13. září Apple vydal řadu mobilních telefonů iPhone 15. Za zmínku stojí, že je to poprvé, co se na chytrých telefonech objevily rámečky z titanové slitiny.
Titanová slitina je lehký, korozivzdorný a vysoce pevný materiál. Při použití v chytrých telefonech může zlepšit celkovou pevnost, odolnost proti pádu a poškrábání telefonu. Titanová slitina je však obtížně obrobitelný materiál a zavádění rámů z titanové slitiny je také výzvou v CNC technologii.
Proč si myslíme, že titanová slitina je obtížně obrobitelný materiál? Pojďme se dozvědět o souvisejících charakteristikách zpracování řezání.
01
„Teplo“ je „viníkem“, který ztěžuje zpracování titanových slitin
Řezná síla při zpracování titanových slitin je jen o málo vyšší než u oceli stejné tvrdosti, ale fyzikální jevy při zpracování titanových slitin jsou mnohem složitější než při zpracování oceli, takže zpracování titanových slitin čelí obrovským potížím.
Tepelná vodivost většiny slitin titanu je velmi nízká, pouze 1/7 oceli a 1/16 hliníku. Teplo vznikající při řezání titanové slitiny proto nebude rychle přenášeno na obrobek ani odváděno třískami, ale bude soustředěno v oblasti řezu. Vzniklá teplota může dosahovat až 1000 stupňů, což způsobí rychlé opotřebení, praskání a tvarování řezné hrany nástroje. Nárůst ostří, rychle opotřebovaný břit, generuje více tepla v oblasti řezu, což dále zkracuje životnost nástroje.
Vysoké teploty vznikající během procesu řezání také ničí integritu povrchu dílů z titanové slitiny, což vede ke snížení geometrické přesnosti dílů a jevu zpevňování, který vážně snižuje jejich únavovou pevnost.
Elasticita titanových slitin může být prospěšná pro výkon součásti, ale během procesu řezání je pružná deformace obrobku důležitou příčinou vibrací. Řezný tlak způsobí, že se "elastický" obrobek oddálí od nástroje a odrazí se, což způsobí, že tření mezi nástrojem a obrobkem převáží nad řeznou činností. 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 snadné. Protože při odtlačování materiálu obrobku nástrojem místní deformace tenké stěny přesáhla elastický rozsah a způsobuje plastickou deformaci, výrazně se zvyšuje pevnost materiálu a tvrdost řezného bodu. V tomto okamžiku je původně stanovená řezná rychlost příliš vysoká, což dále způsobuje rychlé opotřebení nástroje.
02
Procesní know-how pro zpracování slitin titanu
Na základě pochopení mechanismu zpracování titanových slitin a přidání minulých zkušeností je hlavní procesní know-how pro zpracování titanových slitin následující:
(1) Používejte břitové 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 % poloměru během frézování.
(3) Používejte vysokotlakou řeznou kapalinu s vysokým průtokem, abyste zajistili tepelnou stabilitu procesu obrábění a zabránili degeneraci povrchu obrobku a poškození nástroje způsobenému nadměrnou teplotou.
(4) Udržujte ostří nože ostré. Tupé nástroje jsou příčinou hromadění tepla a opotřebení, které může snadno vést k selhání nástroje.
(5) Zpracujte slitiny titanu v co nejměkčím stavu, protože materiál se po kalení obtížněji zpracovává a tepelné zpracování zvyšuje pevnost materiálu a zvyšuje opotřebení čepele.
(6) Použijte velký poloměr oblouku špičky nástroje nebo zkosení k vložení co největší části břitu nástroje do řezání. To snižuje řeznou sílu a teplo v každém bodě a zabraňuje místnímu zlomení. Při frézování titanové slitiny má z řezných parametrů největší vliv na životnost nástroje vc řezná rychlost, následovaná radiálním záběrem nástroje (hloubka frézování) ae.
03
Začněte s čepelemi, abyste vyřešili problémy se zpracováním titanu
Opotřebení drážky kotouče, ke kterému dochází při obrábění titanových slitin, je místní opotřebení hřbetu a přední části ve směru hloubky řezu. Často je způsobena vytvrzenou vrstvou, která zůstala po předchozím zpracování. Chemická reakce a difúze mezi nástrojem a materiálem obrobku při teplotách zpracování přesahujících 800 stupňů jsou také jednou z příčin opotřebení drážky.
Protože během procesu obrábění se molekuly titanu obrobku hromadí před kotoučem a jsou "přivařeny" k kotouči pod vysokým tlakem a vysokou teplotou, čímž se tvoří nahromaděná hrana. Když se narostlá hrana odloupne od břitu, vezme si s sebou karbidový povlak břitové destičky, takže obrábění titanu vyžaduje speciální materiály břitových destiček a jejich geometrie.
04
Struktura nástroje vhodná pro obrábění titanu
Těžiště zpracování titanové slitiny je teplo. Na řeznou hranu musí být rychle a přesně nastříkáno velké množství vysokotlaké řezné kapaliny, aby se rychle odstranilo teplo. Na trhu jsou unikátní konstrukce fréz speciálně pro zpracování titanových slitin.
