4 główne powody, dla których stopy tytanu są trudne w obróbce i 6 rozwiązań! - Blog

Stopy tytanumają wiele zalet. Na przykład: wysoka odporność na korozję, niska gęstość i wysoka wytrzymałość, właściwości nie-magnetyczne, biokompatybilność i odporność na wysoką-temperaturę. Jednak stopy tytanu są w rzeczywistości trudne w obróbce i wymagają specjalnych narzędzi skrawających. W tym artykule omówiono powody, dla których stopy tytanu są trudne w obróbce skrawaniem oraz środki zaradcze, jakie można podjąć.

1. Powody, dla których stopy tytanu są trudne w obróbce

Po pierwsze, koncentracja ciepła

Większość stopów tytanu ma bardzo niską przewodność cieplną-tylko 1/7 stali, 1/16 aluminium i 1/25 miedzi. W rezultacie ciepło powstające podczas obróbki stopów tytanu nie jest szybko przekazywane do przedmiotu obrabianego ani odprowadzane przez wióry, lecz koncentruje się w strefie skrawania.

Temperatury na krawędzi skrawającej mogą sięgać nawet 1000 stopni, powodując szybkie zużycie i pękanie krawędzi skrawającej narzędzia, co prowadzi do gromadzenia się wiórów i skracania żywotności narzędzia.

Wysokie temperatury powstające podczas cięcia pogarszają również integralność powierzchni części ze stopu tytanu, powodując zmniejszenie dokładności geometrycznej i utwardzenia, co poważnie zmniejsza ich wytrzymałość zmęczeniową.

Po drugie, odkształcenie sprężyste

Moduł sprężystości stopów tytanu nie jest bardzo wysoki; na przykład moduł sprężystości TC4 wynosi tylko 110 GPa, podczas gdy stali 45 wynosi 210 GPa, a stali nierdzewnych, takich jak 303, 304 i 316, również wynosi około 200 GPa. Dlatego podczas obróbki stopów tytanu może wystąpić odkształcenie sprężyste.

Problem ten staje się jeszcze poważniejszy podczas obróbki części o cienkich-ściennych lub{1}}kształtnych kształtach pierścieniach. Nie jest łatwo obrabiać cienkościenne-części ze stopu tytanu z wymaganą dokładnością wymiarową. Dzieje się tak, ponieważ gdy materiał przedmiotu obrabianego jest odpychany przez narzędzie skrawające, lokalne odkształcenie w-obszarach cienkościennych przekracza granicę sprężystości, co powoduje odkształcenie plastyczne, które znacznie zwiększa wytrzymałość i twardość materiału w miejscu skrawania.

Nacisk skrawania powoduje, że „elastyczny” przedmiot obrabiany odsuwa się od narzędzia i odbija, co powoduje tarcie pomiędzy narzędziem a przedmiotem obrabianym przekraczające siłę skrawania. Tarcie to generuje ciepło, co pogłębia problem słabej przewodności cieplnej stopów tytanu.

Po trzecie, stopy tytanu charakteryzują się dużym powinowactwem, co prowadzi do powstawania długich, ciągłych wiórów podczas toczenia i wiercenia. Wióry te mogą owinąć się wokół narzędzia i pogorszyć jego działanie. Nadmierna głębokość skrawania może skutkować zakleszczeniem, przepaleniem narzędzia i jego pęknięciem.

Oczywiście to wysokie powinowactwo jest również całkiem przydatne w innych zastosowaniach; na przykład w pompach jonowych, gdzie tytan jest używany do płytek katodowych. Kiedy atomy tytanu są napylane na ściankę rurki anodowej, adsorbują gaz, tworząc w ten sposób ultra-wysoką próżnię.

Po czwarte, wibracje

Chociaż elastyczność stopów tytanu może korzystnie wpływać na wydajność części, podczas procesu cięcia główną przyczyną wibracji jest sprężyste odkształcenie przedmiotu obrabianego.

Wibracje powstające podczas obróbki stopów tytanu są około 10 razy większe niż w przypadku stali. Ponieważ ciepło skrawania koncentruje się w strefie skrawania, powstają ząbkowane wióry, co prowadzi do wahań mocy skrawania.

2. Środki zaradcze dla trudnej obrabialności stopów tytanu

Po pierwsze, chłodzenie

Chłodziwo można zastosować w celu zmniejszenia wysokich temperatur powstających podczas procesu skrawania. Zazwyczaj nie-rozpuszczalne chłodziwa na bazie oleju-są używane do cięcia i ścinania z małą-prędkością i-dużym obciążeniem, natomiast rozpuszczalne chłodziwa do skrawania są używane do-skrawania lub ścinania z dużą prędkością.

Dodatkowo można zastosować metody cięcia kriogenicznego, wykorzystując ciekły azot (-180 stopni) lub ciekły CO₂ (-76 stopni) jako płyn obróbkowy w celu obniżenia temperatury w strefie cięcia. Ta metoda może zmniejszyć główną siłę skrawania o 20% i obniżyć temperaturę skrawania o ponad 300 stopni. Jednocześnie znikają narosty na krawędzi, poprawia się jakość obrobionej powierzchni, a trwałość narzędzia zwiększa się 2–3 razy.

Po drugie, wybór odpowiednich narzędzi skrawających

Wybór właściwych narzędzi skrawających może przynieść znaczną poprawę.

Ponieważ ciepło musi być odprowadzane przez krawędź skrawającą i chłodziwo,-a nie przez wiór, jak ma to miejsce w przypadku stali,-niewielka część krawędzi skrawającej musi wytrzymywać niezwykle wysokie naprężenia termiczne i mechaniczne. Stosowanie ostrej krawędzi skrawającej zmniejsza siły skrawania.

Dodatkowo nacisk skrawania można zmniejszyć stosując szlifowane płytki z polerowanymi rowkami i wysokim dodatnim kątem natarcia.

W razie potrzeby można również zastosować narzędzia powlekane, aby zapobiec przyleganiu do stopu i rozbić długie wióry, minimalizując w ten sposób tarcie podczas odprowadzania wiórów-, a wszystko to pomaga zapobiegać wytwarzaniu ciepła podczas obróbki.

Po trzecie, utrzymuj stałą prędkość posuwu lub zwiększ prędkość posuwu

Tytan jest podatny na utwardzanie-, co oznacza, że staje się twardszy w trakcie obróbki, co prowadzi do zwiększonego zużycia narzędzia. Stała prędkość posuwu zapewnia minimalne utwardzanie przez zgniot.

Oczywiście jeśli maszyna na to pozwala, można zwiększyć posuw. Oznacza to, że narzędzie spędza mniej czasu w określonym obszarze, pozostawiając mniej czasu na nagrzewanie się i utwardzanie.

Po czwarte, zmniejsz prędkość cięcia

Na przykład użyj jednej-lub mniej prędkości skrawania stosowanej w przypadku stali, aby kontrolować wytwarzanie ciepła.

Po piąte, zmieniaj narzędzia zgodnie z procesem

Narzędzia z powłokami ceramicznymi, węglikiem tytanu i azotkiem tytanu stosowane do obróbki stopów tytanu będą miały krótszą żywotność.

Titanium Alloy Thumbtacks Titanium Alloy Fuel Tank Cap best price