Как увеличить скорость обработки титана

Опубликовано 19 октября 2020 г., | Candy, WayKen Rapid Manufacturing

Титан долго игнорировался из-за его свойств. Однако последние разработки в области металлургии и технологии производства позволили по-новому взглянуть на этот материал. В настоящее время титан востребован благодаря своему выдающемуся соотношению веса и прочности (в 3 раза лучше, чем у стали), коррозионной стойкости, совместимости с тканями человека и выдающимся характеристикам при высоких температурах. Детали из титана для аэрокосмической отрасли особенно популярны благодаря своей легкости и прочности. Однако с обработкой титана возникает много проблем.

Самые распространенные титановые сплавы

Существует ряд элементов, которые добавляются в титан для повышения его эксплуатационных характеристик. Титан подвергается аллотропному превращению при температуре выше 800°С. Элементы, снижающие температуру пригодности титана к использованию, называются бета-стабилизаторами, а повышающие — альфа-стабилизаторами. В зависимости от содержания стабилизаторов титановые сплавы делятся на 4 группы.

1. Нелегированный титан. В основном только титан. Нелегированная версия обладает лучшей коррозионной стойкостью, но низкой прочностью.
2. Альфа-сплавы. Альфа-сплавы имеют лучшее сопротивление ползучести, поэтому они используются для работы при высоких температурах.
3. Альфа-бета-сплавы. Эта группа является самой распространенной из-за ее замечательных свойств. Альфа-стабилизаторы повышают термостойкость материала, а бета-стабилизаторы повышают прочность сплава. На самый распространенный альфа-бета-сплав Ti-6Al-4V приходится почти 50 % всего рынка титановых сплавов.
4. Бета-сплавы. Эти сплавы тверже всех предыдущих групп, но и плотность у них выше.

Готов начать свой новый проект сейчас

7 причин, почему титан трудно обрабатывать

Не будем углубляться в механику фрезерования титана, токарной обработки или шлифовки титана, износа инструмента и механику образования стружки. Вместо этого, вот краткое изложение 7 пунктов, почему обработка титана так хлопотна.

1. Титан сохраняет высокую прочность даже при высоких температурах, а его сопротивление пластической деформации сохраняется даже при высоких скоростях резания. Это делает силы резания намного большими по сравнению с любой сталью.
2. Когда стружка все-таки образуется, она очень тонкая, а площадь контакта между стружкой и инструментом в три раза меньше, чем у стали. Из-за этого кончику инструмента приходится выдерживать почти всю силу резания.
3. Титановые сплавы имеют высокий коэффициент трения с материалами режущего инструмента. Это увеличивает температуру резания и силы.
4. При температуре более 500 градусов по Цельсию титан вступает в химическую реакцию с большинством инструментальных материалов. Да, и титан имеет тенденцию к самовоспламенению при резке, если накопление тепла слишком велико, поэтому использование охлаждающей жидкости при резке титановых сплавов является абсолютной необходимостью.
5. Из-за малой площади контакта и тонкости стружки все тепло в процессе резания уходит на инструмент, что значительно снижает его ресурс. Только охлаждающие жидкости под высоким давлением могут справиться с накоплением тепла.
6. Титановые сплавы имеют очень низкий модуль упругости. Это может вызвать дополнительную вибрацию, вибрацию инструмента и отклонение.
7. При низких скоростях резания материал может прилипать к режущей кромке, что очень плохо влияет на чистоту поверхности.

Итак, как вы можете видеть, есть довольно много существенных проблем. Однако инженеры-технологи по всему миру придумали множество способов увеличить скорость обработки титана.

Увеличение скорости обработки титана с помощью режущих инструментов

Выбор режущего инструмента — это первый шаг к успешной обработке алюминия и титана на станках с ЧПУ. Главное выбрать материал. За прошедшие годы ряд твердых сплавов доказали свою эффективность при резке титана. Чтобы хорошо обрабатывать детали из титана, инструменты должны обладать рядом свойств.

• Инструменты должны быть твердыми при высоких температурах.
• Они должны иметь высокую устойчивость к вибрации.
• Они должны обладать высокими усталостными свойствами, так как образование трещин с титаном является циклическим процессом.
• Они должны быть химически нейтральными по отношению к горячему титану.
• Они должны иметь высокую прочность.
• Они должны иметь хорошую теплопроводность, чтобы компенсировать медленную скорость титана.

Наиболее подходящим диапазоном инструментальных материалов, обладающих всеми вышеперечисленными свойствами, являются сплавы WC/Co. Другим возможным решением являются быстрорежущие стали, поскольку они очень устойчивы к сколам. Алмазные инструменты также хорошо зарекомендовали себя в отношении титанового износа. Вы можете посмотреть наши советы по обработке алмазов здесь.

Технологии высокоскоростной обработки титана

Другим жизнеспособным способом повышения производительности обработки титана является применение специальных стратегий обработки титана. Наши услуги по обработке титана стали достаточно опытными в выборе правильных параметров резки, чтобы сократить время обработки титана до минимума. Однако, помимо оптимизации параметров, существуют некоторые нетрадиционные стратегии обработки, которые могут значительно увеличить скорость резания титана.

Инструменты выступа

Эти инструменты были разработаны компанией General Electric. Используют инструменты, имеющие тонкий выступающий выступ. вместо всего инструмента только этот тонкий выступ режет титан. Так как стружка тоже очень тонкая, разницы нет, однако выступ медленнее изнашивается и его легче затачивать. Боковая часть уступа изнашивается быстро, а затем остается неизменной во время износа остальной части уступа, что происходит медленнее с постоянными боковыми сторонами.

Вращающиеся вставки

Вращающиеся пластины используются для токарной обработки титана. Раньше они были невозможны из-за отсутствия точности в конструкции станков. Однако уровень технологии производства в настоящее время делает возможным его использование. Основной принцип заключается в том, что вставка инструмента имеет круглую форму и вращается вокруг приспособления, когда инструмент режет заготовку. Таким образом, теплопередача происходит намного быстрее, и инструмент не нагревается так сильно. Таким образом, скорость резки может быть увеличена.

Удаление металла с помощью ультразвука

Добавление ультразвуковой вибрации к режущему инструменту фактически облегчает образование стружки. Титановая стружка имеет очень плохую эластичность, которая усугубляется деформационным упрочнением, когда режущая кромка начинает резать материал. Ультразвуковые волны способствуют разрушению стружки вместо деформации, что положительно влияет на срок службы инструмента, чистоту поверхности, характеристики инструмента, предотвращает налипание материала на режущей кромке и позволяет оператору увеличить скорость резания.

Хотите узнать больше?

Выбор правильных режущих кромок и сырья для вашего следующего быстрого прототипирования является действительно важной частью, когда вы ожидаете производительности. В WayKen мы будем рады предоставить больше ваших профессиональных советов, пожалуйста, свяжитесь с нами:[email protected] или загрузите свой файл САПР туда.