Чому ми вважаємо, що титановий сплав важко обробляти? Через відсутність глибокого розуміння механізму та явища його обробки.
01
«Тепло» є «винуватцем» труднощів обробки титанових сплавів
Сила різання при обробці титанового сплаву лише трохи вища, ніж у сталі з такою ж твердістю, але фізичне явище обробки титанового сплаву набагато складніше, ніж обробка сталі, що ускладнює обробку титанового сплаву.
Теплопровідність більшості титанових сплавів дуже низька, лише 1/7 сталі та 1/16 алюмінію. Таким чином, тепло, що утворюється в процесі різання титанового сплаву, не буде швидко передаватися заготовці або забиратися стружкою, а накопичуватиметься в зоні різання, і генерована температура може досягати 1000 градусів C, викликаючи ріжуча кромка інструменту швидко зношується, тріскається та гине. Наростання країв, швидка поява зношених країв, у свою чергу, створює більше тепла в зоні різання, ще більше скорочуючи термін служби інструменту.
Висока температура, що виникає під час процесу різання, також руйнує поверхневу цілісність деталей із титанового сплаву, що призводить до зниження геометричної точності деталі та явища зміцнення, яке серйозно знижує її втомну міцність.
Пружність титанових сплавів може бути корисною для продуктивності деталей, але під час різання пружна деформація заготовки є важливою причиною вібрації. Тиск різання змушує «пружну» заготовку покинути інструмент і відскочити, так що тертя між інструментом і заготовкою є більшим, ніж дія різання. Процес тертя також виділяє тепло, що посилює проблему поганої теплопровідності титанових сплавів.
Ця проблема ще більш серйозна при обробці тонкостінних або кільцеподібних деталей, які легко деформуються. Обробити тонкостінні деталі з титанового сплаву з очікуваною точністю розмірів непросте завдання. Тому що, коли матеріал заготовки відштовхується інструментом, локальна деформація тонкої стінки перевищила пружний діапазон для отримання пластичної деформації, а міцність і твердість матеріалу в точці різання значно зростають. У цей час обробка при початково визначеній швидкості різання стає занадто високою, що в подальшому призводить до різкого зносу інструменту.
02
Ноу-хау процесу обробки титанових сплавів
На основі розуміння механізму обробки титанових сплавів у поєднанні з минулим досвідом основні технологічні ноу-хау для обробки титанових сплавів є такими:
(1) Пластини з позитивною кутовою геометрією для зменшення сили різання, нагрівання різання та деформації заготовки.
(2) Підтримуйте постійну подачу, щоб уникнути затвердіння заготовки. Під час різання інструмент завжди повинен бути в стані подачі. Величина радіального різання ae повинна становити 30 відсотків радіуса під час фрезерування.
(3) Рідина під високим тиском і великим потоком використовується для забезпечення термічної стабільності процесу обробки та запобігання дегенерації поверхні заготовки та пошкодження інструменту через надмірну температуру.
(4) Тримайте ріжучу кромку леза гострою, тупі ножі є причиною накопичення тепла та зносу, що може легко призвести до поломки ножів.
(5) Обробка в максимально м’якому стані титанового сплаву, оскільки матеріал стає важче обробляти після затвердіння, термічна обробка покращує міцність матеріалу та збільшує знос леза.
(6) Використовуйте великий радіус носа або фаску, щоб максимально врізати ріжучу кромку. Це може зменшити силу різання та нагрівання в кожній точці та запобігти локальному поломці. Під час фрезерування титанових сплавів серед параметрів різання швидкість різання має найбільший вплив на довговічність інструменту vc, а потім радіальна величина різання (глибина фрезерування) ae.
03
Починаючи з леза, щоб вирішити проблему обробки титану
Зношування канавки леза, яке відбувається під час обробки титанового сплаву, є локальним зношуванням задньої та передньої сторони вздовж напрямку глибини різання, яке часто спричинене загартованим шаром, що залишився після попередньої обробки. Хімічна реакція та дифузія між інструментом і матеріалом заготовки при температурі обробки, що перевищує 800 градусів, також є однією з причин утворення зносу канавок.
Тому що під час обробки молекули титану заготовки накопичуються в передній частині леза та «приварюються» до леза під високим тиском і високою температурою, утворюючи нарощений край. Коли накопичена кромка відшаровується від ріжучої кромки, це позбавляє пластини твердосплавного покриття, тому для обробки титану потрібні спеціальні матеріали та геометрія пластини.
04
Конструкції інструментів для обробки титану
Основним напрямком обробки титанових сплавів є тепло. Велика кількість ріжучої рідини під високим тиском повинна бути розпорошена на ріжучу кромку своєчасно та точно, щоб швидко видалити тепло. На ринку представлені унікальні конструкції фрез, які спеціально використовуються для обробки титанових сплавів.
