З моменту відкриття титану в 1790 році люди протягом століття досліджували його надзвичайні властивості. У 1910 році люди вперше виготовили металевий титан, але шлях до застосування титанових сплавів був довгим і важким. Лише через 40 років у 1951 році промислове виробництво нарешті було реалізовано.
Титанові сплави мають такі характеристики, як висока питома міцність, стійкість до корозії, стійкість до високих температур і стійкість до втоми. Вага титанових сплавів такого ж розміру становить лише 60% ваги сталі, але вони міцніші за леговану сталь. Завдяки своїм хорошим властивостям титанові сплави все ширше використовуються в авіації, космонавтиці, енергетичному обладнанні, атомній енергетиці, кораблях, хімікатах і медичному обладнанні.
Причини труднощів обробки титанових сплавів
Чотири характеристики титанових сплавів, такі як низька теплопровідність, серйозне наклепування, висока спорідненість з ріжучими інструментами та мала пластична деформація, є основними причинами труднощів обробки титанових сплавів. Його індекс різання еквівалентний лише 20% індексу легкої різання сталі.
Низька теплопровідність
Теплопровідність титанового сплаву становить лише близько 16% від теплопровідності сталі 45#. Тепло не може бути відведено вчасно під час обробки, що призводить до локальної високої температури ріжучої кромки (температура кінчика під час обробки більш ніж в 1 раз перевищує температуру сталі 45#), що легко спричиняє дифузне зношування інструменту.
Важка робота загартування
Явище зміцнення титанового сплаву є очевидним, а шар поверхневого зміцнення є більш серйозним, ніж у нержавіючої сталі, що спричинить певні труднощі в подальшій обробці, наприклад, збільшення пошкодження межі інструменту.
Висока спорідненість з інструментами
Сильна адгезія з твердим сплавом, що містить титан.
Мала пластична деформація
Це приблизно 1/2 модуля пружності сталі 45, тому пружне відновлення велике, а тертя серйозне. При цьому заготовка також схильна до деформації при затиску.
Технічні поради по обробці титанового сплаву
На основі розуміння механізму обробки титанового сплаву та попереднього досвіду основні поради щодо обробки титанового сплаву такі:
(1) Використовуйте лезо з позитивною кутовою геометрією, щоб зменшити силу різання, нагрівання різання та деформацію заготовки.
(2) Підтримуйте постійну подачу, щоб уникнути затвердіння заготовки. Під час різання інструмент завжди повинен бути в подачі. Радіальна глибина різання ae при фрезеруванні повинна становити 30% радіуса.
(3) Використовуйте ріжучу рідину під високим тиском і високим потоком, щоб забезпечити термічну стабільність процесу обробки та запобігти дегенерації поверхні та пошкодженню інструменту через надмірну температуру.
(4) Тримайте край леза гострим. Тупі інструменти є причиною накопичення тепла та зносу, що може легко призвести до поломки інструменту.
(5) Обробляйте титановий сплав у його найм’якшому стані, наскільки це можливо, оскільки матеріал стає важче обробляти після затвердіння. Термічна обробка підвищує міцність матеріалу і збільшує знос леза.
(6) Використовуйте великий радіус наконечника інструмента або фаску, щоб врізати та вкладати якомога більше леза в надріз. Це може зменшити силу різання та тепло в кожній точці та запобігти локальному пошкодженню. Під час фрезерування титанового сплаву швидкість різання має найбільший вплив на довговічність інструменту серед усіх параметрів різання, а потім радіальна глибина різання.
Вирішіть проблеми обробки титану, починаючи з леза
Зношування канавок леза, яке відбувається під час обробки титанового сплаву, є локальним зносом на задній і передній сторонах уздовж напрямку глибини різання. Це часто викликано затверділим шаром, що залишився після попередньої обробки. Хімічна реакція та дифузія між інструментом і матеріалом заготовки при температурі обробки понад 800 градусів також є однією з причин утворення зносу канавок. Тому що під час обробки молекули титану заготовки накопичуються перед лезом і «зварюються» до леза під високим тиском і високою температурою, утворюючи нарощений край. Коли нарощений край відшаровується від леза, твердосплавне покриття леза видаляється. Тому обробка титанового сплаву вимагає спеціальних матеріалів і геометрії лез.
Структура інструменту підходить для обробки титану
Основним напрямком обробки титанових сплавів є тепло. Велику кількість ріжучої рідини під високим тиском необхідно розпорошити на ріжучу кромку своєчасно та точно, щоб швидко видалити тепло. На ринку є унікальні конструкції фрез спеціально для обробки титанових сплавів.
Виходячи з конкретного методу обробки
токарні
Вироби з титанового сплаву легко отримати гарну шорсткість поверхні при точінні, а зміцнення не є серйозним, але температура різання висока, і інструмент швидко зношується. З огляду на ці характеристики, в основному вживаються такі заходи щодо інструментів і параметрів різання:
Матеріал інструменту: YG6, YG8 і YG10HT вибираються відповідно до існуючих умов заводу.
Параметри геометрії інструменту: відповідні передній і задній кути інструменту, закруглена вершина інструменту.
Низька швидкість різання, помірна швидкість подачі, глибока глибина різання, достатнє охолодження, кінчик інструмента не може бути вище центру заготовки при обертанні зовнішнього кола, інакше можна легко застрягти. Під час чистової обробки та точіння тонкостінних деталей головний кут відхилення інструменту має бути великим, як правило, 75–90 градусів.
фрезерування
Фрезерування виробів з титанового сплаву складніше, ніж токарна обробка, оскільки фрезерування є переривчастим різанням, і стружка легко прилипає до леза. Коли зубці липкої стружки знову врізаються в заготовку, липка стружка збивається і забирає невеликий шматочок інструментального матеріалу, утворюючи зламаний край, що значно знижує довговічність інструменту.
Метод фрезерування: зазвичай використовують фрезерування.
Матеріал інструменту: швидкорізальна сталь М42.
Як правило, при обробці легованої сталі не використовується фрезерування. Завдяки впливу зазору між ходовим гвинтом верстата та гайкою, під час фрезерування вниз фреза діє на заготовку, а сила в напрямку подачі є такою ж, як і в напрямку подачі, що може легко спричинити заготовку стіл матиме переривчастий рух, що спричинить поломку різця. Під час фрезерування зуби фрези вдаряться об тверду шкіру, коли починають врізатися, що призведе до поломки фрези. Однак, оскільки стружка при зворотному фрезеруванні буває від тонкої до товстої, різець схильний до сухого тертя об заготовку під час першого врізання, що посилює залипання та сколювання різця. Щоб гладко фрезерувати титанові сплави, слід також зазначити, що передній кут має бути зменшений, а задній кут має бути збільшений порівняно зі стандартною фрезою. Швидкість фрезерування повинна бути низькою, і слід якомога більше використовувати фрези з гострими зубами, а також уникати використання фрез з лопатою.
Постукування
Під час нарізання різьблення виробів із титанового сплаву, оскільки стружка невелика, вона легко прилипає до леза та заготовки, що призводить до великого значення шорсткості та високого крутного моменту на обробленій поверхні. Неправильний вибір і неправильна експлуатація мітчиків під час різьблення можуть легко спричинити затвердіння, надзвичайно низьку ефективність обробки та випадкову поломку мітчика.
Необхідно віддати перевагу використанню мітчика з однією різьбою на місці. Кількість зубів має бути меншою, ніж у стандартного змішувача, як правило, 2-3 зуби. Кут ріжучої конусності має бути великим, а конічна частина, як правило, має довжину від 3 до 4 ниток. Щоб полегшити видалення стружки, на ріжучій конічній частині також можна відшліфувати негативний кут. Намагайтеся використовувати короткі мітчики, щоб збільшити жорсткість конуса. Зворотна частина конуса має бути відповідно більшою за стандартну, щоб зменшити тертя між мітчиком і деталлю.
Розсвердлювання
Під час розгортання титанових сплавів знос інструменту незначний, тому можна використовувати як твердосплавні, так і швидкорізальні сталеві розвертки. Під час використання твердосплавних розгорток слід прийняти жорсткість технологічної системи, подібну до свердління, щоб запобігти сколу розгортки. Основна проблема під час розгортання титанових сплавів полягає в тому, що обробка розгортання є поганою. Ширина леза розгортки повинна бути звужена масляним каменем, щоб запобігти прилипанню леза до стінки отвору, але повинна бути забезпечена достатня міцність. Зазвичай ширина леза становить від 0.1 до 0.15 мм.
Перехід між ріжучою кромкою і калібрувальної частиною повинен бути плавною дугою. Після зносу його слід вчасно відремонтувати, а розмір дуги кожного зуба повинен бути узгодженим; при необхідності калібрувальну частину заднього конуса можна збільшити.
буріння
Свердління титанового сплаву складне, і під час обробки часто виникає явище горіння та ламання свердла. Це в основному через кілька причин, таких як погане шліфування свердла, несвоєчасне видалення стружки, погане охолодження та погана жорсткість технологічної системи. Таким чином, під час свердління титанових сплавів слід звернути увагу на розумне шліфування свердла, великий верхній кут, зменшений передній кут зовнішньої кромки, збільшений задній кут зовнішньої кромки, а задню конусність слід збільшити в 2-3 рази, ніж стандартне свердло. Частіше втягуйте інструмент і вчасно видаляйте стружку, звертаючи увагу на форму та колір стружки. Якщо під час свердління стружка з’явилася пір’ястою або змінила колір, це означає, що свердло затупилося, і інструмент слід вчасно міняти і заточувати.
Свердлильне пристосування має бути закріплене на верстаку, поверхня направляючого ножа свердлильного пристосування повинна бути близько до поверхні обробки, і намагайтеся використовувати коротке свердло. Ще одна проблема, яку варто відзначити, полягає в тому, що при ручній подачі свердло не повинно рухатися вперед або назад в отворі, інакше лезо свердла буде тертися об обробну поверхню, спричиняючи затвердіння та затуплення свердла.
Шліфування
Поширеною проблемою при шліфуванні деталей із титанового сплаву є те, що липка стружка спричиняє блокування шліфувального круга та опіки поверхні деталей. Причина полягає в тому, що теплопровідність титанового сплаву низька, що спричиняє високу температуру в зоні шліфування, так що титановий сплав і абразив з’єднуються, дифундують і вступають у сильну хімічну реакцію. Липка стружка та засмічення шліфувального круга призводять до значного зниження коефіцієнта помелу. В результаті дифузії і хімічної реакції поверхня заготовки випалюється, в результаті чого втомна міцність деталей знижується, що більш очевидно при шліфуванні виливків з титанових сплавів.
Для вирішення цієї проблеми вживаються такі заходи:
Виберіть відповідний матеріал шліфувального круга: зелений карбід кремнію TL. Трохи менша твердість шліфувального круга: ZR1.
Обробка різання матеріалів з титанового сплаву повинна контролюватися з точки зору інструментальних матеріалів, ріжучих рідин і параметрів обробки, щоб підвищити комплексну ефективність обробки матеріалів з титанового сплаву.
Рекомендоване відео Стежте за відео-акаунтом металообробки та з настроєм звертайте увагу на промислові ЗМІ
