С момента открытия титана в 1790 году люди на протяжении столетия исследовали его необычайные свойства. В 1910 году люди впервые произвели металлический титан, но путь к применению титановых сплавов был долгим и трудным. Лишь 40 лет спустя, в 1951 году, промышленное производство было наконец реализовано.
Титановые сплавы обладают характеристиками высокой удельной прочности, коррозионной стойкости, жаростойкости и усталостной стойкости. Вес титановых сплавов того же размера составляет всего 60% веса стали, но он прочнее легированной стали. Благодаря своим хорошим свойствам титановые сплавы находят все более широкое применение в авиации, аэрокосмической отрасли, энергетическом оборудовании, атомной энергетике, судах, химической промышленности и медицинском оборудовании.
Причины затруднений обработки титановых сплавов
Четыре характеристики титановых сплавов, такие как низкая теплопроводность, сильное деформационное упрочнение, высокое сродство к режущим инструментам и небольшая пластическая деформация, являются основными причинами трудностей обработки титановых сплавов. Его индекс резания эквивалентен лишь 20% индекса легкорежущей 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 режущей кромки (температура вершины во время обработки более чем в 1 раз выше, чем у стали 45#), что легко вызывает диффузный износ инструмента.
Тяжелое упрочнение работы
Явление наклепа титанового сплава очевидно, а слой поверхностного упрочнения более серьезен, чем у нержавеющей стали, что вызовет определенные трудности при последующей обработке, например, повышенное повреждение границы инструмента.
Высокая близость к инструментам
Сильная адгезия с титансодержащим твердым сплавом.
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.
Технические советы по обработке титанового сплава
Основываясь на понимании механизма обработки титанового сплава и предыдущем опыте, основные технологические советы по обработке титанового сплава заключаются в следующем:
(1) Используйте лезвие с положительной геометрией угла, чтобы уменьшить силу резания, нагрев при резке и деформацию заготовки.
(2) Поддерживайте постоянную подачу, чтобы избежать затвердевания заготовки. Во время процесса резания инструмент всегда должен находиться в подаче. Радиальная глубина резания ae при фрезеровании должна составлять 30% радиуса.
(3) Используйте смазочно-охлаждающую жидкость под высоким давлением и с большим расходом, чтобы обеспечить термическую стабильность процесса обработки и предотвратить дегенерацию поверхности и повреждение инструмента из-за чрезмерной температуры.
(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 труднее обрабатывать. Термическая обработка увеличивает прочность материала и увеличивает износ лезвия.
(6) Используйте большой радиус кончика инструмента или фаску, чтобы врезаться и вставить в разрез как можно большую часть лезвия. Это может уменьшить силу резания и нагрев в каждой точке и предотвратить локальные повреждения. При фрезеровании титанового сплава наибольшее влияние на стойкость инструмента среди всех параметров резания оказывает скорость резания, за которой следует радиальная глубина резания.
Решите проблемы обработки титана, начав с лезвия
Износ канавок лезвия, возникающий при обработке титанового сплава, представляет собой локальный износ сзади и спереди по направлению глубины резания. Часто это вызвано затвердевшим слоем, оставшимся от предыдущей обработки. Химическая реакция и диффузия между инструментом и материалом заготовки при температуре обработки более 800 градусов также являются одной из причин образования канавок изнашивания. Потому что во время обработки молекулы титана заготовки накапливаются перед лезвием и «привариваются» к лезвию под высоким давлением и высокой температурой, образуя нарост. При снятии нароста с лезвия удаляется твердосплавное покрытие лезвия. Поэтому обработка титановых сплавов требует специальных материалов и геометрии лезвий.
Конструкция инструмента подходит для обработки титана
Основное внимание при обработке титановых сплавов уделяется теплу. Большое количество смазочно-охлаждающей жидкости под высоким давлением необходимо своевременно и точно распылять на режущую кромку, чтобы быстро отвести тепло. На рынке представлены уникальные конструкции фрез специально для обработки титановых сплавов.
Начиная с конкретного метода обработки
Поворот
Изделия из титановых сплавов легко получить хорошую шероховатость поверхности при точении, а наклеп незначителен, но температура резания высока, и инструмент быстро изнашивается. Учитывая эти характеристики, в отношении инструментов и параметров резания в основном принимаются следующие меры:
Инструментальный материал: YG6, YG8 и YG10HT подбираются согласно существующим условиям завода.
Параметры геометрии инструмента: соответствующие передний и задний углы инструмента, закругленный кончик инструмента.
Низкая скорость резания, умеренная скорость подачи, большая глубина резания, достаточное охлаждение, острие инструмента не может находиться выше центра заготовки при повороте внешнего круга, иначе легко застрять. При чистовой обработке и точении тонкостенных деталей основной угол отклонения инструмента должен быть большим, обычно 75–90 градусов.
Фрезерование
Фрезерование изделий из титановых сплавов сложнее токарной обработки, поскольку фрезерование представляет собой прерывистое резание, а стружка легко налипает на лезвие. Когда зубья с липкой стружкой снова врезаются в заготовку, липкая стружка сбивается и уносит небольшой кусочек инструментального материала, образуя сломанную кромку, что значительно снижает долговечность инструмента.
Метод фрезерования: обычно используют попутное фрезерование.
Материал инструмента: быстрорежущая сталь М42.
Как правило, при обработке легированной стали не используется попутное фрезерование. Из-за влияния зазора между ходовым винтом станка и гайкой при попутном фрезеровании фреза воздействует на заготовку, а сила в направлении подачи такая же, как и направление подачи, что может легко привести к тому, что заготовка стол будет совершать прерывистые движения, что приведет к поломке фрезы. При попутном фрезеровании зубья фрезы ударяются о твердую оболочку, когда начинают врезаться, что приводит к поломке фрезы. Однако, поскольку стружка при обратном фрезеровании бывает от тонкой до толстой, фреза склонна к сухому трению о заготовку при первом врезании, что усугубляет залипание и сколы фрезы. Для плавного фрезерования титановых сплавов следует также отметить, что передний угол должен быть уменьшен, а задний угол должен быть увеличен по сравнению с обычной стандартной фрезой. Скорость фрезерования должна быть низкой, следует использовать как можно больше фрез с острыми зубьями, а также следует избегать использования фрез с лопатообразными зубьями.
Постукивание
При нарезании резьбы на изделиях из титановых сплавов из-за небольшого размера стружки она легко прилипает к лезвию и заготовке, что приводит к большому значению шероховатости и высокому крутящему моменту на обрабатываемой поверхности. Неправильный выбор и неправильная эксплуатация метчиков при нарезании резьбы легко могут стать причиной наклепа, крайне низкой эффективности обработки и периодической поломки метчика.
Необходимо отдать приоритет использованию метчика с одной резьбой. Количество зубьев должно быть меньше, чем у стандартного метчика, обычно от 2 до 3 зубьев. Угол режущей конусности должен быть большим, а длина конической части обычно составляет от 3 до 4 витков резьбы. Для облегчения удаления стружки на режущей конусной части можно также отшлифовать отрицательный угол. Попробуйте использовать короткие метчики, чтобы увеличить жесткость конуса. Часть конуса с обратным конусом должна быть соответственно больше стандартной, чтобы уменьшить трение между метчиком и заготовкой.
Рассверливание
При развертывании титановых сплавов износ инструмента незначителен, можно использовать развертки как из твердого сплава, так и из быстрорежущей стали. При использовании твердосплавных разверток следует соблюдать жесткость технологической системы, аналогичную бурению, чтобы предотвратить сколы развертки. Основная проблема при рассверливании титановых сплавов заключается в том, что качество рассверливания неудовлетворительное. Ширину лезвия развертки необходимо сузить камнем, чтобы лезвие не прилипло к стенке отверстия, но при этом необходимо обеспечить достаточную прочность. Обычно ширина лезвия составляет от 0,1 до 0,15 мм.
Переход между режущей кромкой и калибровочной деталью должен представлять собой плавную дугу. После износа его следует вовремя ремонтировать, а размер дуги каждого зуба должен быть постоянным; при необходимости калибровочную часть обратного конуса можно увеличить.
Бурение
Сверление титанового сплава затруднено, и во время обработки часто возникает явление возгорания и поломки сверла. В основном это связано с несколькими причинами, такими как плохая заточка сверл, несвоевременное удаление стружки, плохое охлаждение и недостаточная жесткость технологической системы. Поэтому при сверлении титановых сплавов следует уделять внимание разумной заточке сверла, большому верхнему углу, уменьшенному переднему углу внешней кромки, увеличенному заднему углу внешней кромки, а заднюю конусность следует увеличить в 2–3 раза по сравнению с конусом сверла. стандартное сверло. Часто выдвигайте инструмент и вовремя удаляйте стружку, обращая внимание на форму и цвет стружки. Если во время сверления стружка становится расплывчатой или меняет цвет, это означает, что сверло затупилось и инструмент следует вовремя менять и затачивать.
Сверлильный станок должен быть закреплен на верстаке, поверхность направляющего ножа сверлильного станка должна быть близка к обрабатываемой поверхности, старайтесь использовать короткое сверло. Еще одна проблема, на которую стоит обратить внимание, заключается в том, что при ручной подаче сверло не должно двигаться вперед или назад в отверстии, иначе лезвие сверла будет тереться о обрабатываемую поверхность, что приведет к наклепу и затуплению сверла.
Шлифование
Распространенной проблемой при шлифовании деталей из титановых сплавов является то, что липкая стружка вызывает засорение шлифовального круга и ожоги поверхности детали. Причина в том, что теплопроводность титанового сплава низкая, что приводит к высокой температуре в зоне шлифования, в результате чего титановый сплав и абразив связываются, диффундируют и вступают в сильную химическую реакцию. Прилипшая стружка и засорение шлифовального круга приводят к значительному снижению степени помола. В результате диффузии и химической реакции поверхность заготовки обжигается, в результате чего снижается усталостная прочность деталей, что 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.
Режущая обработка материалов из титановых сплавов должна контролироваться с точки зрения инструментальных материалов, смазочно-охлаждающих жидкостей и параметров обработки, чтобы повысить комплексную эффективность обработки материалов из титановых сплавов.
Рекомендуемое видео Следите за видео-аккаунтом обработки металла и обратите внимание на промышленные СМИ с отношением
