Waarom is titaniumlegering een moeilijk materiaal om te bewerken?

1 De "boosdoener" achter de moeilijkheid van titaniumlegering om te werken is hitte.

Titanium legeringde snijkracht van de machinale bewerking mag slechts licht hoger zijn dan die van staal bij vergelijkbare hardheidsniveaus; vanwege de complexe fysische verschijnselen die gepaard gaan met het bewerken van titaniumlegeringen versus het bewerken van staal, wordt het bewerken van titaniumlegeringen echter geconfronteerd met veel extra obstakels en moeilijkheden.

De meeste titaniumlegeringen hebben een lage thermische geleidbaarheid - slechts 1/7 van die van staal en 1/16 van die van aluminium - waardoor de warmte die tijdens het snijden wordt gegenereerd niet snel wordt overgedragen naar het werkstuk of wordt afgevoerd door spanen, maar in plaats daarvan wordt geconcentreerd in het snijgebied met temperaturen die oplopen tot 1000 C. of hoger, wat resulteert in snelle slijtage van het gereedschap, afbrokkeling, vorming van chiptumoren en verdere warmteontwikkeling in het snijgebied, waardoor de levensduur wordt verkort.

Hoge temperaturen die tijdens het snijproces worden gegenereerd, brengen ook de oppervlakte-integriteit van onderdelen van titaniumlegering in gevaar, wat leidt tot verminderde geometrische nauwkeurigheid en werkverharding die hun vermoeiingssterkte ernstig vermindert.

De elastische eigenschappen van titaniumlegeringen kunnen de prestaties van onderdelen helpen verbeteren, maar elastische vervorming van werkstukken tijdens het snijden is een belangrijke bron van trillingen. Snijdruk veroorzaakt elastische vervorming die resulteert in meer wrijvingskracht tussen gereedschap en werkstuk dan snijactie alleen - wat de slechte thermische geleidbaarheid van titaniumlegeringen verder verergert.

Het machinaal bewerken van dunwandige of ringvormige onderdelen die gemakkelijk kunnen worden vervormd, vormt een unieke uitdaging bij het proberen te voldoen aan de gewenste maatnauwkeurigheid; titanium dunwandige onderdelen vormen bijzonder moeilijke uitdagingen, omdat zodra ze van het gereedschap worden weggeduwd, de lokale vervorming het elastische bereik overschrijdt en er plastische vervorming optreedt, waardoor de materiaalsterkte en hardheid op het snijpunt aanzienlijk toenemen; op dat moment wordt het bewerken met vooraf bepaalde snijsnelheden te hoog, wat leidt tot drastische gereedschapsslijtage.

 

Proceskennis voor het verspanen van titaanlegeringen

Gebaseerd op een goed begrip van bewerkingsmechanismen van titaniumlegeringen en eerdere ervaring, is hier de kernproceskennis voor het snijden van titaniumlegeringen:

(1) Gebruik wisselplaten met positieve hoekgeometrie om snijkrachten, snijwarmte en vervorming van het werkstuk te verminderen.

(2) Handhaaf een consistente voedingssnelheid om verharding van het werkstuk te voorkomen, met snijgereedschap altijd in voedingstoestand en 30 procent radiale trek voor freesbewerkingen.

(3) Breng snijvloeistof onder hoge druk en hoge stroming aan om thermische stabiliteit te bereiken tijdens bewerkingen en om het werkstukoppervlak te beschermen tegen denaturering als gevolg van bewerkingsomstandigheden bij hoge temperaturen, en om gereedschappen te beschermen tegen plotselinge temperatuurpieken.

(4) Zorg voor een scherpe mesrand om warmteophoping en slijtage te voorkomen, wat uiteindelijk zou kunnen leiden tot defecten aan het gereedschap.

(5) Om optimale resultaten te bereiken bij het verwerken van titaniumlegeringen, moet u ze zo zacht mogelijk machinaal bewerken; gehard materiaal wordt een steeds grotere uitdaging om te bewerken, terwijl warmtebehandelingen de sterkte vergroten en de wisselplaatslijtage verhogen.

(6）Het gebruik van een grote puntradius of afgeschuinde inval om zoveel mogelijk van de snijkant in elke snede op te nemen, vermindert de snijkracht en warmte op elk punt, waardoor lokale breuken worden voorkomen. Bij het frezen van titaniumlegeringen heeft de snijsnelheid de grootste invloed op het gereedschap levensduur terwijl radiale diepgang (freesdiepte) op de tweede plaats komt.

03 Maak gebruik van inzetstukken voor titaniumverwerking om problemen met titaniumbewerking op te lossen

Slijtage van de wisselplaatgroef bij het bewerken van een titaniumlegering verwijst naar de voor- en achterkant in de richting van de snijdiepte, lokale slijtage, meestal als gevolg van het verwerken van verhardingslagen die zijn achtergebleven bij eerdere bewerkingen. Chemische reacties tussen gereedschappen en werkstukmaterialen bij temperaturen van meer dan 800 ° C kunnen ook bijdragen aan de vorming ervan, wat verder bijdraagt ​​aan de vorming van groefslijtage.

Als onderdeel van de titaniumbewerking hopen titaniummoleculen van het werkstuk zich op voor een wisselplaat en 'lassen' aan de snijkant met hoge druk en temperatuur, waardoor een zogenaamde chiptumor ontstaat. Wanneer deze tumor loslaat van zijn snijkant, neemt hij alle carbidecoating van een wisselplaat mee - waardoor speciale wisselplaatmaterialen en -geometrieën nodig zijn voor de verwerking ervan.

04 Gereedschapsstructuur geschikt voor titaniumbewerking

Warmte vormt de kern van het bewerken van titanium, dus er moeten grote hoeveelheden snijvloeistof onder hoge druk worden gebruikt om de snijkant nauwkeurig en tijdig af te koelen. Er zijn frezen op de markt die speciaal zijn ontworpen voor het bewerken van titanium en die unieke configuraties hebben die specifiek op deze taak zijn toegesneden.