,15 мм.
Перехід між ріжучою кромкою і ділянкою калібрування повинен мати плавну дугу. Необхідне регулярне технічне обслуговування після зношування, гарантуючи, що розмір дуги кожного зуба залишається незмінним. За потреби секція калібрування може бути збільшена для кращої продуктивності.
буріння
Свердління титанових сплавів викликає значні труднощі, часто спричиняючи горіння або ламання свердел під час обробки. Це насамперед виникає через такі проблеми, як неправильне заточування свердла, недостатнє видалення стружки, недостатнє охолодження та низька жорсткість системи.
Для ефективного свердління титанових сплавів важливо зосередитися на наступних факторах: забезпечити правильне шліфування свердла, використовувати більший верхній кут, зменшити передній кут зовнішньої кромки, збільшити задній кут зовнішньої кромки та відрегулювати задню конусність, щоб бути У 2-3 рази більше, ніж у стандартного свердла. Важливо часто втягувати інструмент для швидкого видалення стружки, а також стежити за формою та кольором стружки. Якщо стружка виглядає пір’ястою або якщо її колір змінюється під час свердління, це означає, що свердло затупилося і його слід замінити або заточити.
Крім того, свердлильний стрижень повинен бути надійно закріплений на верстаку, направляюче лезо повинно бути близько до поверхні обробки. По можливості бажано використовувати коротке свердло. Коли використовується ручна подача, слід бути обережним, щоб не просунути або відступити свердло в отворі. Це може спричинити тертя леза свердла об обробну поверхню, що призведе до затвердіння та затуплення свердла.
Шліфування
Поширені проблеми, що виникають під час шліфуванняЧастини з титанового сплаву з ЧПУвключають засмічення шліфувального круга через застряглу стружку та поверхневі опіки деталей. Це відбувається тому, що титанові сплави мають погану теплопровідність, що призводить до високих температур в зоні шліфування. Це, у свою чергу, спричиняє з’єднання, дифузію та сильні хімічні реакції між титановим сплавом і абразивним матеріалом.
Наявність налиплої стружки та забитих шліфувальних кругів значно знижує коефіцієнт помелу. Крім того, дифузія та хімічні реакції можуть призвести до опіків поверхні заготовки, що зрештою знижує втомну міцність деталі. Ця проблема особливо виражена при шліфуванні виливків з титанового сплаву.
Для вирішення цієї проблеми вживаються такі заходи:
Виберіть відповідний матеріал шліфувального круга: зелений карбід кремнію TL. Трохи менша твердість шліфувального круга: ZR1.
Щоб підвищити загальну ефективність обробки, необхідно контролювати різання матеріалів із титанового сплаву за допомогою інструментальних матеріалів, ріжучих рідин і параметрів обробки.
Якщо ви хочете дізнатися більше або отримати запит, зв’яжіться з намиinfo@anebon.com
Гарячий розпродаж: фабрика в Китаї виробляєТокарні компоненти з ЧПУі малий ЧПКФрезерування компонентів.
Anebon зосереджується на розширенні на міжнародному ринку та створив потужну клієнтську базу в європейських країнах, США, на Близькому Сході та в Африці. Компанія надає пріоритет якості як своїй основі та гарантує відмінний сервіс для задоволення потреб усіх клієнтів.
Час публікації: 29 жовтня 2024 р