Tại sao hợp kim titan là vật liệu khó gia công?

 

1. Hiện tượng vật lý khi gia công titan

Lực cắt của gia công hợp kim titan cao hơn một chút so với thép có cùng độ cứng. Tuy nhiên, hiện tượng vật lý của việc gia công hợp kim titan phức tạp hơn nhiều so với việc gia công thép, khiến việc gia công hợp kim titan gặp rất nhiều khó khăn.

Độ dẫn nhiệt của hầu hết các hợp kim titan đều rất thấp, chỉ bằng 1/7 thép và 1/16 nhôm. Do đó, nhiệt sinh ra khi cắt hợp kim titan sẽ không được truyền nhanh vào phôi hoặc bị phoi lấy đi. Tuy nhiên, nó sẽ tích tụ trong khu vực cắt và nhiệt độ tạo ra có thể lên tới 1.000 °C hoặc hơn, điều này sẽ khiến lưỡi cắt của dụng cụ bị mòn, sứt mẻ và nứt nhanh chóng. Sự hình thành của cạnh tích hợp và sự xuất hiện nhanh chóng của cạnh bị mòn sẽ tạo ra nhiều nhiệt hơn trong khu vực cắt, càng làm giảm tuổi thọ của dụng cụ.gia công titan

Nhiệt độ cao sinh ra trong quá trình cắt cũng phá hủy tính toàn vẹn bề mặt của các bộ phận bằng hợp kim titan, dẫn đến giảm độ chính xác hình học của các bộ phận và độ cứng của sản phẩm, làm giảm nghiêm trọng độ bền mỏi của chúng.

Độ đàn hồi của hợp kim titan có thể có lợi cho hiệu suất của bộ phận, nhưng trong quá trình cắt, biến dạng đàn hồi của phôi là nguyên nhân chính gây ra rung động. Áp lực cắt làm cho phôi “đàn hồi” di chuyển ra khỏi dụng cụ và nảy lên, do đó ma sát giữa dụng cụ và phôi lớn hơn tác động cắt. Quá trình ma sát cũng tạo ra nhiệt, làm trầm trọng thêm vấn đề dẫn nhiệt kém của hợp kim titan.

Vấn đề này càng nghiêm trọng hơn khi gia công các chi tiết có thành mỏng hoặc dạng vòng, dễ bị biến dạng. Không dễ để gia công các bộ phận bằng hợp kim titan có thành mỏng đạt được độ chính xác về kích thước như mong đợi. Khi dụng cụ đẩy vật liệu phôi ra xa, biến dạng cục bộ của thành mỏng vượt quá phạm vi đàn hồi; biến dạng dẻo xảy ra, độ bền vật liệu và độ cứng của điểm cắt tăng lên đáng kể. Gia công ở tốc độ cắt đã xác định trước đó trở nên quá cao, dẫn đến mòn dụng cụ sắc bén.

“Nóng” chính là “thủ phạm” khiến việc gia công hợp kim titan trở nên khó khăn!

 

2. Bí quyết công nghệ gia công CNC titan 

Dựa trên sự hiểu biết về cơ chế xử lý hợp kim titan và bổ sung kinh nghiệm, bí quyết xử lý hợp kim titan chính như sau:

(1) Các hạt dao có hình học dương được sử dụng để giảm lực cắt, nhiệt cắt và biến dạng của phôi.

(2) Duy trì lượng cấp liệu liên tục để tránh phôi bị cứng. Dụng cụ phải luôn ở trạng thái tiến dao trong quá trình cắt và lượng cắt hướng tâm phải bằng 30% bán kính trong quá trình phay.

(3) Chất lỏng cắt áp suất cao và dòng chảy lớn được sử dụng để đảm bảo độ ổn định nhiệt của quá trình gia công và ngăn ngừa sự thoái hóa bề mặt phôi và hư hỏng dụng cụ do nhiệt độ quá cao.

(4) Giữ cho lưỡi dao luôn sắc bén; dụng cụ cùn gây tích tụ nhiệt và mài mòn, nhanh chóng dẫn đến hỏng dụng cụ.

(5) Gia công ở trạng thái mềm nhất của hợp kim titan càng nhiều càng tốt vì vật liệu trở nên khó gia công hơn sau khi đông cứng và việc xử lý nhiệt làm tăng độ bền của vật liệu và độ mòn của hạt dao.

(6) Sử dụng bán kính mũi lớn hoặc vát cạnh để cắt càng nhiều càng tốt vào lưỡi cắt. Điều này làm giảm lực cắt và nhiệt tại mọi điểm và ngăn ngừa hiện tượng gãy cục bộ. Khi phay hợp kim titan, trong số các thông số cắt, tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi thọ dụng cụ vc, tiếp theo là độ ăn khớp hướng tâm (độ sâu phay) ae.

 

3. Bắt đầu với lưỡi dao để giải quyết vấn đề xử lý titan

Độ mòn của rãnh chèn trong quá trình gia công hợp kim titan là độ mòn cục bộ của mặt sau và mặt trước theo hướng độ sâu cắt, thường do lớp cứng còn sót lại do quá trình xử lý trước đó gây ra. Phản ứng hóa học và sự khuếch tán của dụng cụ và vật liệu phôi ở nhiệt độ gia công trên 800°C cũng là nguyên nhân hình thành mòn rãnh. Bởi vì trong quá trình gia công, các phân tử titan của phôi tích tụ ở phía trước lưỡi dao và được “hàn” vào cạnh lưỡi dao dưới áp suất cao và nhiệt độ cao, tạo thành một cạnh tích hợp. Khi cạnh tích hợp bong ra khỏi lưỡi cắt, nó sẽ lấy đi lớp phủ cacbua của hạt dao, do đó gia công titan yêu cầu vật liệu hạt dao và hình dạng độc đáo.cCustom gia công chính xác

 

4. Cấu trúc dụng cụ phù hợp cho gia công titan

Trọng tâm của quá trình xử lý hợp kim titan là nhiệt, và một lượng lớn chất lỏng cắt áp suất cao phải được phun lên lưỡi cắt một cách kịp thời và chính xác để loại bỏ nhiệt nhanh chóng. Có những cấu hình độc đáo của dao phay dành riêng cho gia công titan.