Трудно/Проблем

​​​​​​​Титаниевата сплав, със своите уникални предимства, заема важно място в авиацията, аерокосмическата индустрия, медицината и други области. През последните две години тя се разшири и в областта на потребителската електроника 3C и се използва в корпусите и структурните части на много популярни смартфони от висок клас.

Въпреки това, трудните характеристики на обработката на титанови сплави притесняват инженерите и техниците. В тази статия ще бъдат обсъдени трудностите при обработката на титанови сплави и ще бъдат предложени съответните контрамерки, за да се осигури техническа подкрепа за широкото приложение на титановите сплави.

1. Защо титановата сплав е трудна за обработка

01 Температурен фокус

Повечето титанови сплави имат изключително ниска топлопроводимост - само 1/7 от стоманата, 1/16 от алуминия и 1/25 от медта. В резултат на това топлината, генерирана по време на рязане, е трудно да се разсее и се концентрира в зоната на рязане. Температурата на върха на инструмента може да се повиши до 1000℃, което води до бързо износване на инструмента, напукване и натрупване на стружки, което съкращава живота му.

Високата температура при рязане е концентрирана на върха на инструмента, което е трудно за разсейване на топлината и лесно за износване. Високата температура също така разрушава целостта на повърхността на частите от титаниева сплав, намалява геометричната точност на частите и причинява явлението машинно втвърдяване, което сериозно намалява якостта на умора.

02 Еластична деформация

Титановите сплави показват относително нисък модул на еластичност. Например, TC4 има модул на еластичност от едва 110 GPa, в сравнение с 210 GPa в стомана 45, докато неръждаеми стомани като 303, 304 и 316 поддържат модули на еластичност около 200 GPa. По време на машинна обработка титановите сплави са склонни към еластична деформация, особено при обработка на тънкостенни или пръстеновидни компоненти. Когато тънкостенните части претърпят локализирана деформация, надвишаваща границата им на еластичност, възниква пластична деформация, което води до значително увеличение както на якостта, така и на твърдостта на материала в точката на рязане.

Налягането при рязане причинява еластична деформация и отскок на детайла, увеличава триенето между инструмента и детайла, генерира допълнителна топлина и влошава проблема с лошата топлопроводимост на титановата сплав.

03. Силен афинитет

Титановите сплави имат добър афинитет и са склонни да образуват дълги и непрекъснати стружки по време на струговане и пробиване. Тези стружки ще се увият около инструмента и ще възпрепятстват неговата функция. Когато дълбочината на рязане е твърде голяма, е лесно да се причини залепване, изгаряне или счупване.

Разбира се, предимството на афинитета е ценно в много области, като например в йонните помпи, където титанът се използва като катодна плоча. Когато титаниевите атоми се разпрашат върху вътрешната стена на анодната тръба, те могат да адсорбират газови молекули, създавайки среда с ултрависок вакуум.

04 Вибрация

Въпреки че еластичността на титановите сплави може да подобри производителността на компонентите, тя парадоксално се превръща в основен източник на вибрации по време на обработка. Вибрацията, генерирана от обработката на титанови сплави, е десет пъти по-голяма от тази на стоманата. Тъй като топлината от рязане се концентрира в зоната на рязане, това води до назъбени стружки и колебания в мощността на рязане. 2. Стратегии за обработка на титанови сплави

01 Готино

Използвайте охлаждаща течност, за да намалите температурата на рязане. Обикновено неразтворимата маслена охлаждаща течност е подходяща за нискоскоростно тежко рязане, а разтворимата охлаждаща течност за рязане е подходяща за високоскоростно рязане.

Освен това могат да се използват методи за рязане при ниски температури, като например използване на течен азот (-180°C) или течен CO2 (-76°C) като режещи течности. Тези методи ефективно намаляват температурата в зоната на рязане, подобряват качеството на повърхността и удължават живота на инструмента.

02 Изберете подходящия инструмент

Изборът на подходящи режещи инструменти може значително да подобри ефективността на машинната обработка. За разлика от стоманата, титановите сплави разсейват топлината предимно чрез режещия ръб и охлаждащата течност, а не чрез отвеждане на стружките, което означава, че режещият ръб трябва да издържа на екстремни термични и механични натоварвания. Поддържането на остър режещ ръб намалява силите на рязане.

Освен това, използването на технология за полиране на канали и индексируеми остриета с висок положителен ъгъл също спомага за намаляване на налягането при рязане.

Когато е необходимо, може да се използва и инструмент с покритие, за да се намали лепкавостта на сплавта и да се счупят дългите стружки. Това не само намалява триенето по време на процеса на отстраняване на стружките, но и помага за контролиране на топлината, генерирана по време на процеса на обработка.

03 Изберете правилната режеща течност: охлаждане и смазване

Избягвайте използването на режещи течности на водна основа. Предпочитайте машинно масло N32 с керосин (съотношение 3:1 или 3:2) или режещо масло на сярна основа. За специални приложения използвайте електролитни разтвори, съдържащи дикаприл сулфонат и триетаноламин, които осигуряват както охлаждане, така и смазване.

04 Постоянно подаване или увеличаване на скоростта на подаване

Титаниевата сплав се закалява лесно, т.е. твърдостта на титановата сплав се увеличава по време на рязане, което ускорява износването на инструмента. Ето защо е много важно да се поддържа постоянно подаване за минимално закаляване при обработка.

Разбира се, ако производителността на устройството позволява, можете да опитате да увеличите скоростта на подаване. Това ще намали времето, през което инструментът престоява в зоната на обработка, като по този начин ще намали вероятността от натрупване на топлина и втвърдяване при обработка.

05 Намалете скоростта на рязане

Контролирайте отделянето на топлина и използвайте една трета или по-малко от скоростта на рязане на стомана за обработка на титанови сплави.

06 Съчетайте инструментите с процеса

Животът на инструментите с керамично, титаниево-карбидно и титаниево-нитридно покритие е сравнително кратък. Обикновено инструментите с циментиран карбид са предпочитани за обработка на големи партиди титанови сплави, докато инструментите с високоскоростен циментиран карбид са по-подходящи за обработка на малки партиди титанови сплави.

В момента технологията за ултразвукова обработка е в процес на разработка, чиято цел е да намали времето за контакт между инструмента и детайла, за да удължи експлоатационния живот на инструмента.

07 Използвайте машинни инструменти с висока твърдост

Високата твърдост е от решаващо значение за успешната обработка на титанови сплави. Идеалната фрезова машина за титанови сплави трябва да бъде твърда, със шпиндел, който може да работи при ниски скорости и висок въртящ момент, за да абсорбира вибрациите и да намали трептенето по време на рязане.

08 Периодично почистване

Почиствайте и поддържайте оборудването и инструментите редовно, за да предотвратите натрупването на стружки, което може да повлияе на качеството на обработката.