Titanové slitinymají mnoho výhod. Například: vysoká odolnost proti korozi, nízká hustota a vysoká pevnost, ne-magnetické vlastnosti, biokompatibilita a vysoká-teplotní odolnost. Slitiny titanu se však ve skutečnosti obtížně obrábějí a vyžadují speciální řezné nástroje. Tento článek pojednává o důvodech, proč se slitiny titanu obtížně obrábějí, a o protiopatřeních, která lze podniknout.
1. Důvody, proč je obtížné obrábět slitiny titanu
Za prvé, koncentrace tepla
Většina slitin titanu má velmi nízkou tepelnou vodivost-pouze 1/7 tepelné vodivosti oceli, 1/16 tepelné vodivosti hliníku a 1/25 tepelné vodivosti mědi. Výsledkem je, že teplo vznikající při obrábění titanových slitin není rychle přenášeno na obrobek ani odváděno třískami, ale místo toho se koncentruje v řezné zóně.
Teploty na břitu mohou dosáhnout až 1000 stupňů, což způsobuje rychlé opotřebení a praskání břitu nástroje, což vede k hromadění třísek a zkrácení životnosti nástroje.
Vysoké teploty vznikající při řezání také narušují integritu povrchu dílů z titanové slitiny, což má za následek sníženou geometrickou přesnost a mechanické zpevnění, což výrazně snižuje jejich únavovou pevnost.
Za druhé, elastická deformace
Modul pružnosti titanových slitin není příliš vysoký; například modul pružnosti TC4 je pouze 110 GPa, zatímco modul pružnosti oceli 45 je 210 GPa a modul pružnosti nerezových ocelí, jako jsou 303, 304 a 316, je také kolem 200 GPa. Při obrábění titanových slitin proto pravděpodobně dochází k elastické deformaci.
Tento problém je ještě závažnější při obrábění tenkostěnných nebo prstencových{1}dílů. Není snadné obrábět tenkostěnné díly z titanové slitiny na požadovanou rozměrovou přesnost. Je to proto, že když je materiál obrobku odtlačován řezným nástrojem, místní deformace v tenkostěnných oblastech překračuje mez pružnosti, což má za následek plastickou deformaci, která výrazně zvyšuje pevnost a tvrdost materiálu v místě řezu.
Řezný tlak způsobí, že se „elastický“ obrobek oddálí od nástroje a odrazí se, což má za následek tření mezi nástrojem a obrobkem, které přesahuje řeznou sílu. Toto tření vytváří teplo, což zhoršuje problém špatné tepelné vodivosti titanových slitin.
Za třetí, slitiny titanu mají vysokou afinitu, což vede k tvorbě dlouhých souvislých třísek během soustružení a vrtání. Tyto třísky se mohou obalit kolem nástroje a zhoršit jeho funkci. Nadměrná hloubka řezu může mít za následek přilepení nástroje, spálení nástroje a zlomení nástroje.
Samozřejmě, že tato vysoká afinita je také docela užitečná v jiných aplikacích; například v iontových pumpách, kde se titan používá pro katodové desky. Když jsou atomy titanu naprašovány na stěnu anodové trubice, adsorbují plyn, čímž vytvářejí ultra-vysoké vakuum.
Za čtvrté, vibrace
Zatímco elasticita titanových slitin může prospívat výkonu součásti, během procesu řezání je elastická deformace obrobku hlavní příčinou vibrací.
Vibrace vznikající při obrábění titanových slitin jsou přibližně 10krát větší než u oceli. Protože se řezné teplo koncentruje v řezné zóně, vznikají vroubkované třísky a vede to ke kolísání řezného výkonu.
2. Protiopatření pro obtížnou obrobitelnost titanových slitin
Za prvé, chlazení
Ke snížení vysokých teplot vznikajících během procesu řezání lze použít chladicí kapalinu. Nerozpustné chladicí kapaliny na bázi oleje-se obvykle používají pro nízkorychlostní a těžké{4}}obrábění a stříhání, zatímco rozpustné chladicí kapaliny se používají pro vysokorychlostní řezání nebo stříhání-.
Kromě toho lze použít kryogenní řezné metody s použitím kapalného dusíku (-180 stupňů) nebo kapalného CO₂ (-76 stupňů) jako řezné kapaliny ke snížení teploty v řezné zóně. Tato metoda může snížit hlavní řeznou sílu o 20 % a snížit teplotu řezání o více než 300 stupňů. Současně zmizí nahromaděná hrana, zlepší se kvalita obrobeného povrchu a životnost nástroje se zvýší 2 až 3krát.
Za druhé, výběr správných řezných nástrojů
Výběr správných řezných nástrojů může přinést výrazná zlepšení.
Protože teplo musí být odváděno řeznou hranou a chladicí kapalinou -spíše než třískou, jak je tomu v případě oceli-, musí malá část řezné hrany odolat extrémně vysokému tepelnému a mechanickému namáhání. Použití ostrého břitu snižuje řezné síly.
Kromě toho lze řezný tlak snížit použitím broušených destiček s leštěnými drážkami a vysokými kladnými úhly čela.
V případě potřeby lze také použít nástroje s povlakem, aby zabránily přilnavosti ke slitině a rozbily dlouhé třísky, čímž se minimalizuje tření při odvodu třísek,-to vše pomáhá předcházet tvorbě tepla během obrábění.
Za třetí udržujte konstantní rychlost posuvu nebo rychlost posuvu zvyšte
Titan je náchylný k mechanickému zpevnění-, to znamená, že se při obrábění stává tvrdším, což vede ke zvýšenému opotřebení nástroje. Konstantní rychlost posuvu zajišťuje, že pracovní zpevnění je omezeno na minimum.
Samozřejmě, pokud to stroj umožňuje, lze rychlost posuvu zvýšit. To znamená, že nástroj tráví méně času v určité oblasti, takže zbývá méně času na nahromadění tepla a pracovní zpevnění.
Za čtvrté, snižte řeznou rychlost
Použijte například jednu-třetinu nebo méně řezné rychlosti používané pro ocel k řízení tvorby tepla.
Za páté, vyměňte nástroje podle postupu
Nástroje s keramikou, karbidem titanu a povlakem z nitridu titanu používané pro obrábění slitin titanu budou mít kratší životnost.
E-e-mail:garychen3215@hotmail.com
Adresa: č.35, Baoti Rd, město Baoji, provincie Shaanxi, Čína
Kontakt: pan Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobil/WhatsApp: +86 13092900605
