Zliatiny titánu, so svojimi jedinečnými výhodami zohrávajú významnú úlohu v oblastiach ako letectvo, kozmonautika a zdravotníctvo. V posledných rokoch sa objavili aj v sektore spotrebnej elektroniky 3C a používajú sa v telách a konštrukčných komponentoch niekoľkých najpredávanejších-špičkových- smartfónov.
Zliatiny titánu ponúkajú výkonnostné výhody, ako je nízka hmotnosť, vysoká pevnosť a atraktívny povrch, ktoré pomáhajú zlepšiť estetický dizajn smartfónov a výrazne znížiť ich hmotnosť. Očakáva sa, že sa stanú vedúcim trendom v inováciách materiálov spotrebnej elektroniky. Náročnosť obrábania titánových zliatin však dlho predstavovala výzvu pre inžinierov a technikov.
Výzvy pri obrábaní titánových zliatin
1. Koncentrácia teploty
Väčšina zliatin titánu má extrémne nízku tepelnú vodivosť-iba 1/7 tepelnej vodivosti ocele, 1/16 tepelnej vodivosti hliníka a 1/25 tepelnej vodivosti medi. Výsledkom je, že teplo generované počas procesu rezania nie je ľahko rozptýlené, ale namiesto toho sa koncentruje v zóne rezu. Teplota na reznej hrane môže vzrásť na 1000 stupňov, čo vedie k rýchlemu opotrebovaniu nástroja, praskaniu a hromadeniu triesok, čo skracuje životnosť nástroja.
Vysoké rezné teploty sú sústredené na reznej hrane, čo sťažuje odvod tepla a spôsobuje rýchle opotrebovanie nástroja. Tieto vysoké teploty tiež narúšajú integritu povrchu dielov zo zliatiny titánu, znižujú ich geometrickú presnosť a vyvolávajú mechanické spevnenie, čo výrazne znižuje ich únavovú pevnosť.
2. Elastická deformácia
Zliatiny titánu majú relatívne nízky modul pružnosti; napríklad modul pružnosti pre 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. Pri obrábaní titánových zliatin je pravdepodobné, že dôjde k elastickej deformácii, najmä pri obrábaní tenkostenných alebo prstencových dielov. Počas obrábania prekračuje lokalizovaná deformácia tenkostenných dielov medzu pružnosti, čo vedie k plastickej deformácii a výraznému zvýšeniu pevnosti a tvrdosti materiálu v mieste rezu.
Rezný tlak spôsobuje, že obrobok podlieha elastickej deformácii a odrazu, čím sa zvyšuje trenie medzi nástrojom a obrobkom, vytvára sa dodatočné teplo a zhoršuje sa problém zlej tepelnej vodivosti titánových zliatin.
3. Vysoká afinita
Zliatiny titánu majú vysokú afinitu, vďaka čomu sa pri sústružení a vŕtaní ľahko vytvárajú dlhé súvislé triesky. Tieto triesky sa môžu obaliť okolo nástroja a zhoršiť jeho funkciu. Nadmerná hĺbka rezu môže ľahko viesť k prilepeniu, popáleniu alebo zlomeniu nástroja.
Táto príbuznosť je vysoko cenná v mnohých oblastiach; napríklad v iónových pumpách sa titán používa ako katódová platňa. Keď sú atómy titánu naprašované na vnútornú stenu anódovej trubice, adsorbujú molekuly plynu, čím vytvárajú prostredie ultra-vysokého vákua.
4. Vibrácie
Elasticita titánových zliatin môže byť výhodná pre výkon dielu, ale počas procesu rezania sa stáva hlavnou príčinou vibrácií. Vibrácie vznikajúce pri obrábaní titánových zliatin sú 10-krát väčšie ako v prípade ocele. Pretože rezné teplo je sústredené v reznej zóne, vznikajú zubaté triesky, čo vedie k kolísaniu rezného výkonu.
Protiopatrenia pre náročné-obrábanie{1}}zliatin titánu
1. Chladenie
Na zníženie vysokých rezných teplôt použite chladiacu kvapalinu. Vo všeobecnosti sú chladiace kvapaliny na báze -rozpustného oleja- vhodné na rezanie s nízkou-rýchlosťou a vysokým-záťažom, zatiaľ čo rozpustné chladiace kvapaliny na rezanie sú vhodné na rezanie s vysokou-rýchlosťou.
Okrem toho možno použiť metódy rezania pri nízkych{0}}teplotách, ako je použitie tekutého dusíka (-180 stupňov) alebo kvapalného CO₂ (-76 stupňov) ako rezných kvapalín. To účinne znižuje teplotu v zóne rezu, zlepšuje kvalitu povrchu a predlžuje životnosť nástroja.
2. Výber správnych rezných nástrojov
Výber vhodných rezných nástrojov môže výrazne zlepšiť efektivitu obrábania. Keďže teplo v zliatinách titánu sa primárne odvádza cez reznú hranu a chladiacu kvapalinu-a nie cez triesky, ako je to v prípade ocele-, malá časť reznej hrany musí odolávať extrémnemu tepelnému a mechanickému namáhaniu. Udržiavanie ostrej reznej hrany znižuje rezné sily.
Okrem toho techniky brúsenia, ktoré vytvárajú leštené drážky, a použitie vymeniteľných doštičiek s vysokými kladnými uhlami čela tiež pomáhajú znižovať rezný tlak.
V prípade potreby možno použiť aj potiahnuté rezné nástroje na zníženie lepivosti zliatiny a rozbitie príliš dlhých triesok. To nielen znižuje trenie počas odvodu triesok, ale tiež pomáha kontrolovať teplo vznikajúce pri obrábaní.
3. Udržujte konštantnú rýchlosť posuvu alebo zvýšte rýchlosť posuvu
Zliatiny titánu sú náchylné na mechanické spevnenie počas obrábania; to znamená, že ich tvrdosť sa pri rezaní zvyšuje, čo urýchľuje opotrebovanie nástroja. Preto je udržiavanie konštantnej rýchlosti posuvu kritické pre minimalizáciu deformácie.
Samozrejme, ak to možnosti zariadenia dovoľujú, môžete skúsiť zvýšiť rýchlosť posuvu. Tým sa skráti čas, ktorý nástroj strávi v zóne obrábania, čím sa minimalizuje hromadenie tepla a pravdepodobnosť mechanického spevnenia.
4. Znížte rýchlosť rezania
Na reguláciu vytvárania tepla používajte pri obrábaní titánových zliatin rýchlosť rezu, ktorá je-tretinová alebo menšia v porovnaní s rýchlosťou používanou pre oceľ.
5. Vyberte položku Nástroje podľa procesu
Pri obrábaní zliatin titánu majú nástroje s keramikou, karbidom titánu a povlakom z nitridu titánu relatívne krátku životnosť. Vo všeobecnosti platí, že pri veľkoobjemovom obrábaní-zliatiny titánu sú preferovanou voľbou nástroje z kalenej ocele; pre malo-objemovú výrobu sú vhodnejšie-vysokorýchlostné nástroje zo slinutého karbidu.
V súčasnosti je vo vývoji technológia ultrazvukového obrábania zameraná na predĺženie životnosti nástroja skrátením doby kontaktu medzi nástrojom a obrobkom.
6. Používajte vysoko{1}}pevné obrábacie stroje
Pre úspešné obrábanie titánových zliatin sú kľúčové{0}}obrábacie stroje s vysokou tuhosťou. Ideálna fréza na titánové zliatiny musí byť pevná, s vretenom schopným pracovať pri nízkych otáčkach a vysokom krútiacom momente, aby absorbovalo vibrácie a obmedzilo chvenie počas procesu rezania.
7. Pravidelné čistenie
Pravidelne čistite obrábacie zariadenie a rezné nástroje, aby ste zabránili hromadeniu triesok, ktoré môžu ovplyvniť výsledky obrábania.
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
