Zliatiny titánumajú veľa výhod. Napríklad: vysoká odolnosť proti korózii, nízka hustota a vysoká pevnosť, ne-magnetické vlastnosti, biokompatibilita a vysoká-teplotná odolnosť. Zliatiny titánu sa však v skutočnosti ťažko obrábajú a vyžadujú špeciálne rezné nástroje. Tento článok bude diskutovať o dôvodoch, prečo sa zliatiny titánu ťažko obrábajú, a o protiopatreniach, ktoré je možné prijať.
1. Dôvody, prečo je ťažké obrábať zliatiny titánu
Po prvé, koncentrácia tepla
Väčšina zliatin titánu má veľmi nízku tepelnú vodivosť-iba 1/7 tepelnej vodivosti ocele, 1/16 tepelnej vodivosti hliníka a 1/25 tepelnej vodivosti medi. Výsledkom je, že teplo vznikajúce pri obrábaní titánových zliatin nie je rýchlo prenášané na obrobok ani odvádzané trieskami, ale sústreďuje sa v zóne rezu.
Teploty na reznej hrane môžu dosiahnuť až 1000 stupňov, čo spôsobuje rýchle opotrebovanie a praskanie reznej hrany nástroja, čo vedie k hromadeniu triesok a skracovaniu životnosti nástroja.
Vysoké teploty vznikajúce pri rezaní tiež ohrozujú integritu povrchu dielov zo zliatiny titánu, čo má za následok zníženú geometrickú presnosť a pracovné spevnenie, čo výrazne znižuje ich únavovú pevnosť.
Po druhé, elastická deformácia
Modul pružnosti zliatin titánu nie je príliš vysoký; napríklad modul pružnosti TC4 je len 110 GPa, zatiaľ čo modul pružnosti ocele 45 je 210 GPa a modul pružnosti nehrdzavejúcej ocele, ako je 303, 304 a 316, je tiež okolo 200 GPa. Preto pri obrábaní zliatin titánu pravdepodobne dôjde k elastickej deformácii.
Tento problém je ešte závažnejší pri obrábaní tenko{0}}stenných alebo prstencových{1} dielov. Nie je ľahké obrábať tenkostenné súčiastky z titánovej zliatiny na požadovanú rozmerovú presnosť. Je to preto, že keď je materiál obrobku odtláčaný rezným nástrojom, lokálna deformácia v tenkostenných oblastiach prekračuje medzu pružnosti, čo vedie k plastickej deformácii, ktorá výrazne zvyšuje pevnosť a tvrdosť materiálu v mieste rezu.
Rezný tlak spôsobí, že sa „elastický“ obrobok vzdiali od nástroja a odrazí sa, čo má za následok trenie medzi nástrojom a obrobkom, ktoré presahuje reznú silu. Toto trenie vytvára teplo, ktoré zhoršuje problém zlej tepelnej vodivosti titánových zliatin.
Po tretie, zliatiny titánu majú vysokú afinitu, čo vedie k tvorbe dlhých súvislých triesok počas sústruženia a vŕtania. Tieto triesky sa môžu obaliť okolo nástroja a zhoršiť jeho funkciu. Nadmerná hĺbka rezu môže viesť k prilepeniu nástroja, spáleniu nástroja a jeho zlomeniu.
Samozrejme, táto vysoká afinita je tiež celkom užitočná v iných aplikáciách; napríklad v iónových čerpadlách, kde sa titán používa na katódové platne. Keď sú atómy titánu naprašované na stenu anódovej trubice, adsorbujú plyn, čím vytvárajú ultra-vysoké vákuum.
Po štvrté, vibrácie
Zatiaľ čo elasticita titánových zliatin môže prospievať výkonu dielu, počas procesu rezania je elastická deformácia obrobku hlavnou príčinou vibrácií.
Vibrácie vznikajúce pri obrábaní titánových zliatin sú približne 10-krát väčšie ako v prípade ocele. Pretože rezné teplo sa sústreďuje v reznej zóne, vznikajú zúbkované triesky, čo vedie ku kolísaniu rezného výkonu.
2. Protiopatrenia pre ťažkú opracovateľnosť titánových zliatin
Po prvé, chladenie
Chladivo možno použiť na zníženie vysokých teplôt vznikajúcich počas procesu rezania. Chladiace kvapaliny na báze -rozpustných olejov{2}} sa zvyčajne používajú na rezanie a strihanie s nízkou-rýchlosťou, veľkým{4}}záťažom, zatiaľ čo rozpustné chladiace kvapaliny na rezanie sa používajú na rezanie s vysokou-rýchlosťou alebo strihanie.
Okrem toho je možné použiť kryogénne metódy rezania s použitím tekutého dusíka (-180 stupňov) alebo kvapalného CO₂ (-76 stupňov) ako reznej kvapaliny na zníženie teploty v zóne rezu. Táto metóda môže znížiť hlavnú reznú silu o 20% a znížiť teplotu rezania o viac ako 300 stupňov. Súčasne zmizne nahromadená hrana, zlepší sa kvalita obrobeného povrchu a životnosť nástroja sa zvýši o faktor 2 až 3.
Po druhé, výber správnych rezných nástrojov
Výber správnych rezných nástrojov môže priniesť výrazné zlepšenie.
Keďže teplo sa musí odvádzať cez reznú hranu a chladiacu kvapalinu-a nie cez triesku, ako je to v prípade ocele-, malá časť reznej hrany musí odolať extrémne vysokému tepelnému a mechanickému namáhaniu. Použitie ostrej reznej hrany znižuje rezné sily.
Okrem toho je možné znížiť rezný tlak použitím brúsených doštičiek s leštenými drážkami a vysokými kladnými uhlami čela.
V prípade potreby je možné použiť aj nástroje s povlakom, aby odolali priľnavosti k zliatine a rozbili dlhé triesky, čím sa minimalizuje trenie počas odvádzania triesok,-to všetko pomáha predchádzať tvorbe tepla počas obrábania.
Po tretie, udržujte konštantnú rýchlosť posuvu alebo zvýšte rýchlosť posuvu
Titán je náchylný na mechanické spevnenie-, to znamená, že pri obrábaní sa stáva tvrdším, čo vedie k zvýšenému opotrebovaniu nástroja. Konštantná rýchlosť posuvu zaisťuje, že pracovné spevnenie je obmedzené na minimum.
Samozrejme, ak to stroj umožňuje, rýchlosť posuvu sa dá zvýšiť. To znamená, že nástroj trávi menej času v určitej oblasti, takže zostáva menej času na nahromadenie tepla a pracovné vytvrdzovanie.
Po štvrté, znížte rýchlosť rezania
Na reguláciu tvorby tepla napríklad použite jednu-tretinu alebo menej rýchlosti rezania používanej pre oceľ.
Po piate, vymeňte nástroje podľa postupu
Nástroje s povlakom z keramiky, karbidu titánu a nitridu titánu používané na obrábanie zliatin titánu budú mať kratšiu životnosť.
E-e-mail:garychen3215@hotmail.com
Adresa: No.35, Baoti Rd, mesto Baoji, provincia Shaanxi, Čína
Kontakt: pán Gary Chen
Telefón: +86-917-8883215
Mobil/WhatsApp: +86 13092900605
