Kể từ khi phát hiện ra titan vào năm 1790, con người đã khám phá những đặc tính phi thường của nó trong hơn một thế kỷ. Năm 1910, kim loại titan được sản xuất lần đầu tiên, nhưng hành trình sử dụng hợp kim titan còn dài và đầy thử thách. Phải đến năm 1951 sản xuất công nghiệp mới trở thành hiện thực.
Hợp kim titan được biết đến với độ bền riêng cao, khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt độ cao và chống mỏi. Chúng chỉ nặng bằng 60% thép ở cùng thể tích nhưng bền hơn thép hợp kim. Do những đặc tính tuyệt vời này, hợp kim titan đang ngày càng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm hàng không, hàng không vũ trụ, sản xuất điện, năng lượng hạt nhân, vận chuyển, hóa chất và thiết bị y tế.
Lý do tại sao hợp kim titan khó gia công
Bốn đặc điểm chính của hợp kim titan—độ dẫn nhiệt thấp, độ cứng gia công đáng kể, ái lực cao với dụng cụ cắt và hạn chế biến dạng dẻo—là những lý do chính khiến các vật liệu này gặp khó khăn khi xử lý. Hiệu suất cắt của chúng chỉ bằng khoảng 20% so với thép dễ cắt.
Độ dẫn nhiệt thấp
Hợp kim titan có độ dẫn nhiệt chỉ bằng khoảng 16% so với thép 45#. Khả năng dẫn nhiệt đi trong quá trình xử lý bị hạn chế này dẫn đến nhiệt độ tăng đáng kể ở lưỡi cắt; trên thực tế, nhiệt độ đầu trong quá trình xử lý có thể vượt quá 100% so với thép 45 #. Nhiệt độ tăng cao này dễ dàng gây ra hiện tượng mài mòn lan tỏa trên dụng cụ cắt.
Làm việc cứng rắn
Hợp kim titan thể hiện hiện tượng đông cứng đáng kể, dẫn đến lớp cứng bề mặt rõ rệt hơn so với thép không gỉ. Điều này có thể dẫn đến những thách thức trong quá trình xử lý tiếp theo, chẳng hạn như tăng độ mài mòn trên dụng cụ.
Ái lực cao với dụng cụ cắt
Độ bám dính cao với cacbua xi măng chứa titan.
Biến dạng dẻo nhỏ
Mô đun đàn hồi của thép 45 xấp xỉ một nửa, dẫn đến khả năng phục hồi đàn hồi đáng kể và ma sát nghiêm trọng. Ngoài ra, phôi dễ bị biến dạng khi kẹp.
Lời khuyên công nghệ gia công hợp kim titan
Dựa trên sự hiểu biết của chúng tôi về cơ chế gia công hợp kim titan và kinh nghiệm trước đây, đây là những khuyến nghị công nghệ chính để gia công các vật liệu này:
- Sử dụng lưỡi dao có hình học góc dương để giảm thiểu lực cắt, giảm nhiệt cắt, giảm biến dạng của phôi.
- Duy trì tốc độ tiến dao không đổi để tránh hiện tượng phôi bị cứng. Dụng cụ phải luôn ở trạng thái nạp trong quá trình cắt. Để phay, độ sâu cắt hướng tâm (ae) phải bằng 30% bán kính của dụng cụ.
- Sử dụng dầu cắt có áp suất cao và dòng chảy cao để đảm bảo ổn định nhiệt trong quá trình gia công, ngăn ngừa thoái hóa bề mặt và hư hỏng dụng cụ do nhiệt độ quá cao.
- Giữ cho lưỡi dao luôn sắc bén. Dụng cụ xỉn màu có thể dẫn đến tích tụ nhiệt và tăng độ mài mòn, làm tăng đáng kể nguy cơ hỏng dụng cụ.
- Gia công hợp kim titan ở trạng thái mềm nhất bất cứ khi nào có thể.Gia công gia công CNCtrở nên khó khăn hơn sau khi đông cứng, vì xử lý nhiệt làm tăng độ bền của vật liệu và làm tăng tốc độ mài mòn của lưỡi dao.
- Sử dụng bán kính đầu lưỡi hoặc mặt vát lớn khi cắt để tối đa hóa diện tích tiếp xúc của lưỡi dao. Chiến lược này có thể làm giảm lực cắt và nhiệt tại mỗi điểm, giúp ngăn ngừa hiện tượng gãy cục bộ. Khi phay hợp kim titan, tốc độ cắt có tác động đáng kể nhất đến tuổi thọ dụng cụ, tiếp theo là độ sâu cắt hướng tâm.
Giải quyết các vấn đề xử lý titan bằng cách bắt đầu với lưỡi dao.
Sự mài mòn của rãnh lưỡi dao xảy ra trong quá trình gia công hợp kim titan là sự mài mòn cục bộ xảy ra dọc theo mặt sau và mặt trước của lưỡi dao, theo hướng của độ sâu cắt. Sự mài mòn này thường do lớp cứng còn sót lại từ quá trình gia công trước đó gây ra. Ngoài ra, ở nhiệt độ xử lý vượt quá 800°C, các phản ứng hóa học và sự khuếch tán giữa dụng cụ và vật liệu phôi góp phần hình thành mài mòn rãnh.
Trong quá trình gia công, các phân tử titan từ phôi có thể tích tụ phía trước lưỡi dao do áp suất và nhiệt độ cao, dẫn đến hiện tượng được gọi là cạnh tích tụ. Khi cạnh tích hợp này tách ra khỏi lưỡi dao, nó có thể loại bỏ lớp phủ cacbua trên lưỡi dao. Do đó, việc xử lý hợp kim titan đòi hỏi phải sử dụng vật liệu lưỡi và hình dạng chuyên dụng.
Cấu trúc công cụ phù hợp để xử lý titan
Việc xử lý hợp kim titan chủ yếu xoay quanh việc quản lý nhiệt. Để tản nhiệt hiệu quả, một lượng đáng kể chất lỏng cắt áp suất cao phải được áp dụng chính xác và kịp thời vào lưỡi cắt. Ngoài ra, còn có các thiết kế dao phay chuyên dụng được thiết kế riêng để gia công hợp kim titan.
Bắt đầu từ phương pháp gia công cụ thể
Quay
Các sản phẩm hợp kim titan có thể đạt được độ nhám bề mặt tốt trong quá trình tiện và quá trình làm cứng không nghiêm trọng. Tuy nhiên, nhiệt độ cắt cao sẽ dẫn đến mài mòn dụng cụ nhanh chóng. Để giải quyết những đặc điểm này, chúng tôi chủ yếu tập trung vào các biện pháp sau đây liên quan đến dụng cụ và thông số cắt:
Vật liệu công cụ:Dựa trên điều kiện hiện có của nhà máy, vật liệu dụng cụ YG6, YG8 và YG10HT được lựa chọn.
Thông số hình học công cụ:góc trước và sau của công cụ thích hợp, làm tròn chú giải công cụ.
Khi xoay vòng tròn bên ngoài, điều quan trọng là phải duy trì tốc độ cắt thấp, tốc độ tiến vừa phải, độ sâu cắt sâu hơn và làm mát vừa đủ. Đầu dụng cụ không được cao hơn tâm phôi vì điều này có thể khiến dụng cụ bị kẹt. Ngoài ra, khi hoàn thiện và tiện các bộ phận có thành mỏng, góc lệch chính của dụng cụ thường phải nằm trong khoảng từ 75 đến 90 độ.
Phay
Việc phay các sản phẩm hợp kim titan khó hơn việc tiện vì phay là quá trình cắt không liên tục và phoi dễ dính vào lưỡi dao. Khi răng dính lại cắt vào phôi, phoi dính bị bong ra và một mảnh nhỏ vật liệu dụng cụ bị lấy đi dẫn đến sứt mẻ làm giảm đáng kể độ bền của dụng cụ.
Phương pháp xay xát:thường sử dụng phay xuống.
Vật liệu dụng cụ:thép tốc độ cao M42.
Phay xuống thường không được sử dụng để gia công thép hợp kim. Điều này chủ yếu là do ảnh hưởng của khe hở giữa vít me của máy công cụ và đai ốc. Trong quá trình phay xuống, khi dao phay ăn khớp với phôi, lực thành phần theo hướng cấp liệu sẽ tự căn chỉnh với hướng cấp liệu. Sự căn chỉnh này có thể dẫn đến chuyển động không liên tục của bàn phôi, làm tăng nguy cơ gãy dụng cụ.
Ngoài ra, khi phay xuống, răng dao gặp phải một lớp cứng ở lưỡi cắt, có thể gây hư hỏng dụng cụ. Trong phay ngược, phoi chuyển từ mỏng sang dày, làm cho giai đoạn cắt ban đầu dễ bị ma sát khô giữa dụng cụ và phôi. Điều này có thể làm trầm trọng thêm độ bám dính của chip và sứt mẻ của dụng cụ.
Để đạt được quá trình phay hợp kim titan mượt mà hơn, cần cân nhắc một số điều: giảm góc trước và tăng góc sau so với dao phay tiêu chuẩn. Nên sử dụng tốc độ phay thấp hơn và lựa chọn dao phay răng sắc đồng thời tránh dùng dao phay răng xẻng.
Khai thác
Khi khai thác các sản phẩm hợp kim titan, các mảnh vụn nhỏ có thể dễ dàng dính vào lưỡi dao và phôi. Điều này dẫn đến tăng độ nhám bề mặt và mô-men xoắn. Việc lựa chọn và sử dụng vòi không đúng cách có thể gây cứng vật liệu, dẫn đến hiệu suất xử lý rất thấp và đôi khi dẫn đến gãy vòi.
Để tối ưu hóa thao tác nhấn, bạn nên ưu tiên sử dụng thao tác nhấn bỏ qua một luồng tại chỗ. Số lượng răng trên vòi phải ít hơn số răng của vòi tiêu chuẩn, thường khoảng 2 đến 3 răng. Góc côn cắt lớn hơn được ưu tiên, với phần côn thường có chiều dài ren từ 3 đến 4. Để hỗ trợ việc loại bỏ phoi, góc nghiêng âm cũng có thể được mài trên côn cắt. Sử dụng taro ngắn hơn có thể tăng cường độ cứng của côn. Ngoài ra, côn ngược phải lớn hơn tiêu chuẩn một chút để giảm ma sát giữa côn và phôi.
doa
Khi doa hợp kim titan, độ mài mòn của dụng cụ thường không nghiêm trọng, cho phép sử dụng cả mũi doa cacbua và thép tốc độ cao. Khi sử dụng mũi doa cacbua, điều cần thiết là phải đảm bảo độ cứng của hệ thống xử lý, tương tự như độ cứng được sử dụng trong khoan, để ngăn chặn mũi doa bị sứt mẻ.
Thách thức chính trong việc doa các lỗ hợp kim titan là đạt được độ mịn hoàn thiện. Để tránh lưỡi dao dính vào thành lỗ, chiều rộng của lưỡi dao doa cần được thu hẹp cẩn thận bằng đá dầu nhưng vẫn đảm bảo đủ độ bền. Thông thường, chiều rộng lưỡi dao phải nằm trong khoảng từ 0,1 mm đến 0,15 mm.
Phần chuyển tiếp giữa lưỡi cắt và phần hiệu chuẩn phải có một vòng cung mượt mà. Cần phải bảo trì thường xuyên sau khi xảy ra hiện tượng mòn, đảm bảo rằng kích thước vòng cung của mỗi răng vẫn ổn định. Nếu được yêu cầu, phần hiệu chuẩn có thể được mở rộng để có hiệu suất tốt hơn.
khoan
Khoan hợp kim titan đặt ra những thách thức đáng kể, thường khiến mũi khoan bị cháy hoặc gãy trong quá trình xử lý. Điều này chủ yếu là do các vấn đề như mài mũi khoan không đúng cách, loại bỏ phoi không đủ, làm mát không đủ và độ cứng của hệ thống kém.
Để khoan hợp kim titan hiệu quả, cần tập trung vào các yếu tố sau: đảm bảo mài mũi khoan đúng cách, sử dụng góc trên lớn hơn, giảm góc trước của cạnh ngoài, tăng góc sau của cạnh ngoài và điều chỉnh độ côn phía sau cho phù hợp. Gấp 2 đến 3 lần so với mũi khoan thông thường. Điều quan trọng là phải thường xuyên rút dao lại để loại bỏ phoi kịp thời, đồng thời theo dõi hình dạng và màu sắc của phoi. Nếu các mảnh vụn xuất hiện như lông vũ hoặc nếu màu sắc của chúng thay đổi trong quá trình khoan, điều đó cho thấy mũi khoan đang trở nên cùn và cần được thay thế hoặc mài lại.
Ngoài ra, khuôn khoan phải được cố định chắc chắn vào bàn làm việc, với lưỡi dẫn hướng sát với bề mặt gia công. Nên sử dụng mũi khoan ngắn bất cứ khi nào có thể. Khi sử dụng thao tác nạp thủ công, cần chú ý không tiến hoặc lùi mũi khoan trong lỗ. Làm như vậy có thể khiến lưỡi khoan cọ xát vào bề mặt gia công, dẫn đến vật liệu bị cứng và làm cùn mũi khoan.
mài
Các vấn đề thường gặp khi màiBộ phận hợp kim titan CNCbao gồm tắc nghẽn bánh mài do phoi bị kẹt và vết cháy bề mặt trên các bộ phận. Điều này xảy ra do hợp kim titan có tính dẫn nhiệt kém, dẫn đến nhiệt độ cao ở vùng mài. Ngược lại, điều này gây ra liên kết, khuếch tán và phản ứng hóa học mạnh giữa hợp kim titan và vật liệu mài mòn.
Sự hiện diện của phoi dính và bánh mài bị tắc làm giảm đáng kể tỷ lệ mài. Ngoài ra, các phản ứng khuếch tán và hóa học có thể dẫn đến bỏng bề mặt trên phôi, cuối cùng làm giảm độ bền mỏi của bộ phận. Vấn đề này đặc biệt rõ rệt khi mài vật đúc bằng hợp kim titan.
Để giải quyết vấn đề này, các biện pháp được thực hiện là:
Chọn vật liệu đá mài thích hợp: cacbua silic xanh TL. Độ cứng của bánh mài thấp hơn một chút: ZR1.
Việc cắt vật liệu hợp kim titan phải được kiểm soát thông qua vật liệu dụng cụ, chất lỏng cắt và các thông số xử lý để nâng cao hiệu quả xử lý tổng thể.
Nếu bạn muốn biết thêm hoặc yêu cầu, xin vui lòng liên hệinfo@anebon.com
Bán chạy: Nhà máy sản xuất tại Trung QuốcLinh kiện tiện CNCvà CNC nhỏLinh kiện phay.
Anebon tập trung mở rộng thị trường quốc tế và đã thiết lập được cơ sở khách hàng vững chắc ở các nước Châu Âu, Hoa Kỳ, Trung Đông và Châu Phi. Công ty lấy chất lượng làm nền tảng và đảm bảo dịch vụ hoàn hảo để đáp ứng nhu cầu của mọi khách hàng.
Thời gian đăng: 29-10-2024