Причини, поради които титановата сплав е трудна за обработка и как да се справим с нея

Титанът е важен структурен метал, разработен през 50-те години на миналия век. Титановите сплави се използват широко в различни области поради тяхната висока якост, добра устойчивост на корозия и висока устойчивост на топлина. Много страни в света са признали важността на материалите от титанови сплави, последователно са провеждали изследвания и разработки върху тях и са получили практически приложения. През 50-те и 60-те години на миналия век са разработени главно високотемпературни титанови сплави за аерокосмически двигатели и структурни титанови сплави за самолети. През 70-те години на миналия век бяха разработени партида от устойчиви на корозия титанови сплави. От 80-те години на миналия век устойчивите на корозия титанови сплави и високоякостните титанови сплави са доразвити. развиват се.

Титановата сплав донесе определени предизвикателства пред производствената индустрия поради трудни за обработка характеристики.

Плътността на титановите сплави обикновено е около 4,51 g/кубичен сантиметър, което е само 60% от стоманата. Плътността на чистия титан е близка само до плътността на обикновената стомана. Някои високоякостни титанови сплави надвишават якостта на много легирани структурни стомани. Следователно специфичната якост (якост/плътност) на титановата сплав е много по-голяма от тази на други метални структурни материали и могат да бъдат произведени части с висока якост на единица, добра твърдост и леко тегло. Титановите сплави се използват в компоненти на авиационни двигатели, рамки, обшивки, крепежни елементи и колесник. В допълнение, титаниевите сплави също се използват широко в автомобилните части, медицинското оборудване и електронните 3C индустрии.

Силата на рязане при обработка на титанови сплави е само малко по-висока от тази на стомана със същата твърдост, но физическите явления при обработката на титанови сплави са много по-сложни от обработката на стомана, което прави обработката на титанови сплави изправена пред огромни трудности.
Топлинната проводимост на повечето титанови сплави е много ниска, само 1/7 от стоманата и 1/16 от алуминия. Следователно топлината, генерирана по време на рязане на титаниева сплав, няма да бъде бързо прехвърлена към детайла или отнета от чиповете. Вместо това, той ще се натрупа в зоната на рязане и генерираната температура може да достигне повече от 1000 градуса, което води до бързо износване, напукване и образуване на натрупани ръбове и режещият ръб се износва бързо, което генерира повече топлина в областта на рязане и допълнително съкращава живота на инструмента.

Високата температура, генерирана по време на процеса на рязане, също разрушава целостта на повърхността на частите от титанова сплав, което води до намаляване на геометричната точност на частите и феномен на втвърдяване при работа, който сериозно намалява тяхната якост на умора.
Еластичността на титановите сплави може да е от полза за производителността на детайла, но по време на процеса на рязане еластичната деформация на детайла е важна причина за вибрации. Натискът при рязане кара "еластичния" детайл да се отдалечи от инструмента и да отскочи, което кара триенето между инструмента и детайла да надвишава действието на рязане. Процесът на триене също генерира топлина, което влошава проблема с лошата топлопроводимост на титановите сплави.
Този проблем е още по-сериозен при обработката на тънкостенни или пръстеновидни детайли, които лесно се деформират. Не е лесно да се обработват тънкостенни части от титанова сплав до очакваната точност на размерите. Тъй като, когато материалът на детайла се отблъсне от инструмента, локалната деформация на тънката стена е надхвърлила еластичния диапазон и възниква пластична деформация, здравината на материала и твърдостта в точката на рязане се увеличават значително. В този момент първоначално определената скорост на рязане става твърде висока, което допълнително причинява бързо износване на инструмента.

Следователно основният виновник за трудността при обработката на титанови сплави е "топлината".

За да се преодолеят тези предизвикателства и успешно да се обработват титанови сплави, могат да се използват няколко подхода. Те включват:

(1) Използвайте геометрични пластини с положителен ъгъл, за да намалите силата на рязане, топлината на рязане и деформацията на детайла.
(2) Поддържайте постоянно подаване, за да избегнете втвърдяване на детайла. Инструментът винаги трябва да е в състояние на подаване по време на процеса на рязане. Размерът на радиалното рязане ae трябва да бъде 30% от радиуса по време на фрезоване.
(3) Използвайте режеща течност под високо налягане и висок поток, за да осигурите термичната стабилност на процеса на обработка и да предотвратите дегенерация на повърхността на детайла и повреда на инструмента, причинена от прекомерна температура.
(4) Дръжте ръба на острието остър. Тъпите инструменти са причина за натрупване на топлина и износване, което лесно може да доведе до повреда на инструмента.
(5) Обработвайте титановата сплав в най-мекото състояние, доколкото е възможно, тъй като материалът става по-труден за обработка след закаляване, а топлинната обработка увеличава здравината на материала и увеличава износването на острието.
(6) Използвайте голям радиус на дъгата на върха на инструмента или скосяване, за да вкарате възможно най-голяма част от ръба на инструмента в рязането. Това намалява силата на рязане и топлината във всяка точка и предотвратява локално счупване. При фрезоване на титанова сплав сред параметрите на рязане скоростта на рязане има най-голямо влияние върху живота на инструмента vc, следвана от радиалното зацепване на инструмента (дълбочина на фрезоване) ae.

Като цяло, износването на канала на острието, което се получава при обработка на титанови сплави, е локалното износване на задната и предната част по посока на дълбочината на рязане. Често се причинява от втвърдения слой, останал от предишната обработка. Химическата реакция и дифузията между инструмента и материала на обработвания детайл при температура на обработка, надвишаваща 800 градуса, също е една от причините за износване на канала. Тъй като по време на процеса на обработка титановите молекули на детайла се натрупват пред острието и се „заваряват“ към острието под високо налягане и температура, образувайки натрупан ръб. Когато натрупаният ръб се отлепи от режещия ръб, той поема карбидното покритие на вложката със себе си, така че обработката на титан изисква специални материали и геометрия на вложката.

Условията на рязане, включително скорост на рязане, скорост на подаване и дълбочина на рязане, също играят жизненоважна роля при определяне на производителността на режещия инструмент и качеството на готовия детайл. Оптималните параметри на рязане могат да варират в зависимост от типа титаниева сплав, която се обработва, но обикновено се препоръчват по-бавни скорости на рязане и по-високи скорости на подаване, за да се намали топлината и да се предотврати втвърдяването при работа.

Използването на подходяща охладителна система е от решаващо значение за поддържане на правилната температура на режещите инструменти и детайлите. Охлаждащите течности на водна основа, като емулсии, се използват широко при обработката на титан, тъй като осигуряват ефективни охлаждащи и смазочни свойства, без да предизвикват химически реакции с материала.
Въпреки предизвикателствата си, титанът остава много търсен материал, който е от решаващо значение за много съвременни приложения. Чрез използване на правилните режещи инструменти, условия на рязане, охладителни системи и усъвършенствани техники за обработка, трудностите при обработката на този материал могат да бъдат преодолени и пълният му потенциал да бъде разгърнат.