Титановые сплавыимеют много преимуществ. Например: высокая коррозионная стойкость, низкая плотность и высокая прочность, не-магнитные свойства, биосовместимость и высокая-температурная стойкость. Однако титановые сплавы на самом деле сложны в обработке и требуют специальных режущих инструментов. В этой статье будут обсуждаться причины, по которым титановые сплавы трудно обрабатывать, и возможные контрмеры.
1. Причины, по которым титановые сплавы трудно обрабатывать
Во-первых, концентрация тепла
Большинство титановых сплавов имеют очень низкую теплопроводность:-всего 1/7 теплопроводности стали, 1/16 теплопроводности алюминия и 1/25 теплопроводности меди. В результате тепло, выделяющееся при обработке титановых сплавов, не передается быстро заготовке и не уносится стружкой, а концентрируется в зоне резания.
Температура на режущей кромке может достигать 1000 градусов, что приводит к быстрому износу и растрескиванию режущей кромки инструмента, что приводит к накоплению стружки и сокращению срока службы инструмента.
Высокие температуры, возникающие во время резки, также нарушают целостность поверхности деталей из титановых сплавов, что приводит к снижению геометрической точности и наклепу, что серьезно снижает их усталостную прочность.
Во-вторых, упругая деформация.
Модуль упругости титановых сплавов не очень высок; например, модуль упругости TC4 составляет всего 110 ГПа, тогда как модуль упругости стали 45 составляет 210 ГПа, а модуль упругости нержавеющих сталей, таких как 303, 304 и 316, также составляет около 200 ГПа. Следовательно, при обработке титановых сплавов вероятно возникновение упругой деформации.
Эта проблема становится еще более серьезной при обработке тонкостенных-стенных или кольцевых-деталей. Обработать тонкостенные-детали из титанового сплава с желаемой точностью размеров непросто. Это связано с тем, что когда материал заготовки отталкивается режущим инструментом, локальная деформация в тонкостенных участках превышает предел упругости, что приводит к пластической деформации, которая значительно увеличивает прочность и твердость материала в точке резания.
Давление резания заставляет «упругую» заготовку отходить от инструмента и отскакивать, что приводит к трению между инструментом и заготовкой, которое превышает силу резания. Это трение генерирует тепло, что усугубляет проблему плохой теплопроводности титановых сплавов.
В-третьих, титановые сплавы обладают высоким сродством, что приводит к образованию длинной сплошной стружки при точении и сверлении. Эти стружки могут обволакивать инструмент и ухудшать его работу. Чрезмерная глубина резания может привести к заклиниванию, пригоранию и поломке инструмента.
Конечно, такая высокая близость весьма полезна и в других приложениях; например, в ионных насосах, где для изготовления катодных пластин используется титан. Когда атомы титана распыляются на стенку анодной трубки, они адсорбируют газ, создавая тем самым сверхвысокий вакуум.
В-четвертых, вибрация
Хотя эластичность титановых сплавов может улучшить производительность детали, в процессе резки упругая деформация заготовки является основной причиной вибрации.
Вибрация, возникающая при обработке титановых сплавов, примерно в 10 раз выше, чем у стали. Поскольку тепло резки концентрируется в зоне резания, образуется зубчатая стружка и возникают колебания мощности резания.
2. Меры противодействия сложной обрабатываемости титановых сплавов.
Во-первых, охлаждение
Охлаждающую жидкость можно использовать для снижения высоких температур, возникающих в процессе резки. Обычно не-смазочно-охлаждающие жидкости-на основе масла используются для низко-резки и резки с большими нагрузками-нагрузках, а растворимые охлаждающие жидкости для резки используются для-высокоскоростной резки или сдвига.
Кроме того, можно использовать методы криогенной резки с использованием жидкого азота (-180 градусов) или жидкого CO₂ (-76 градусов) в качестве смазочно-охлаждающей жидкости для снижения температуры в зоне резки. Этот метод позволяет уменьшить основную силу резания на 20% и снизить температуру резания более чем на 300 градусов. При этом исчезает нарост, улучшается качество обработанной поверхности, а стойкость инструмента увеличивается в 2–3 раза.
Во-вторых, выбор правильных режущих инструментов
Выбор правильных режущих инструментов может привести к значительным улучшениям.
Поскольку тепло должно рассеиваться через режущую кромку и охлаждающую жидкость,-а не через стружку, как в случае со сталью,-небольшая часть режущей кромки должна выдерживать чрезвычайно высокие термические и механические нагрузки. Использование острой режущей кромки снижает силы резания.
Кроме того, давление резания можно снизить за счет использования шлифованных пластин с полированными канавками и большими положительными передними углами.
При необходимости инструменты с покрытием также можно использовать для предотвращения прилипания к сплаву и разрушения длинной стружки, тем самым сводя к минимуму трение при эвакуации стружки-все это помогает предотвратить выделение тепла во время обработки.
В-третьих, поддерживайте постоянную скорость подачи или увеличивайте скорость подачи.
Титан склонен к наклепу-то есть по мере обработки он становится тверже, что приводит к повышенному износу инструмента. Постоянная скорость подачи гарантирует, что нагартование сведено к минимуму.
Конечно, если станок позволяет, скорость подачи можно увеличить. Это означает, что инструмент проводит меньше времени в определенной области, оставляя меньше времени для накопления тепла и наклепа.
В-четвертых, уменьшите скорость резания.
Например, используйте одну-треть или меньше скорости резки стали, чтобы контролировать выделение тепла.
В-пятых, меняйте инструменты в соответствии с процессом.
Инструменты с покрытиями из керамики, карбида и нитрида титана, используемые для обработки титановых сплавов, будут иметь меньший срок службы.
Электронная-почта:garychen3215@hotmail.com
Адрес: № 35, улица Баоти, город Баоцзи, провинция Шэньси, Китай.
Контактное лицо: г-н Гэри Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобильное устройство/WhatsApp: +86 13092900605
