Proč si myslíme, že titanová slitina je obtížně obrobitelný materiál? Kvůli nedostatečnému porozumění mechanismu a jevu jeho zpracování.
01
„Teplo“ je „viníkem“ obtížnosti obrábění titanových slitin
Řezná síla při zpracování titanové slitiny je jen o málo vyšší než u oceli se stejnou tvrdostí, ale fyzikální jev zpracování titanové slitiny je mnohem komplikovanější než u zpracování oceli, takže zpracování titanové slitiny čelí velkým potížím.
Tepelná vodivost většiny slitin titanu je velmi nízká, pouze 1/7 oceli a 1/16 hliníku. Teplo generované v procesu řezání titanové slitiny proto nebude rychle přenášeno na obrobek nebo odváděno třískami, ale bude akumulováno v oblasti řezání a generovaná teplota může být až 1000 stupňů C, což způsobí ostří nástroje k rychlému opotřebení, praskání a odumírání. Nánosy na břitu, rychlý vzhled opotřebovaných břitů zase vytváří více tepla v zóně řezu, což dále zkracuje životnost nástroje.
Vysoká teplota vznikající během procesu řezání také ničí integritu povrchu dílů z titanové slitiny, což má za následek snížení geometrické přesnosti dílu a jev mechanického zpevnění, který vážně snižuje jeho únavovou pevnost.
Elasticita titanových slitin může být prospěšná pro výkon součásti, ale během řezání je pružná deformace obrobku důležitou příčinou vibrací. Řezný tlak způsobí, že "elastický" obrobek opustí nástroj a odrazí se, takže tření mezi nástrojem a obrobkem je větší než řezná akce. Proces tření také vytváří teplo, což zhoršuje problém špatné tepelné vodivosti titanových slitin.
Tento problém je ještě závažnější při zpracování tenkostěnných nebo prstencových dílů, které se snadno deformují. Zpracovat tenkostěnné díly ze slitiny titanu na očekávanou rozměrovou přesnost není snadný úkol. Protože když je materiál obrobku odtlačován nástrojem, místní deformace tenké stěny překročila elastický rozsah, aby došlo k plastické deformaci, a pevnost materiálu a tvrdost v místě řezu se výrazně zvýší. V tomto okamžiku je obrábění při původně stanovené řezné rychlosti příliš vysoké, což dále vede k prudkému opotřebení nástroje.
02
Procesní know-how pro obrábění titanových slitin
Na základě pochopení mechanismu zpracování titanových slitin ve spojení s minulými zkušenostmi je hlavní procesní know-how pro zpracování titanových slitin následující:
(1) Destičky s kladnou úhlovou geometrií pro snížení řezné síly, řezného tepla a deformace obrobku.
(2) Udržujte konstantní posuv, aby nedošlo ke ztvrdnutí obrobku. Nástroj by měl být během procesu řezání vždy ve stavu posuvu. Radiální řezné množství ae by mělo být 30 procent poloměru během frézování.
(3) Vysokotlaká řezná kapalina s velkým průtokem se používá k zajištění tepelné stability procesu obrábění a k zabránění degenerace povrchu obrobku a poškození nástroje v důsledku nadměrné teploty.
(4) Udržujte ostří čepele ostré, tupé nože jsou příčinou hromadění tepla a opotřebení, které může snadno vést k selhání nožů.
(5) Zpracování v co nejměkčím stavu titanové slitiny, protože materiál se po kalení obtížněji zpracovává, tepelné zpracování zlepšuje pevnost materiálu a zvyšuje opotřebení ostří.
(6) Použijte velký poloměr špičky nebo zkosení, abyste co nejvíce zařízli do řezné hrany. To může snížit řeznou sílu a teplo v každém bodě a zabránit místnímu zlomení. Při frézování titanových slitin má z řezných parametrů největší vliv na životnost nástroje vc řezná rychlost, dále pak radiální řezné množství (hloubka frézování) ae.
03
Počínaje čepelí k vyřešení problému zpracování titanu
Opotřebení drážky čepele, ke kterému dochází při zpracování slitiny titanu, je místní opotřebení hřbetu a přední části podél směru hloubky řezu, které je často způsobeno vytvrzenou vrstvou, která zůstala po předchozím zpracování. Chemická reakce a difúze mezi nástrojem a materiálem obrobku při teplotě zpracování přesahující 800 stupňů je také jednou z příčin vzniku opotřebení drážky.
Protože během zpracování se molekuly titanu z obrobku hromadí v přední části čepele a jsou k čepeli „přivařeny“ pod vysokým tlakem a vysokou teplotou, čímž se vytvoří nahromaděná hrana. Když se nahromaděná hrana odloupne od břitu, odstraní karbidový povlak břitové destičky, takže obrábění titanu vyžaduje speciální materiály břitových destiček a jejich geometrie.
04
Konstrukce nástrojů pro obrábění titanu
Těžiště zpracování titanové slitiny je teplo. Velké množství vysokotlaké řezné kapaliny musí být včas a přesně nastříkáno na řeznou hranu, aby se rychle odstranilo teplo. Na trhu jsou unikátní konstrukce fréz speciálně používaných pro zpracování titanových slitin.
