Obtížné/Problémové

​​​​​​​Titanová slitina se svými jedinečnými výhodami zaujímá důležité místo v letectví, kosmonautice, lékařství a dalších oblastech. V posledních dvou letech se také rozrostla v oblasti spotřební elektroniky 3C a používá se v tělech a konstrukčních částech mnoha žádaných luxusních chytrých telefonů.

Nicméně obtížné vlastnosti zpracování titanových slitin trápí inženýry a techniky. Tento článek se bude zabývat obtížemi spojenými se zpracováním titanových slitin a navrhne odpovídající protiopatření s cílem poskytnout technickou podporu pro široké využití titanových slitin.

1. Proč je obtížné zpracovávat titanovou slitinu

01 Teplotní zaměření

Většina titanových slitin má extrémně nízkou tepelnou vodivost, pouze 1/7 oceli, 1/16 hliníku a 1/25 mědi. V důsledku toho se teplo vznikající během řezání obtížně odvádí a koncentruje se v oblasti řezu. Teplota hrotu nástroje může vystoupit na 1000 °C, což vede k rychlému opotřebení nástroje, praskání a hromadění třísek, což zkracuje životnost nástroje.

Vysoká teplota při řezání se koncentruje na špičce nástroje, kde je obtížné teplo odvádět a snadno se opotřebovává. Vysoká teplota také ničí povrchovou integritu dílů z titanových slitin, snižuje geometrickou přesnost dílů a způsobuje kalení při obrábění, což výrazně snižuje únavovou pevnost.

02 Elastická deformace

Titanové slitiny vykazují relativně nízký modul pružnosti. Například TC4 má modul pružnosti pouhých 110 GPa, ve srovnání s 210 GPa u oceli 45, zatímco nerezové oceli jako 303, 304 a 316 si udržují modul pružnosti kolem 200 GPa. Během obrábění jsou titanové slitiny náchylné k elastické deformaci, zejména při zpracování tenkostěnných nebo prstencových součástí. Když tenkostěnné součásti procházejí lokalizovanou deformací překračující jejich mez pružnosti, dochází k plastické deformaci, která vede k významnému zvýšení pevnosti i tvrdosti materiálu v místě řezu.

Řezný tlak způsobuje elastickou deformaci a odraz obrobku, zvyšuje tření mezi nástrojem a obrobkem, generuje dodatečné teplo a zhoršuje problém špatné tepelné vodivosti titanové slitiny.

03. Silná afinita

Titanové slitiny mají dobrou afinitu a jsou náchylné k tvorbě dlouhých a souvislých třísek při soustružení a vrtání. Tyto třísky se ovíjejí kolem nástroje a brání jeho funkci. Pokud je hloubka řezu příliš velká, snadno dochází k zaseknutí, spálení nebo zlomení.

Výhoda afinity je samozřejmě cenná v mnoha oblastech, například v iontových pumpách, kde se titan používá jako katodová deska. Když jsou atomy titanu naprašovány na vnitřní stěnu anodové trubice, mohou adsorbovat molekuly plynu a vytvářet tak prostředí ultra vysokého vakua.

04 Vibrace

I když elasticita titanových slitin může zlepšit výkon součásti, paradoxně se stává primárním zdrojem vibrací během obrábění. Vibrace generované zpracováním titanových slitin jsou desetkrát větší než u oceli. Protože se řezné teplo koncentruje v řezné zóně, má to za následek vroubkované třísky a kolísavý řezný výkon. 2. Strategie pro obrábění titanových slitin

01 Super

Používejte chladicí kapalinu ke snížení teploty řezu. Nerozpustná olejová chladicí kapalina je obecně vhodná pro těžké řezání nízkou rychlostí a rozpustná chladicí kapalina pro vysokorychlostní řezání.

Kromě toho lze použít metody řezání za nízkých teplot, například použití kapalného dusíku (-180 °C) nebo kapalného CO2 (-76 °C) jako řezných kapalin. Tyto metody účinně snižují teplotu v řezné zóně, zlepšují kvalitu povrchu a prodlužují životnost nástroje.

02 Vyberte vhodný nástroj

Výběr vhodných řezných nástrojů může výrazně zvýšit efektivitu obrábění. Na rozdíl od oceli odvádějí titanové slitiny teplo primárně prostřednictvím břitu a chladicí kapaliny, nikoli odváděním třísek, což znamená, že břit musí odolávat extrémnímu tepelnému a mechanickému namáhání. Udržování ostrého břitu snižuje řezné síly.

Kromě toho použití technologie leštícího broušení drážek a vyměnitelných nožů s vysokým kladným úhlem také pomáhá snižovat řezný tlak.

V případě potřeby lze použít také povlakovaný nástroj ke snížení lepivosti slitiny a lámání dlouhých třísek. To nejen snižuje tření během procesu odstraňování třísek, ale také pomáhá kontrolovat teplo generované během obrábění.

03 Vyberte správnou řeznou kapalinu: chlazení a mazání

Nepoužívejte řezné kapaliny na vodní bázi. Upřednostňujte strojní olej N32 s petrolejem (poměr 3:1 nebo 3:2) nebo řezný olej na bázi síry. Pro speciální aplikace používejte elektrolytické roztoky obsahující dikaprylsulfonát a triethanolamin, které zajišťují chlazení i mazání.

04 Konstantní posuv nebo zvýšení rychlosti posuvu

Obrábění titanové slitiny se snadno kalí, to znamená, že tvrdost titanové slitiny se během řezání zvyšuje, což urychluje opotřebení nástroje. Proto je velmi důležité udržovat konstantní posuv pro minimalizaci kalení při obrábění.

Samozřejmě, pokud to výkon zařízení dovolí, můžete zkusit zvýšit rychlost posuvu. Tím se zkrátí doba, po kterou nástroj setrvává v obráběném prostoru, a tím se sníží riziko zahřívání a zpevnění při obrábění.

05 Snižte řeznou rychlost

Kontrolujte uvolňování tepla a pro obrábění titanových slitin používejte řeznou rychlost, která je třetinová nebo nižší než rychlost řezání oceli.

06 Přizpůsobte nástroje procesu

Životnost nástrojů s keramickým, karbidovým a nitridovým povlakem titanu je relativně krátká. Nástroje se slinutým karbidem jsou obecně preferovány pro velké dávky zpracování titanových slitin, zatímco nástroje s vysokorychlostním slinutým karbidem jsou vhodnější pro malé dávky zpracování titanových slitin.

V současné době je technologie ultrazvukového obrábění ve vývoji, jejímž účelem je zkrátit dobu kontaktu mezi nástrojem a obrobkem a prodloužit tak životnost nástroje.

07 Používejte obráběcí stroje s vysokou tuhostí

Vysoká tuhost je zásadní pro úspěšné obrábění titanových slitin. Ideální frézka na titanové slitiny musí být tuhá, s vřetenem, které může pracovat při nízkých otáčkách a vysokém točivém momentu, aby absorbovala vibrace a snížila chvění během řezání.

08 Pravidelné čištění

Pravidelně čistěte a udržujte zařízení a nástroje, abyste zabránili hromadění třísek, které by mohly ovlivnit kvalitu zpracování.