Titanlegeringarhar många fördelar. Till exempel: hög korrosionsbeständighet, låg densitet och hög hållfasthet, icke-magnetiska egenskaper, biokompatibilitet och hög-temperaturbeständighet. Emellertid är titanlegeringar faktiskt svåra att bearbeta och kräver speciella skärverktyg. Den här artikeln kommer att diskutera orsakerna till varför titanlegeringar är svåra att bearbeta och de motåtgärder som kan vidtas.
1. Anledningar till varför titanlegeringar är svåra att bearbeta
Först, värmekoncentration
De flesta titanlegeringar har mycket låg värmeledningsförmåga-bara 1/7 av stål, 1/16 av aluminium och 1/25 av koppar. Som ett resultat av detta överförs inte värmen som genereras under bearbetningen av titanlegeringar snabbt till arbetsstycket eller förs bort av spånen, utan koncentreras istället i skärzonen.
Temperaturer vid skäreggen kan nå så höga som 1 000 grader, vilket orsakar snabbt slitage och sprickor i verktygets skäregg, vilket leder till spånansamling och förkortar verktygets livslängd.
De höga temperaturerna som genereras under skärning äventyrar även ytintegriteten hos titanlegeringsdelar, vilket resulterar i minskad geometrisk noggrannhet och arbetshärdning, vilket kraftigt minskar deras utmattningshållfasthet.
För det andra, elastisk deformation
Elasticitetsmodulen för titanlegeringar är inte särskilt hög; t.ex. är elasticitetsmodulen för TC4 endast 110 GPa, medan den för 45 stål är 210 GPa, och den för rostfria stål såsom 303, 304 och 316 också är omkring 200 GPa. Därför är det sannolikt att elastisk deformation uppstår vid bearbetning av titanlegeringar.
Det här problemet är ännu allvarligare vid bearbetning av tunna-väggiga eller ringformade-delar. Det är inte lätt att bearbeta tunna-väggiga titanlegeringsdelar till önskad dimensionsnoggrannhet. Detta beror på att när arbetsstyckets material trycks bort av skärverktyget, överskrider lokal deformation i de tunna -väggiga områdena elasticitetsgränsen, vilket resulterar i plastisk deformation, vilket avsevärt ökar styrkan och hårdheten hos materialet vid skärpunkten.
Skärtrycket gör att det "elastiska" arbetsstycket rör sig bort från verktyget och studsar tillbaka, vilket resulterar i friktion mellan verktyget och arbetsstycket som överstiger skärkraften. Denna friktion genererar värme, vilket förvärrar problemet med titanlegeringars dåliga värmeledningsförmåga.
För det tredje har titanlegeringar hög affinitet, vilket leder till bildandet av långa, kontinuerliga spån under svarvning och borrning. Dessa spånor kan vira runt verktyget och försämra dess funktion. För stort skärdjup kan resultera i att verktyg fastnar, bränner verktyg och går sönder.
Naturligtvis är denna höga affinitet också mycket användbar i andra applikationer; till exempel i jonpumpar, där titan används för katodplattor. När titanatomer sputtras på anodrörets vägg, adsorberar de gas, vilket skapar ett ultra-högt vakuum.
För det fjärde, Vibration
Även om elasticiteten hos titanlegeringar kan gynna delars prestanda, är den elastiska deformationen av arbetsstycket under skärningsprocessen en viktig orsak till vibrationer.
Vibrationen som genereras vid bearbetning av titanlegeringar är ungefär 10 gånger större än stål. Eftersom skärvärmen är koncentrerad till skärzonen, producerar detta tandade spån och leder till fluktuationer i skäreffekten.
2. Motåtgärder för titanlegeringars svåra bearbetbarhet
Först, kylning
Kylvätska kan användas för att minska de höga temperaturer som genereras under skärprocessen. Vanligtvis används icke-lösliga oljebaserade-kylmedel för skärning och klippning med låg-hastighet, tung-belastning, medan lösliga kylvätskor för skärning används för hög-kapning eller klippning.
Dessutom kan kryogena skärmetoder användas, med användning av flytande kväve (-180 grader) eller flytande CO₂ (-76 grader) som skärvätska för att sänka temperaturen i skärzonen. Denna metod kan minska den huvudsakliga skärkraften med 20 % och sänka skärtemperaturen med mer än 300 grader. Samtidigt försvinner uppbyggd egg, bearbetad ytkvalitet förbättras och verktygslivslängden ökar med en faktor 2 till 3.
För det andra, att välja rätt skärverktyg
Att välja rätt skärverktyg kan ge betydande förbättringar.
Eftersom värme måste avledas genom skäreggen och kylvätskan-snarare än genom spånet, vilket är fallet med stål-måste en liten del av skäreggen tåla extremt höga termiska och mekaniska påfrestningar. Att använda en vass skäregg minskar skärkrafterna.
Dessutom kan skärtrycket minskas genom att använda slipade skär med polerade spår och höga positiva spånvinklar.
Vid behov kan belagda verktyg också användas för att motstå vidhäftning till legeringen och bryta upp långa spån, och därigenom minimera friktionen under spånavgången-vilket allt hjälper till att förhindra värmeutveckling under bearbetning.
För det tredje, bibehåll en konstant matningshastighet eller öka matningshastigheten
Titan är benäget att arbetshärda-det vill säga, det blir hårdare när det bearbetas, vilket leder till ökat verktygsslitage. En konstant matningshastighet säkerställer att arbetshärdningen hålls till ett minimum.
Naturligtvis, om maskinen tillåter, kan matningshastigheten ökas. Detta innebär att verktyget tillbringar mindre tid i ett specifikt område, vilket ger mindre tid för värmeuppbyggnad och arbetshärdning.
För det fjärde, minska skärhastigheten
Använd till exempel en-tredjedel eller mindre av skärhastigheten som används för stål för att kontrollera värmeutvecklingen.
För det femte, byt verktyg enligt processen
Verktyg med beläggningar av keramik, titaniumkarbid och titannitrid som används för bearbetning av titanlegeringar kommer att ha en kortare livslängd.
E-e-post:garychen3215@hotmail.com
Adress: No.35, Baoti Rd, Baoji stad, Shaanxi-provinsen, Kina
Kontakt: Mr. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobil/WhatsApp: +86 13092900605
