Почему титан трудно обрабатывать?

Четыре характеристики титановых сплавов, в том числе низкая теплопроводность, сильное деформационное упрочнение, высокое сродство к режущим инструментам и небольшая пластическая деформация, являются основными причинами сложности обработки титановых сплавов. Его индекс резания эквивалентен только 20% автоматной стали.

Низкая теплопроводность

Теплопроводность титанового сплава составляет всего около 16% от теплопроводности стали 45#. Тепло не может быть отведено вовремя во время обработки, что приводит к локальному повышению температуры на режущей кромке (температура кончика инструмента во время обработки более чем в два раза выше, чем у стали 45#), что может легко вызвать диффузионный износ инструмента.

Тяжелое упрочнение работы

Явление наклепа титанового сплава очевидно, а слой поверхностного упрочнения более серьезный, чем у нержавеющей стали, что вызовет определенные трудности при последующей обработке, например, повышенное повреждение границы инструмента.

Высокая близость к ножам

Сильная связь с титансодержащим карбидом.

Небольшая пластическая деформация

Это около 1/2 модуля упругости стали 45, поэтому упругое восстановление велико, а трение серьезное. В то же время заготовка также склонна к деформации зажима.

Ноу-хау процесса обработки титановых сплавов

На основе понимания механизма обработки титановых сплавов и добавления прошлого опыта основные технологические ноу-хау обработки титановых сплавов заключаются в следующем:

(1) Используйте пластины с положительной геометрией угла, чтобы уменьшить силу резания, теплоту резания и деформацию заготовки.

(2) Поддерживайте постоянную подачу, чтобы избежать затвердевания заготовки. Во время процесса резания инструмент всегда должен находиться в состоянии подачи. Радиальная величина зацепления инструмента ae во время фрезерования должна составлять 30% радиуса.

(3) Используйте смазочно-охлаждающую жидкость под высоким давлением и с большим расходом, чтобы обеспечить термическую стабильность процесса обработки и предотвратить деградацию поверхности заготовки и повреждение инструмента, вызванное чрезмерной температурой.

(4) Держите лезвие острым. Тупые инструменты являются причиной накопления тепла и износа, что может легко привести к выходу инструмента из строя.

(5) Обрабатывайте титановый сплав в максимально мягком состоянии, поскольку после закалки материал становится сложнее обрабатывать, а термообработка увеличивает прочность материала и увеличивает износ лезвия.

(6) Используйте большой радиус дуги или фаску на кончике инструмента, чтобы как можно глубже врезаться в режущую кромку. Это снижает силу резания и нагрев в каждой точке и предотвращает локальные поломки. При фрезеровании титанового сплава среди параметров резания наибольшее влияние на стойкость инструмента оказывает скорость резания, за ней следует радиальное зацепление инструмента (глубина фрезерования).

Начните с лезвий, чтобы решить проблемы обработки титана

Канавочный износ лезвия, возникающий при обработке титановых сплавов, представляет собой локальный износ тыльной и передней части по направлению глубины резания. Это часто вызвано затвердевшим слоем, оставшимся от предыдущей обработки. Химическая реакция и диффузия между инструментом и материалом заготовки при температуре обработки, превышающей 800 градусов, также являются одной из причин износа канавок. Потому что в процессе обработки молекулы титана заготовки накапливаются перед лезвием и «привариваются» к лезвию под высоким давлением и высокой температурой, образуя нарост на кромке. Когда нарост отслаивается от режущей кромки, он забирает с собой и твердосплавное покрытие пластины, поэтому обработка титана требует специальных материалов и геометрии пластин.

Конструкция инструмента подходит для обработки титана

Основное внимание при обработке титановых сплавов уделяется теплу. Для быстрого отвода тепла на режущую кромку необходимо быстро и точно распылить большое количество смазочно-охлаждающей жидкости под высоким давлением. На рынке представлены уникальные конструкции фрез специально для обработки титановых сплавов.

Начните с конкретных методов механической обработки.

превращение

При токарной обработке изделий из титановых сплавов легко получить лучшую шероховатость поверхности, а наклеп незначителен, но температура резания высока, и инструмент быстро изнашивается. В ответ на эти характеристики в основном принимаются следующие меры в отношении инструментов и параметров резания:

Инструментальный материал: YG6, YG8, YG10HT подбираются согласно существующим условиям завода.

Геометрические параметры инструмента: подходящие передний и задний углы инструмента, а также закругление кончика инструмента.

Более низкая скорость резания, умеренная подача, большая глубина резания, достаточное охлаждение. При точении внешнего круга острие инструмента не может быть выше центра заготовки, иначе можно легко завязать инструмент. При чистовой точении и точении тонкостенных деталей угол основного отклонения инструмента должен быть большим, обычно от 75 до 90 градусов.

Фрезерование

Фрезерование изделий из титановых сплавов сложнее, чем точение, поскольку фрезерование представляет собой прерывистое резание, а стружка легко сцепляется с лезвием. Когда зубья, прилипающие к струже, снова врезаются в заготовку, стружка сбивается и уносит небольшой кусочек инструментального материала, образуя лезвие для стружки, что значительно снижает долговечность инструмента.

Метод фрезерования: Обычно используется попутное фрезерование.

Материал инструмента: быстрорежущая сталь М42.

Обычно попутное фрезерование не используется при обработке легированной стали. Из-за влияния зазора между винтом станка и гайкой во время попутного фрезерования фреза воздействует на заготовку, а составляющая сила в направлении подачи такая же, как направление подачи, что легко приводит к смещению стола заготовки. крах. Происходят прерывистые движения, приводящие к биению ножа. При попутном фрезеровании зубья фрезы при начале врезания ударяются о твердую кожу, что приводит к поломке фрезы. Однако, поскольку при попутном фрезеровании стружка меняется с тонкой на толстую, инструмент склонен к сухому трению о заготовку во время первоначального резания, что усугубляет прилипание стружки и скалывание кромок инструмента. Для плавного фрезерования титанового сплава следует также отметить, что по сравнению с обычными стандартными фрезами передний угол должен быть уменьшен, а задний угол должен быть увеличен. Скорость фрезерования должна быть низкой. Старайтесь использовать фрезы с острыми зубьями и избегайте использования фрез с лопатообразными зубьями.

Постукивание

При нарезании резьбы на изделиях из титановых сплавов стружка мелкая и легко прилипает к лезвию и заготовке, что приводит к большой шероховатости поверхности и высокому крутящему моменту. Неправильный выбор метчика и неправильная работа при нарезании резьбы могут легко привести к наклепу, крайне низкой эффективности обработки и периодической поломке метчика.

Необходимо отдать приоритет перескоку-отводу правой нити. Число зубьев должно быть меньше, чем у стандартного метчика, обычно от 2 до 3 зубьев. Угол режущей конусности должен быть большим, а конусная часть обычно составляет 3–4 длины резьбы. Для облегчения удаления стружки на режущем конусе также можно заточить отрицательный угол наклона. Попробуйте использовать короткие метчики, чтобы увеличить жесткость метчика. Часть метчика с обратным конусом должна быть соответственно больше стандартной, чтобы уменьшить трение между метчиком и заготовкой.

расширение

Износ инструмента не является серьезным при развертывании титанового сплава, можно использовать развертки как из твердого сплава, так и из быстрорежущей стали. При использовании твердосплавных разверток необходимо соблюдать жесткость технологической системы, аналогичную бурению, чтобы предотвратить сколы развертки. Основная проблема, возникающая при рассверливании титановых сплавов, заключается в том, что качество рассверливания неудовлетворительное. Ширину лезвия развертки необходимо сузить с помощью точильного камня, чтобы предотвратить сцепление лезвия со стенкой отверстия. Однако необходимо обеспечить достаточную прочность. Обычно ширина лезвия составляет 0,1~0,15 мм. также.

Точка перехода между режущей кромкой и калибровочной деталью должна представлять собой плавную дугу. Его необходимо вовремя шлифовать после износа, а размер дуги каждого зуба должен быть постоянным; при необходимости обратный конус калибровочной детали можно увеличить.

Бурение

Сверление титановых сплавов затруднено, в процессе обработки часто случаются перегорание и поломка сверла. В основном это связано с несколькими причинами, такими как плохая заточка сверла, несвоевременное удаление стружки, плохое охлаждение и недостаточная жесткость технологической системы. Поэтому при сверлении титановых сплавов необходимо уделять внимание разумной заточке сверла, большому углу при вершине, уменьшенному переднему углу внешней кромки, увеличенному углу затылка внешней кромки и увеличению обратной конусности в 2–3 раза по сравнению со стандартными сверлами. Часто вытаскивайте инструмент и своевременно удаляйте стружку, обращая внимание на ее форму и цвет. Если во время сверления стружка выглядит расплывчатой ​​или меняет цвет, это означает, что сверло затупилось и инструмент следует вовремя заменить и заточить.

Сверлильный штамп должен быть закреплен на верстаке, направляющая поверхность сверлильного штампа должна быть близка к поверхности обработки, и следует использовать как можно более короткое сверло. Еще одна проблема, на которую стоит обратить внимание, заключается в том, что при использовании ручной подачи сверло не должно продвигаться или отступать в отверстии, иначе кромка сверла будет тереться о обработанную поверхность, что приведет к наклепу и затуплению сверла.

шлифование

Распространенными проблемами при шлифовании деталей из титановых сплавов являются засорение шлифовального круга из-за налипшей стружки и пригаров на поверхности деталей. Причина в том, что теплопроводность титанового сплава низкая, что приводит к высокой температуре в зоне шлифования, что приводит к склеиванию, диффузии и сильной химической реакции между титановым сплавом и абразивом. Прилипшая стружка и засорение шлифовального круга приводят к значительному снижению степени помола. В результате диффузии и химических реакций заготовка пригорает на шлифовальной поверхности, что приводит к снижению усталостной прочности детали. Это более очевидно при шлифовании отливок из титановых сплавов.

Для решения этой проблемы приняты следующие меры:

Выберите подходящий материал шлифовального круга: зеленый карбид кремния TL. Немного меньшая твердость шлифовального круга: ZR1.

Резка материалов из титановых сплавов должна контролироваться с точки зрения инструментальных материалов, смазочно-охлаждающих жидкостей и параметров процесса обработки, чтобы повысить общую эффективность обработки материалов из титановых сплавов.