Почему мы считаем титановый сплав трудным для обработки материалом? Из-за отсутствия глубокого понимания механизма и явления его обработки.
01
«Нагрев» — «виновник» сложности обработки титановых сплавов
Сила резания при обработке титанового сплава лишь немного выше, чем у стали с той же твердостью, но физическое явление обработки титанового сплава намного сложнее, чем при обработке стали, что затрудняет обработку титанового сплава.
Теплопроводность большинства титановых сплавов очень низкая, всего 1/7 стали и 1/16 алюминия. Следовательно, тепло, выделяющееся в процессе резки титанового сплава, не будет быстро передаваться заготовке или отводиться стружкой, а будет накапливаться в зоне резания, а генерируемая температура может достигать 1000°С, вызывая режущая кромка инструмента быстро изнашивается, трескается и умирает. Нарост на кромке, быстрое появление изношенных кромок, в свою очередь, приводит к повышенному нагреву в зоне резания, что еще больше сокращает срок службы инструмента.
Высокая температура, возникающая в процессе резки, также разрушает целостность поверхности деталей из титанового сплава, что приводит к снижению геометрической точности детали и явлению деформационного упрочнения, которое серьезно снижает ее усталостную прочность.
Эластичность титановых сплавов может быть полезна для работы деталей, но во время резки упругая деформация заготовки является важной причиной вибрации. Давление резания заставляет «упругую» заготовку отрываться от инструмента и отскакивать, так что трение между инструментом и заготовкой больше, чем действие резания. В процессе трения также выделяется тепло, что усугубляет проблему плохой теплопроводности титановых сплавов.
Эта проблема еще более серьезна при обработке тонкостенных или кольцеобразных деталей, которые легко деформируются. Обработка тонкостенных деталей из титанового сплава с ожидаемой точностью размеров – непростая задача. Потому что, когда материал заготовки отталкивается инструментом, локальная деформация тонкой стенки превышает диапазон упругости, вызывая пластическую деформацию, а прочность и твердость материала в точке резания значительно увеличиваются. В это время обработка на изначально заданной скорости резания становится слишком высокой, что в дальнейшем приводит к резкому износу инструмента.
02
Ноу-хау для обработки титановых сплавов
На основе понимания механизма обработки титановых сплавов в сочетании с прошлым опытом основные технологические ноу-хау для обработки титановых сплавов заключаются в следующем:
(1) Пластины с положительной угловой геометрией для снижения силы резания, тепловыделения при резке и деформации заготовки.
(2) Поддерживайте постоянную подачу, чтобы избежать затвердевания заготовки. Инструмент всегда должен находиться в состоянии подачи во время процесса резания. Величина радиального резания ae должна составлять 30 процентов от радиуса во время фрезерования.
(3) Смазочно-охлаждающая жидкость с высоким давлением и большим расходом используется для обеспечения термической стабильности процесса обработки и предотвращения разрушения поверхности заготовки и повреждения инструмента из-за чрезмерной температуры.
(4) Следите за тем, чтобы режущая кромка лезвия была острой, тупые ножи являются причиной накопления тепла и износа, что может легко привести к выходу из строя ножей.
(5) Обработка в максимально мягком состоянии титанового сплава, поскольку материал становится труднее обрабатывать после закалки, термическая обработка повышает прочность материала и увеличивает износ лезвия.
(6) Используйте большой радиус вершины или фаску, чтобы врезаться как можно глубже в режущую кромку. Это может снизить силу резания и тепловыделение в каждой точке и предотвратить локальные поломки. При фрезеровании титановых сплавов среди параметров резания наибольшее влияние на стойкость инструмента vc оказывает скорость резания, за которой следует величина радиального резания (глубина фрезерования) ae.
03
Начиная с лезвия, чтобы решить проблему обработки титана
Износ канавки лезвия, возникающий при обработке титанового сплава, представляет собой локальный износ задней и передней части по глубине направления резания, который часто вызывается закаленным слоем, оставшимся после предыдущей обработки. Химическая реакция и диффузия между инструментом и материалом заготовки при температуре обработки выше 800 градусов также является одной из причин образования канавочного износа.
Потому что во время обработки молекулы титана заготовки скапливаются в передней части лезвия и «привариваются» к лезвию под высоким давлением и высокой температурой, образуя нарост. Когда нарост отслаивается от режущей кромки, он удаляет карбидное покрытие пластины, поэтому для обработки титана требуются специальные материалы и геометрия пластин.
04
Инструментальные конструкции для обработки титана
В центре внимания обработки титанового сплава находится тепло. Для быстрого отвода тепла на режущую кромку необходимо своевременно и точно распылять большое количество смазочно-охлаждающей жидкости под высоким давлением. На рынке представлены уникальные конструкции фрез, специально предназначенные для обработки титановых сплавов.
