Мехобработка титана: Особенности обработки титана

Мехобработка титана: Особенности обработки титана – Ресурс

alexxlab | 25.06.1977 | 0 | Разное

Содержание

Особенности обработки титана – Ресурс

Титан — один из самых интересных и сложных для обработки металлов. Его уникальные свойства нашли широкое применение в разных отраслях промышленности. Механическая обработка титана, в сравнении с обычной сталью, более чем в пять раз сложнее, поэтому для создания из него изделий применяют специальные приемы и оборудование.

Основные проблемы, возникающие при обработке титана, и средства их решения

Основной проблемой, возникающей при обработке титана, является его склонность к задиранию и налипанию на инструмент. Также одним из усложняющих факторов является его низкая теплопроводность. Большинство металлов сопротивляются плавлению в гораздо меньшей степени, поэтому при контакте с титаном растворяются в нем, образуя сплавы. Это приводит к быстрому износу применяемого инструмента.

Чтобы уменьшить задирание и налипание, а также для отвода выделяемого тепла, применяют следующие способы:

при резке, а также иной обработке титана используют охлаждающие жидкости;
заточку изделий выполняют с применением инструментов, изготовленных из твердых сплавов металлов;

обработку металла резцами выполняют при гораздо меньших скоростях, чтобы избежать излишнего нагрева.

Эффекты налипания и задирания титана обусловлены его высоким коэффициентом трения, который относят к серьёзным недостаткам этого металла. В своем большинстве изделия из титана быстро поддаются износу, поэтому чистый состав этого металла редко используются для изготовления изделий, которые применяются в условиях трения и скольжения. При трении титан налипает на трущуюся поверхность, вызывая связывающий эффект и уменьшая скорость движения сообщающихся деталей. Способами, которые устраняют этот негативный эффект, выступают азотирование и оксидирование титана.

Азотирование титана — технологический процесс, который заключается в нагреве изделия из титанового сплава до температуры 850⁰С — 950⁰С и его выдержке в течение нескольких суток в среде чистого газообразного азота. В результате происходящих химических реакций на поверхностях изделия образуется пленка из нитрида титана, имеющая золотистый оттенок и обладающая большей твердостью, а также большим сопротивлением к стиранию. Изделия, прошедшие такую обработку, обладают повышенной износостойкостью и не уступают по своим характеристикам изделиям, изготовленным из поверхностно упрочнённых специальных сталей.

Оксидирование титана — распространенный метод, заключающийся в нагреве титанового изделия до 850⁰С и его резком охлаждении в водной среде, что вызывает образование на поверхности обрабатываемой детали плотной пленки, которая хорошо связывается с основным слоем материала. При этом сопротивление стиранию и общая прочность изделия возрастает в 15-100 раз.

Некоторые особенности резки и сверления титана

Нарезка заготовок является очень сложным технологическим процессом, сопровождающимся использованием специальных инструментов и оборудования. Листы разрезаются гильотинными ножницами, а заготовки из сортового проката — распиливаются механической пилой. Небольшие по диаметру пруты нарезают с помощью токарных станков.

Фрезерование титана остается наиболее сложным способом его обработки. Он налипает на зубьях инструмента (фрезы), что значительно затрудняет работу с заготовкой. Поэтому для такого способа применяют инструменты, изготовленные из твердого сплава металлов, а процесс обработки сопровождают использованием охлаждающих смазок и жидкостей, которые обладают большой вязкостью.

При выполнении операций сверления важно, чтобы стружка, образующаяся в результате сверления, не накапливалась в отводных каналах, в противном случае это может привести к преждевременному износу и поломке инструмента. При сверлении применяют фрезы, изготовленные из быстрорежущей стали.

Особенности соединения титановых изделий и их элементов

Если титановое изделие выступает элементом конструкции, то соединить детали, изготовленные из титановых сплавов, позволяет применение таких методов:

сварка;
пайка
механическое соединение с использованием заклепок

соединение с применением болтового крепления.

Основным методом соединения выступает сварка, представляющая обычную промышленную технологию. Чтобы обеспечить прочность сварного шва соединение элементов выполняют в среде инертного газа или специальных бескислородных флюсов. Также для этого оберегают шов с применением различных защитных элементов. Взаимодействие расплавленного титана с такими химическими элементами как водород, кислород и азот, содержащимися в воздушной смеси, при нагреве приводит к росту зерна металла, изменению его микроструктуры и хрупкости сварного шва. Сварочные работы выполняют на большой скорости.

Также существует метод сварки в контролируемой среде, который применяется для выполнения работ, требующих большой ответственности. При необходимости соединить небольшие по своим размерам элементы, их помещают в специальные камеры, заполненные инертным газом. В случае соединения элементов большего размера сварочные работы выполняют в специальных герметично изолированных помещениях. Сварка титана — ответственная работа, которая доверяется исключительно подготовленным специалистам, имеющим необходимый практический опыт и навыки.

Пайка титана применяется в случаях, когда проведение сварочных работ невозможно или нецелесообразно. Она также осложнена химическими реакциями. Титан в расплавленном состоянии демонстрирует высокую химическую активность и прочно связан с пленкой окиси, формируемой на поверхностях обрабатываемой детали. Большинство распространенных металлов непригодны в качестве припоя для соединения титановых элементов, для этих целей используются только чистые по своему составу алюминий и серебро.

Механическое соединение элементов из титана с помощью клепок и болтовых креплений также выполняется с применением специальных материалов. В большинстве случаев заклепки изготавливают из алюминия, а применяемые болты покрываются напылением серебра или синтетического тефлона. Это вызвано тем, что при завинчивании титан проявляет свое свойство налипания и задирается, в результате соединения элементов становятся ненадежными, не обеспечивают прочной фиксации.

Перейти к списку статей >>

Обработка титана, приемы обработки титана :: ТОЧМЕХ

Фрезерование титана требует определенных условий

По сравнению с большинством других металлов, механическая обработка титана предъявляет более высокие требования и накладывает больше ограничений. Титановые сплавы обладают свойствами, способными существенно влиять как на процесс резания, так и на режущий материал. Если инструмент и режимы резания выбраны правильно, а также при хорошей жесткости станка и надежности закрепления заготовки, процесс обработки титана будет высокоэффективным. Многих проблем, которые традиционно возникают при обработке титана, можно избежать. Нужно лишь преодолеть то влияние, которое свойства титана оказывают на процесс обработки.

Многие из тех свойств, которые делают титан таким привлекательным материалом для изготовления деталей, оказывают влияние на его обрабатываемость, а именно:

высокое отношение прочности к весу, причем его плотность составляет, как правило, всего 60 процентов плотности стали,
имеет более низкий модуль упругости и более податлив, чем сталь,
обладает более высокой стойкостью к коррозии, чем нержавеющая сталь,
низкая теплопроводность.

Эти свойства означают, что титан генерирует относительно высокие и концентрированные силы резания при обработке. Это вызывает вибрацию в процессе обработки, что ведет к быстрому износу режущей кромки. Кроме того, титан плохо проводит тепло. Поэтому обработка титана требует от материала инструмента высокой красностойкости.

Трудности обработки титана

Принято считать, что титан с трудом поддается эффективной механической обработке. Но это не типично для современных инструментов и методов обработки. Трудности отчасти возникают оттого, что механическая обработка титана — новая область, и в ней не накоплено достаточно опыта. Кроме того, проблемы нередко носят относительный характер — в сравнении с ожиданиями или иным опытом, особенно в тех случаях, когда этот опыт касается обработки таких материалов, как чугун или низколегированные стали, которые предъявляют более низкие требования и прощают больше ошибок. Титан также может представляться трудным в обработке по сравнению с некоторыми сортами нержавеющей стали.

Хотя обработку титана, как правило, приходится выполнять при других скоростях и подачах, а также с соблюдением ряда предосторожностей, по сравнению с иными материалами, он может быть довольно легким в обработке. Если жесткая деталь из титана надежно зажата на станке соответствующей мощности, в хорошем состоянии и оборудованном шпинделем с конусом ISO 50 с коротким вылетом инструмента, проблем не должно возникать — при условии, что правильно выбран режущий инструмент.

Но идеальные, стабильные условия не всегда присутствуют при фрезеровании. Кроме того, многие детали из титана имеют сложную форму с мелкими, узкими или большими и глубокими карманами, тонкими стенками и фасками. Для успешной обработки этих форм неизбежно требуется инструмент более длинного исполнения, что может вести к деформации инструмента. Потенциальные проблемы с вибрацией чаще возникают при обработке титана.

Боремся с вибрацией и теплом

Прочие факторы, присутствующие в менее чем идеальных условиях, включают в себя тот факт, что большинство станков оснащены шпинделями с конусом ISO 40. Из-за интенсивности эксплуатации этих станков они недолго остаются новыми. Кроме того, конструктивные особенности обрабатываемой детали нередко затрудняют ее эффективное крепление на станке. Проблему усугубляет и то, что обработка, как правило, включает в себя прорезание канавок, контурную обработку или обработку кромок, а эти операции способны — хотя и не должны — приводить к вибрации. Поэтому необходимо постоянно принимать меры для ее предотвращения, по возможности повышая жесткость закрепления детали. Одним из способов решения проблемы является многоступенчатое крепление заготовок, при котором заготовки располагаются ближе к шпинделю, что ослабляет вибрацию.

Поскольку титан сохраняет твердость и прочность при высоких температурах, на режущую кромку пластины воздействуют мощные силы и нагрузки. При этом в зоне резания вырабатывается значительное количество тепла, а это означает опасность деформационного упрочения детали. Поэтому ключевое значение для успешной обработки приобретает правильный выбор марки сплава и геометрии сменной пластины. Исторически, мелкозернистые марки твердых сплавов без покрытия отлично зарекомендовали себя при обработке титана, и сегодня пластины с покрытием PVD способны существенно повысить эффективность.

Необходимые условия для расчетов режимов резания

Точность радиального и торцевого биения инструментов также имеет большое значение. Например, если пластины неправильно установлены в корпусе фрезы, возможно быстрое повреждение всех режущих кромок. Низкие допуски при изготовлении корпусов фрез или державок, степень их изношенности, наличие дефектов или низкое качество державки или износ шпинделя станка сильнее влияют на стойкость инструмента при обработке титана. Из-за этих факторов наблюдалось снижение стойкости до 80 %.

Хотя в целом предпочтение отдается геометрии с положительным передним углом, инструмент с несколько более отрицательным передним углом способен вести обработку при существенно более высоких подачах, которые могут достигать 0,5 мм на зуб. В этом случае очень важна жесткость станка и надежность закрепления заготовки.

При фрезеровании глубоких карманов полезно использовать инструмент различной длины с помощью адаптеров вместо того, чтобы выполнять всю операцию одним инструментом большой длины.

Минимальная рекомендуемая подача при фрезеровании титана обычно составляет 0,1 мм на зуб. Частоту вращения шпинделя также можно уменьшить с тем, чтобы получить исходную скорость подачи. Неверно выбранная частота вращения шпинделя способна сократить стойкость на 95 % при минимальной подаче на зуб.

Как только стабильные условия обеспечены, частоту вращения шпинделя и подачу можно пропорционально увеличивать для достижения оптимальной эффективности. Еще одно решение — убрать несколько пластин из фрезы или выбрать фрезу с меньшим количеством пластин.

Другие статьи по сходной тематике

Механическая обработка титана| услуги по обработки титана

Сложность механической обработки титана

Специалисты утверждают, титан трудно подвергается обработке механического вида. Только современных инструментов это утверждение не касается. Трудности с ним могут возникнуть лишь оттого, что работа с ним – сфера совершенно новая! Опыта при работе в ней мало или совсем недостаточно.

Кроме этого, проблемы, возникающие при работе, иногда носят только относительный характер. Особенно тогда, когда это касается чугуна или же низколегированных сталей. Именно они вызывают заниженные требования. Естественно, его иногда считают трудным для обработки, если сравнивать материал только со сталью.

Просто с ним необходимо работать при совершенно других подачах, скоростях, соблюдая определенные предосторожности. Если сравнивать его с прочими материалами, то иногда в обработке он бывает не трудным. Если только деталь, выполненная из данного материала, будет крепко зажатой в мощном станке, то тогда никаких посторонних вопросов не будет. Если при оборудовании еще есть шпиндель с конусом марки ISO 50 и наличием инструмента короткого вылета.

При его фрезеровании тоже не всегда есть совершенные условия, которые могут быть постоянными. Кроме этого его некоторые детали имеют различную форму. Для эффективной обработки таких форм требуется определенный инструмент, который иногда может подвергаться процессу деформаций. Возможны также вопросы с вибрацией, но они бывают при его обработке.

Расчеты режимов по резанию

Если вдруг окажется, что пластины устанавливаются во фрезы неверно. То появятся изъяны режущих кромок, причем всех. На инструмент могут повлиять низкие допуски. Они могли быть еще раньше:

после производства фрез или державок;
при изношенности;
от присутствия дефектов;
от низкого качества державки;
при износе его шпинделя, прочее.

Из-за перечисленных фактов уменьшение характеристик стойкости материала доходило почти до 80 %. Аналитический способ определения режимов резания не очень трудоемкий. Но он обычно выполняется во время учебного проектирования технологий по обработке механического вида резанием.

Выполняется определение всех значений в соответствии с формулами, силой, мощностью резания и ее глубиной. До выполнения работы надо располагать паспортом определенного станка, значениями подачи, частоты вращения его шпинделя. Если на определенное оборудование паспорт не имеется, то все значения выполняют в соответствии со справочной литературой!

Механическая обработка титана в США

Снабжение титанового аэрокосмического рынка требует постоянного совершенствования для удовлетворения потребностей клиентов в обслуживании, качестве, доставке и стоимости. Тщательное управление и интеграция высококлассных специалистов, современных процессов и технологий являются ключевыми для необходимых действий в цепочках поставок OEM. «Авиастроители ищут способы упростить свои цепочки поставок. Они хотят работать с высокопроизводительными и пунктуальными поставщиками», – сказал Кристиан Уймет, управляющий директор предприятия Alcoa в Лавале, Квебек. Alcoa предоставляет многокомпонентные легкие металлы, технологии, инжиниринг и производственные услуги для компаний по всему миру.

В 2015 году компания приобрела производственное предприятие Laval в рамках своего приобретения RTI International Metals. С RTI компания Alcoa добавила возможность производить крупные и сложные титановые аэрокосмические компоненты, к своим существующим продуктам, без необходимости передавать какую-либо часть процесса сторонним производителям.

Завод Laval стал частью бизнес-подразделения Alcoa Titanium & Engineered Products (ATEP), основной деятельностью которого является механическая обработка титана, а также поставка передовых титановых и других специальных металлов, продуктов и услуг для коммерческих рынков аэрокосмической, оборонной промышленности, нефти и газа. ATEP Laval специализируется на прецизионной обработке и сборке сложных компонентов из титана для самолетов, таких как направляющие сидений, элементы кузова, лонжероны, дверные коробки и крепления крыльев, для OEM, включая Airbus, Boeing и Bombardier.

Благодаря своим уникальным свойствам, титан широко признан как материал, который является экономически эффективным. Однако, Лаваль определила титановый рынок как значительно растущий уже более десяти лет назад и с тех пор обработка титана и титановые компоненты является основным направлением деятельности компании. «Ранние инвестиции в оборудование помогли нам выйти на титановый рынок, но растущие потребности клиентов в сокращении затрат и более быстрой доставке, вскоре потребовали от нас нового подхода к обработке титана», – сказал Уймет.

«Платформы станков фрезерной обработки не могли обеспечить жесткость, универсальность и контроль, необходимые для полной оптимизации наших процессов. Новые горизонтальные обрабатывающие центры послужили нам эффективным решением для лучшей обработки титана, что позволило нам сократить время цикла более чем на 60% при одновременном снижении затрат на инструмент на 30 и более процентов».

сложности и методы его обработки

Среди неспециалистов бытует мнение, что титан имеет явное сходство с нержавеющей сталью. А значит, его можно подвергать механической обработке. При этом такой металл все же прочнее стали, поэтому сама работа с ним примерно раз в пять труднее. Тем не менее, особых проблем металлообработка вызывать не должна.

Сложности обработки титановых изделий

На самом же деле все обстоит несколько сложнее, чем представляется на первый взгляд. Металл этот отличается сниженной теплопроводностью, способен задираться и налипать. Кроме того, сложность заключается и в том, что титан необычайно прочен и способен при термических работах спаиваться с режущим инструментом (ведь резец также состоит из металла и практически всегда оказывается более мягким, чем обрабатываемая деталь). В результате инструмент особенно быстро изнашивается и требует постоянной замены.

Говоря об обработке металла, профессионалы подразумевают несколько разных видов работ с титановыми деталями. У них существуют свои секреты, позволяющие нейтрализовать отрицательные свойства этого металла или свести их к минимуму. Например, специальные охлаждающие составы помогут уменьшить задирание либо налипание металла, а также снизить тот объем тепла, который выделяется при резке титана.

Титановые листы разрезают с помощью гильотинных ножниц. Прокатный сортовой металл крупного диаметра обычно подвергают резке специальными пилами механического типа. Этот инструмент отличается тем, что зуб полотна у него достаточно крупный. Если пруток имеет меньший диаметр, в ход можно пустить токарный станок. Кстати, токарная обработка данного металла осуществляется резцами, изготовленными из особо прочных сплавов. Но даже при этом обстоятельстве скорость работы должна быть снижена и обычно уступает той скорости, которая наблюдается при обработке стали-нержавейки.

Фрезеровка титановых деталей также вызывает сложности: на фрезерные зубцы металл начинает налипать. Чтобы избежать этого, необходимо использовать фрезу, изготовленную из сплавов высокой твердости. В качестве охладителей применяют жидкости, уровень вязкости которых повышен.

Отдельное внимание следует уделить сверлению титановых элементов. В канавках может скапливаться стружка, вследствие чего сверло начинает деформироваться. Сверлить титан можно с помощью стальных быстрорежущих инструментов.

Титан можно использовать также и в качестве материала для составляющих каких-либо конструкций. Детали из этого металла требуется соединять, и здесь применяют несколько методов. Стоит рассмотреть этот вопрос подробнее.

Особенности сварочных работ по титану

Сварка является наиболее часто используемым вариантом соединения титановых деталей. Поначалу любая попытка титановой сварки заканчивалась неудачей. Причины этого назывались разные. Считалось, что в микроструктуре металла происходят изменения, что титан вступает в реакцию в азотом, кислородом и водородом, которые содержатся в воздухе. Среди других факторов называлось возрастание зернистости при разогреве металла. В любом случае, швы оказывались предельно хрупкими. Однако все эти проблемы удалось достаточно быстро решить с помощью новых технологий. Поэтому в настоящее время сварка титановых элементов не вызывает особых сложностей и считается обыденной.

Вместе с тем, определенные нюансы при проведении сварочных работ все же наблюдаются. Чаще всего, это выражается в том, что сварочный шов требуется постоянно оберегать от примесей, которые его загрязняют. Чтобы избежать этого, сварщики применяют флюсы, действующие без кислорода, а также чистый инертный газ. Используются также специализированные прокладки и козырьки для защиты – они позволяют прикрывать остывающие швы и препятствуют загрязнению.

Подобные услуги по металлообработке предполагают повышенную скорость сварки. Это позволяет снизить возрастание зернистости и задержать любые деформации микроструктуры материала. Сварка осуществляется в стандартных условиях. Для того чтобы защитить горячий металл от вступления в реакцию с воздухом, используются отдельные предупреждающие меры.

Сварка может осуществляться и в атмосфере полной контролируемости. Соблюдать ее необходимо, когда требуется избежать даже возможности загрязнения шва. Такие требования выдвигаются для самых ответственных сварочных работ при гарантии чистоты в 100%.

В случае, если нужно соединить небольшие по объему детали, работа проводится в особой камере, которая полностью заполняется инертным газом. Чтобы сварщику был виден весь фронт работ, камеру оснащают специальным окошком.

Если же необходимо соединить крупные элементы конструкции, работа проводится в помещении, герметично закрытом. Любая сварка должна осуществляться подготовленными людьми, а в данной ситуации к работе допускаются лишь профессиональнее сварщики с внушительным опытом. Для них в помещении предусматриваются системы жизнеобеспечения.

Другие способы соединения титановых деталей

Иногда сварка титана выглядит нецелесообразной. В этом случае зачастую используют пайку. Такой вид обработки титанового материала является довольно сложным. Причина в том, что при температурном воздействии оксидная пленка на поверхности детали приводит к весьма непрочному соединению вне зависимости от того, с каким металлом спаивается титан. Поэтому из всех металлов, идеально взаимодействующих с титаном при пайке, подходят лишь алюминий и серебро повышенной чистоты.

Еще один способ соединения титановых изделий между собой или с деталями из иных металлов – это клепка. Этот метод, как и применение болтов, является механическим. Если ставится заклепка из титана, работа существенно удлиняется. При использовании болтов необходимо покрывать их тефлоном либо серебром, в противном случае не избежать налипания титана, а само соединение окажется достаточно хрупким.

Способы нейтрализации минусов титана

Недостатком этого уникального металла является задирание, налипание, которое возникает при трении. В результате происходит ускоренное изнашивание титанового сплава. Если применяется фрезеровка металла, это обстоятельство нельзя не учитывать. Скользя по металлической поверхности, титан вступает в реакцию и начинает налипать, постепенно поглощая всю деталь.

Однако верхний слой титана можно сделать более прочной, устойчивой к истиранию и налипанию. В том числе, для этой цели используется азотирование. Метод состоит в выдерживании детали в азотном газе. Изделие должно быть разогрето в среднем до 900 градусов, а время выдержки составляет свыше суток. В результате азотирования поверхность элемента покрывается нитридной пленкой, придающей титану особую твердость. Как следствие – повышение износостойкости титановой детали.

Еще один метод, позволяющий повысить свойства металла, – это его оксидирование. Оно помогает устранить задирание. Титановую деталь необходимо нагреть, чтобы на ее поверхности возникла оксидная пленка. Она плотно покрывает верхний слой металла, не пропуская внутрь воздух.

Оксидирование может быть низко- и высокотемпературным. В последнем случае изделие выдерживают в течение нескольких часов в нагретом состоянии, а после чего опускают его в холодную воду. Это помогает ликвидировать окалину. Оксидированная таким образом деталь становится более устойчивой к изнашиванию сразу на несколько порядков.

Фрезерование титановых деталей

Титан применяется в самых разных промышленных сферах, в том числе, в самолетостроении и космонавтике. В этих отраслях чаще всего используются детали, выполненные из титана.

Нужно учитывать, что фрезерная обработка металла отличается сложностью. Поэтому для таких работ требуется применять острые фрезы с повышенной скоростью. Следует также максимально снизить контакт детали с резцом. Фрезерование начинается по дуге, а в конце работы фаска должна сниматься под определенным углом.

Квалификация фрезеровщика играет серьезную роль не только в выполнении самих работ, но и в определении их стоимости. Многое будет также зависеть и от того, насколько сложной выглядит геометрия создаваемого из титана элемента.

Токарная обработка титана, обработка титана, режимы обработки титана, режимы токарной обработки титана, выбор инструмента для токарной обработки титана, стратегии обработки титана. производительность обработки титана.

Главная страница » Токарная обработка титана

Токарная обработка титана

Титан плохо обрабатывается резанием, ввиду его характеристик, об этом мы уже указывали в статье. Поэтому токарная обработка титана вызывает ряд сложностей. Основными факторами износа режущих пластин являются лункообразование, проточины и пластическая деформация.

Чтобы снизить лункообразование, проточины необходимо выбирать инструмент с меньшим углом в плане или пластины круглой формы.

На производительность обработки титановых сплавов большое влияние оказывают: главный угол в плане, подача и толщина стружки.

Ввиду малых скоростей при обработке титана наблюдается высокое трение инструмента, что вызывает большое выделение тепла. Так при выборе малых радиусов при вершине режущей пластины этот радиус просто «сгорает», поэтому выбираем радиусы побольше. Контролировать температуру в зоне резания можно скоростью, толщиной стружки и глубиной резания.

Обязательно применение СОЖ, и желательно под высоким давлением. Необходимо точно направить подачу СОЖ в зону резания. Используя СОЖ под давлением (80 бар) можно повысить скорость резания на 20%, стойкость инструмента на 50%, а также улучшить стружкодробление.

Для обработки титановых сплавов не используйте инструменты на основе керамики.

Выбор инструмента для наружной токарной обработки

Предварительная обработка:

— Квадратные пластины с большим радиусом вершины, возможно назначить большую глубину резания.

— Круглые пластины больших размеров.

— Использовать стружколомы для тяжелой обработки, стружколомы снижающие силу резания, стружколомы с улучшенным контролем стружкообразования.

— Используйте твердые сплавы без покрытия.

Промежуточная обработка:

— Круглые пластины (имеется возможность назначить высокие скорости резания, высокую подачу, присутствует меньший износ, небольшая глубина резания.)

— Использовать сплавы без покрытия, или как вариант PVD-покрытие для обеспечения сочетания прочность-износостойкость.

— Снижать подачу при увеличении глубины.

— Выбирать радиус пластины меньше, чем радиус скругления на детали, так не придется занижать радиус.

— На криволинейных участках снижайте подачу на 50%.

— Трохоидальное точение – первый выбор.

— Если невозможно трохоидальное точение используйте врезание под углом.

Окончательная обработка:

— Выбирайте пластины с шлифованными режущими кромками, они повышают стойкость и снижают силы резания.

— Предпочтение имеет острая геометрия, но также учитывайте требование стабильности при выборе геометрии и формы пластины.

— Для тонкостенных деталей выбирайте главный угол в плане Kr=45 градусов и радиус при вершине не более 3хap, острую геометрию с небольшим радиусом округления режущей кромки. Используйте относительно низкую подачу 0,15 мм/об.

— Для жестких деталей выбирайте большой радиус при вершине и большой радиус округления режущей кромки.

— Выбирайте сплав без покрытия, или с PVD-покрытием и острой кромкой для снижения сил резания и повышения скорости резания, или поликристаллический алмаз (PCD) для обеспечения высокой стойкости и скорости резания. По сравнению с твердым сплавом без покрытия PCD может увеличить скорость в 2 раза

Рекомендации при использовании круглых пластин

1. Используйте рекомендацию назначения ap, как на рисунке ниже.

2. Для снижения проточины режущей кромки также используйте постепенное плавное врезание, по сути получается обкатка профиля при этом исключая обработку фаски. Так на режущей кромке один участок воспринимает нагрузку при врезании, а другой нагрузку установившегося резания. Фаску можно выполнить отдельным инструментом с движением инструмента под 90 градусов.

3. Врезание под углом или различные глубины резания при многопроходной обработке также помогает минимизировать проточины. При этом не рекомендуется выбирать глубину резания менее 0,25 мм, иначе будет происходить выкрашивание режущей кромки.

4. Выбирайте глубину резания 15% от диаметра пластины или 15% от радиуса не круглой пластины. Максимальная глубина резания не должна превышать 25% диаметра режущей пластины, чтобы не было большой величины контакта и вибраций. Обработку с большой глубиной резания рекомендуется проводить после удаления корки, т.е. резание большой глубиной должно быть без корки.

Режимы токарной обработки титана

Для обработки титана характерны малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение.

Предварительная обработка (тяжелая черновая обработка, удаление корки и т.д.): ap=3-10 мм, fn=0.3-0.8 мм, Vc=25 м/мин.

Промежуточная обработка (черновая, получистовая обработка без корки, профильная обработка и т.д.): ap=0.5-4 мм, fn=0.2-0.5 мм, Vc=40-80 м/мин.

Окончательная обработка (получистовая, чистовая обработка, финишная обработка и т.д.): ap=0,25-0,5 мм, fn=0.1-0.4 мм, Vc=80-120 м/мин.

Выбор инструмента для внутреннего растачивания

Предварительная обработка:
— Главный угол в плане 90 град, но не менее 75 град. Это снизит отжатие оправки и вибрации.
— Используйте твердый сплав без покрытия.
— Используйте максимально возможный диаметр оправки и минимальный вылет.

Промежуточная обработка:
— Главный угол в плане 93 град, угол при вершине 55 град.
— Стружколом обеспечивающий низкие силы резания.
— Твердый сплав без покрытия.
— Максимально возможный диаметр оправки, минимальный вылет
— При необходимости антивибрационный инструмент.

Окончательная обработка:
— Позитивные пластины с задним углом и острая геометрия для снижения сил резания и меньшего отжатия инструмента.
— Шлифованная пластина, угол при вершине 55 град, главный угол в плане 93 град
— Твердый сплав без покрытия.
— Максимально возможный диаметр оправки, минимальный вылет
— При необходимости антивибрационный инструмент.

Далее мы рассмотрим фрезерование титана, выделим основные приемы для преодоления всех сложностей обработки титана уже на фрезерных станках.

Также интересно будет почитать:
Обработка нержавеющих сталей, в чем сложность обработки?
Токарная обработка нержавеющих сталей
Фрезерование нержавеющих сталей
Обработка чугуна, в чем сложность обработки?
Токарная обработка чугуна
Фрезерование чугуна

Механическая обработка титана. Высокие технологии. Фрезерование аустенитной и дуплексной нержавеющей стали

Титан – один из самых интересных и сложных для обработки металлов. Его уникальные свойства нашли широкое применение в разных отраслях промышленности. Механическая обработка титана, в сравнении с обычной сталью, более чем в пять раз сложнее, поэтому для создания из него изделий применяют специальные приемы и оборудование.

Основные проблемы, возникающие при обработке титана, и средства их решения

Чтобы уменьшить задирание и налипание, а также для отвода выделяемого тепла, применяют следующие способы:

при резке, а также иной обработке титана используют охлаждающие жидкости;
заточку изделий выполняют с применением инструментов, изготовленных из твердых сплавов металлов;
обработку металла резцами выполняют при гораздо меньших скоростях, чтобы избежать излишнего нагрева.

Азотирование титана – технологический процесс, который заключается в нагреве изделия из титанового сплава до температуры 850 0 С – 950 0 С и его выдержке в течение нескольких суток в среде чистого газообразного азота. В результате происходящих химических реакций на поверхностях изделия образуется пленка из нитрида титана, имеющая золотистый оттенок и обладающая большей твердостью, а также большим сопротивлением к стиранию. Изделия, прошедшие такую обработку, обладают повышенной износостойкостью и не уступают по своим характеристикам изделиям, изготовленным из поверхностно упрочнённых специальных сталей.

Оксидирование титана – распространенный метод, заключающийся в нагреве титанового изделия до 850 0 С и его резком охлаждении в водной среде, что вызывает образование на поверхности обрабатываемой детали плотной пленки, которая хорошо связывается с основным слоем материала. При этом сопротивление стиранию и общая прочность изделия возрастает в 15-100 раз.

Некоторые особенности резки и сверления титана

Нарезка заготовок является очень сложным технологическим процессом, сопровождающимся использованием специальных инструментов и оборудования. Листы разрезаются гильотинными ножницами, а заготовки из сортового проката – распиливаются механической пилой. Небольшие по диаметру пруты нарезают с помощью токарных станков.

Особенности соединения титановых изделий и их элементов

сварка;
пайка
механическое соединение с использованием заклепок
соединение с применением болтового крепления.

Также существует метод сварки в контролируемой среде, который применяется для выполнения работ, требующих большой ответственности. При необходимости соединить небольшие по своим размерам элементы, их помещают в специальные камеры, заполненные инертным газом. В случае соединения элементов большего размера сварочные работы выполняют в специальных герметично изолированных помещениях. Сварка титана – ответственная работа, которая доверяется исключительно подготовленным специалистам, имеющим необходимый практический опыт и навыки.

Принято считать, что титан поддаётся механической обработке подобно нержавеющим сталям. Это значит, что обрабатывать титан в 4-5 раз труднее, чем обычную сталь, но это всё же не составляет неразрешимой проблемы.
Основные проблемы при обработки титана – это большая склонность его к налипанию и задиранию, низкая теплопроводность, а также то обстоятельство, что практически все металлы и огнеупорны растворяются в титане, в результате чего представляет собой сплав титана и твёрдого материала режущего инструмента. Такая обработка вызывает быстрый износ резца.

Для уменьшения налипания и задирания и для отвода большого количества тепла, которое выделяется при резании, применяют охлаждающие жидкости. Точение заготовки производят спомощью резцов из твёрдых сплавов причём скорость обработки, как правило, ниже, чем при точении нержавеющей стали.

Если необходимо разрезать листы из титана, то эту операцию осуществляют на гильотинных ножницах. Сортовой прокат больших диаметров режут механическими пилами, применяяножовочные полотна с крупным зубом. Менее толстые прутки разрезают на токарных станках.

При фрезеровании титан остаётся верным себе и налипает на зубья фрезы. Фрезы тоже изготовляют из твёрдых сплавов, а для охлаждения применяют смазки, отличающиеся большой вязкостью.

При сверлении титана основное внимание обращают на то, чтобы стружка не скапливалась в отводящих канавках, так как это быстро повреждает сверло. В качестве материала для сверления титана применяют быстрорежущую сталь.

При использовании титана как конструкционного материала титановые детали соединяют друг с другом и с деталями из иных материалов разными методами.

Основной метод – сварка. Самые первые попытки сварить титанбыли неудачными, что объяснялось взаимодействием расплавленного металла с кислородом, азотом и водородом воздуха, ростом зерна при нагреве, изменениями в микроструктуре и другими факторами, приводимые к хрупкости шва. Однако все эти проблемы, ранее казавшиеся неразрешимыми, были решены в самые короткие сроки в наши дни сварка титана – обычная промышленная технология.

Но, хотя проблемы решены, сварка титана не стала простой и лёгкой. Основная её трудность и сложность заключается в необходимости постоянного и неукоснительного предохранения сварного шва от загрязнения примесями. Поэтому при сварке титана используют не только инертный газ высокой чистоты и специальные бескислородные флюсы, но и разнообразные защитные козырьки, прокладки, которые защищают остывающие.

Чтобы максимально снизить рост зерна и уменьшить изменения в микроструктуре, сварку ведут с большой скоростью. Почти все виды сварки производят в обычных условиях, применяя специальные меры для защиты нагретого металла от соприкосновение с воздухом.

Но мировая практика знает и сварку в контролируемой атмосфере. Такая защита сварного шва обычно необходима при выполнении особо ответственных работ, когда требуется стопроцентная гарантия того, что сварной шов не будет загрязнён. Если свариваемые части не велики, сварку ведут в специальной камере, заполненной инертным газом. Сварщик хорошо видит всё, что ему нужно через специальное окно.

Когда же сваривают большие детали и узлы, контролируемую атмосферу создают в специальных вместительных герметичных помещениях, где сварщики работают, применяя индивидуальные системы жизнеобеспечения. Разумеется, эти работы ведут сварщики самой высокой квалификации, но и обычную сварку титана должны проводить только специально обученные этому делу люди.

В тех случаях, когда сварка не возможна или попросту не целесообразна, прибегают к пайке. Пайка титана осложняется тем, что он при высоких температурах химически активен и очень прочно связан с покрывающей его поверхность – окисной плёнкой. Подавляющее большинство металлов непригодно для использования в качестве припоев при пайке титана, так как получаются хрупкие соединения. Только чистые серебро и алюминий подходят для этой цели.

Соединять титан с титаном, а также с другими металлами можно и механически – клепкой или при помощи болтов. При использовании титановых заклёпок время клёпки увеличивается почти вдвое по сравнению с применением высокопрочных алюминиевых деталей, а гайки и болты из нового промышленного металла непременно покрывают слоем серебра или синтетического материала тефлона, иначе при завинчивании гайки титан будет, как это ему неизменно присуще, налипать и задираться и резьбовое соединение не сможет выдержать больших напряжений.

Склонность к налипанию и задиранию, обусловленная высоким коэфициентом трения, – очень серьёзный недостаток титана. Это приводит к тому, что титановые сплавы быстро изнашиваются и их нельзя использовать для изготовления деталей, работающих в условиях трения скольжения. При скольжении по любому металлу титан налипает на его поверхность, и деталь вязнет, схваченная липким слоем титана.

Впрочем, говорить, что титановые сплавы нельзя применять при изготовлении трущихся деталей, неверно. Существует немало способов, упрочняющих поверхность титана и устраняющих склонность к налипанию. Один из них – азотирование.

Процесс заключается в том, что детали, нагретые до 850-950 градусов, выдерживают в чистом газообразном азоте более суток. На поверхности металла образуется золотисто-жёлтая плёнка нитрида титана большой микротвёрдости. Износостойкость титановых деталей повышается во много раз и не уступает изделиям из специальных поверхностно упрочнённых сталей.

Другой распространённый метод устранения склонности титана к задиранию – оксидирование. При этом в результате нагрева на поверхности деталей образуется окисная плёнка. При низкотемпературном оксидировании свободный доступ воздуха к металлу затруднён и окисная плёнка получается плотной, хорошо связанной с основной толщей титана.

Высокотемпературное оксидирование заключается в том, что в течении 5-6 часов детали выдерживают на воздухе нагретыми до 850 градусов, а затем резко охлаждают в воде, чтобы удалить с поверхности рыхлую окалину. В результате оксидирования сопротивление износу возрастает в 15-100 раз.

ООО “Токарная обработка” осуществит (от Вт1-0 и далее) на станках ЧПУ, партии от 1 шт, большой опыт работы.

Одной из основных специализаций нашей фирмы является токарная обработка титана всех возможных марок (основные вт1-0, вт3-1, от4-1, пт3в, вт16) и видов (пруток, плита, лист, труба, поковки). Так же осуществляем сварку и старение титана и деталей на его основе. Ниже на фото представлено весьма сложное изделие, изготовленное нашей фирмой из титана вт1-0 со сваркой и старением!

Для расчета стоимости токарной обработки титана пошлите запрос с чертежами на электронную почту . Звоните 8 3439 38 00 81, 8 3439 38 98 01, доставка по всей России.

Токарная обработка титана сопровождается многочисленными трудностями, что отличает его от прочих металлов. Объясняется это тем, что титан имеет:

– высокую прочность и значительную массу;

– низкую теплопроводность и прекрасную антикоррозийную устойчивость.

Благодаря этим свойствам, титан обладает большой популярностью в среде производителей, которые занимаются токарной обработкой деталей. Одновременно с этим, данные характеристики делают этот металл очень неудобным для резки и обработки. Так, например, появляется вибрация. Режущий элемент быстро изнашивается.

В случае, если эти явления удается компенсировать, то процесс обработки становится чрезвычайно эффективным. Использование наиболее совершенных токарных и фрезеровочных станков, компрессорных установок и другого необходимого оборудования позволило намного облегчить процесс обработки.

Для обработки титана на токарном станке деталь надежно фиксируется на мощном станке. Правильно отбирается режущий блок. Однако, создание идеальных условий иногда невозможно осуществить, ибо детали могут обладать сложной формой и слишком тонкими стенками.

При таких сложностях агрегаты, на которых происходит токарная обработка титана, быстро приходят в негодность. Детали, имеющие сложную форму, порой, не удается закрепить должным образом.

Титан не теряет свои технические характеристики и в процессе обработки. При этом, выделяется немало тепла. Посему, велик риск возникновения дефектов на поверхности детали, а значит, правильно и грамотно подобрать режущий элемент ─ этап крайне ответственный. Практика показывает: отличным вариантом является использование в качестве сырья для создания резака мелкозернистых металлических сплавов. Таким образом, резка и сверление становятся эффективными.

Помимо этого, при обработке титана на токарном станке стружка задирается и налипает на режущие элементы. Данный недостаток устраняется оксидированием: титановая заготовка нагревается до 900 градусов Цельсия и выставляется в таком виде на открытый воздух. После этого, болванку нужно быстро охладить в воде и продолжить токарную обработку деталей из титана.

Свойства титана: именно вязкость и теплопроводность служит причиной того, что резец сильно нагревается. В результате, даже чрезвычайно прочные и качественные токарно-фрезерные инструменты быстро разрушаются. Из-за значительной вибрации, которая возникает в процессе работы с титаном, требуются мощные станки, рама коих надежно фиксируется на станине.

Изготовление титановых деталей

Чтобы изготовление титановых деталей на токарном станке ЧПУ проходила легко, необходимо, чтобы:

– использовались станки с большой мощностью, где есть возможность регулировать скорость вращения заготовок;

– инструменты и заготовки подавались с небольшим вылетом;

– движущиеся детали были надежно и идеально пригнаны.

Помимо этого, режущие инструменты и фиксирующие узлы должны обладать высокой термической стойкостью, ибо титан, оставаясь холодным, нагревает донельзя металл резца, вкупе с окружающим местом реза.

Большое внимание следует обратить на вибрацию деталей из титана, которая имеет место при обработке титана на токарном станке ЧПУ. Она возникает вследствие:

– небольших габаритов деталей;

– применение длинного режущего инструмента при токарной обработке деталей из титана;

– вязкости металла. Сильный нагрев и большие обороты приводят к тому, что стандартный конус шпинделя очень быстро становится негодным.

Сделаем оперативный расчет по вашим чертежам, пошлите их на электронную почту . Можно позвонить 8 3439 38 00 81, 8 3439 38 98 01, доставка по всей России.

Решить эту проблему можно,:

– уменьшив расстояние, которое разделяет деталь и шпиндель;

– точно подогнав движущиеся узлы станка;

– жестко закрепив и раму агрегата, на котором происходит токарная обработка титана, и его неподвижные узлы.

Соответственно, компенсация (устранение) вибрации возможна, если:

– аккуратно и точно настроить абсолютно все блоки станка;

– тщательно подобать небольших габаритов жаропрочный режущий инструмент;

– максимально приблизить друг к другу место крепления резца и саму деталь.

Благодаря этим мерам, станок сможет работать достаточно долго, если не увеличивать габаритные допуски на заготовке.

Существует ряд дополнительных способов, обеспечивающих стабильность процесса токарной обработки титана. Целесообразно уменьшить количество оборотов, точно отрегулировать положение резца, надежно закрепив его, ибо биение инструмента разрушает узел режущего инструмента полностью.

Титановые сплавы широко используются в современной технике, поскольку их высокие механические свойства и коррозионная стойкость сочетаются с малым удельным весом. Разработаны сплавы различного состава и свойства, например: технически чистый титан (ВТ1, ВТ2), сплавы систем титан-алюминий (ВТ5), титан-алюминий-марганец (ВТ4, ОТ4), титан-алюминий-хром- молибден (ВТЗ) и др. По общей классификации труднообрабатываемых материалов титановые сплавы сведены в VII группу (табл. 11.11).

Так же, как нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы, титановые сплавы имеют ряд особенностей, обусловливающих их низкую обрабатываемость.

1. Малая пластичность, характеризуемая высоким коэффициентом упрочнения, примерно в два раза большим, чем у жаропрочных материалов. Вместе с тем механические характеристики титановых сплавов по сравнению с жаропрочными меньше. Пониженные пластические свойства титановых сплавов в процессе их деформации способствуют развитию опережающих микро- и макротрещин.

Образуемая стружка по внешнему виду напоминает сливную, имеет трещины, разделяющие ее на очень слабо деформированные элементы, прочно связанные тонким и сильно деформированным контактным слоем. Образование такой стружки объясняется тем, что с увеличением скорости пластическая деформация при высоких температуре и давлении протекает в основном в контактном слое, не затрагивая срезаемый слой. Поэтому при высоких скоростях резания образуется не сливная, а элементная стружка.

Углы сдвига при резании титановых сплавов достигают 38…44°, в этих условиях при скоростях резания, больших 40 м/мин, возможно образование стружки с коэффициентом укорочения K l

Пониженная пластичность приводит к тому, что при обработке титановых сплавов сила Р Z примерно на 20 % ниже, чем при обработке сталей, а силы Р у и Р х – выше. Это различие указывает на характерную особенность титановых сплавов – силы резания на задней поверхности при их обработке относительно больше, чем при обработке сталей. Как следствие, при увеличении износа силы резания, особенно Ру, резко возрастают.

2. Высокая химическая активность к кислороду, азоту, водороду. Это вызывает интенсивное охрупчивание поверхностного слоя сплавов вследствие диффузии в него атомов газов при повышении температуры. Насыщенная атмосферными газами стружка теряет пластичность и в этом состоянии не подвергается обычной усадке.

Высокая активность титана по отношению к кислороду и азоту воздуха в 2…3 раза снижает площадь контакта стружки с передней поверхностью инструмента, что не наблюдается при обработке конструкционных сталей. Вместе с тем окисление контактного слоя стружки повышает ее твердость, увеличивает контактные напряжения и температуру резания, а также повышает интенсивность изнашивания инструмента.

3. Титановые сплавы имеют чрезвычайно плохую теплопроводность, более низкую, чем у жаропрочных сталей и сплавов. Как следствие, при резании титановых сплавов возникает температура, более чем в 2 раза превышающая уровень температур при обработке стали 45.

Высокая температура в зоне резания вызывает интенсивное наростообразование, схватывание обрабатываемого материала с материалом инструмента и появление задиров на обработанной поверхности.

4. Вследствие содержания в титановых сплавах нитридов и карбидов материал режущего инструмента в сильной степени подвержен абразивному воздействию. Однако при повышении температуры титановые сплавы сильнее снижают свою прочность, чем нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы. Обработка резанием по корке многих кованых, прессованных или литых заготовок из титановых сплавов затруднена дополнительным абразивным воздействием на режущие кромки инструмента неметаллических включений, оксидов, сульфидов, силикатов и многочисленных пор, образующихся в поверхностном слое. Неоднородность структуры снижает виброустойчивость процесса обработки титановых сплавов. Эти обстоятельства, а также концентрация значительного количества теплоты в пределах небольшой площадки контакта на передней поверхности приводят к преобладанию хрупкого изнашивания с периодическим скалыванием по передней и задней поверхностям и выкрашиванию режущей кромки. При высоких скоростях резания интенсифицируется тепловое изнашивание, на передней поверхности резца развивается лунка. Во всех случаях, однако, лимитирующим является износ его задней поверхности.

Уровень скорости резания V T при обработке титановых сплавов в 2,5…5 раз ниже, чем при обработке стали 45 (см. табл. 11.11).

5. При обработке титановых сплавов особое внимание необходимо уделять вопросам техники безопасности, так как образование тонкой стружки и тем более пыли может привести к ее самовоспламенению и интенсивному горению. Кроме того, пылеобразная стружка вредна для здоровья. Поэтому не допускается работа с подачами менее 0,08 мм/об, использование затупленного инструмента с износом более 0,8…1,0 мм и со скоростями резания более 100 м/мин, а также скопление стружки в большом объеме (исключение делается для сплава ВТ1, обработка которого разрешается при скоростях резания до 150 м/мин).

При обработке титановых сплавов широко используются технологические среды (табл. 11.12).

Правильный выбор СОТС может повысить период стойкости инструмента в 1,5…3 раза, снизить высоту микронеровностей в 1,5…2 раза. Характерной особенностью использования СОТС при обработке титановых сплавов является малая эффективность присадок, содержащих серу, азот, фосфор, поскольку эти элементы хорошо растворимы в титане. Гораздо более эффективны в качестве присадок галогены, и в первую очередь йод.

Фрезерование титана требует определенных условий

высокое отношение прочности к весу, причем его плотность составляет, как правило, всего 60 процентов плотности стали,
имеет более низкий модуль упругости и более податлив, чем сталь,
обладает более высокой стойкостью к коррозии, чем нержавеющая сталь,
низкая теплопроводность.

Трудности обработки титана

Принято считать, что титан с трудом поддается эффективной механической обработке. Но это не типично для и методов обработки. Трудности отчасти возникают оттого, что механическая обработка титана – новая область, и в ней не накоплено достаточно опыта. Кроме того, проблемы нередко носят относительный характер – в сравнении с ожиданиями или иным опытом, особенно в тех случаях, когда этот опыт касается обработки таких материалов, как чугун или низколегированные стали, которые предъявляют более низкие требования и прощают больше ошибок. Титан также может представляться трудным в обработке по сравнению с некоторыми сортами нержавеющей стали.

Хотя обработку титана, как правило, приходится выполнять при других скоростях и подачах, а также с соблюдением ряда предосторожностей, по сравнению с иными материалами, он может быть довольно легким в обработке. Если жесткая деталь из титана надежно зажата на станке соответствующей мощности, в хорошем состоянии и оборудованном шпинделем с конусом ISO 50 с коротким вылетом инструмента, проблем не должно возникать – при условии, что правильно выбран режущий инструмент.

Боремся с вибрацией и теплом

Прочие факторы, присутствующие в менее чем идеальных условиях, включают в себя тот факт, что большинство станков оснащены шпинделями с конусом ISO 40. Из-за интенсивности эксплуатации этих станков они недолго остаются новыми. Кроме того, конструктивные особенности обрабатываемой детали нередко затрудняют ее эффективное крепление на станке. Проблему усугубляет и то, что обработка, как правило, включает в себя прорезание канавок, контурную обработку или обработку кромок, а эти операции способны – хотя и не должны – приводить к вибрации. Поэтому необходимо постоянно принимать меры для ее предотвращения, по возможности повышая жесткость закрепления детали. Одним из способов решения проблемы является многоступенчатое крепление заготовок, при котором заготовки располагаются ближе к шпинделю, что ослабляет вибрацию.

Необходимые условия для расчетов режимов резания

Как только стабильные условия обеспечены, частоту вращения шпинделя и подачу можно пропорционально увеличивать для достижения оптимальной эффективности. Еще одно решение – убрать несколько пластин из фрезы или выбрать фрезу с меньшим количеством пластин.

Почему сложно обрабатывать титан?

Титан и его сплавы находят все более широкое применение в аэрокосмической и биомедицинской сферах, в которых используются его уникальные свойства. Однако обработка титана также представляет собой уникальные проблемы, с которыми инженеры по точности, привыкшие обрабатывать другие металлы, столкнутся с трудностями. Здесь мы рассмотрим, почему обработка титана настолько сложна, и рассмотрим различные методы, которые можно использовать для получения наилучших результатов при обработке титана.

ПОЧЕМУ ТИТАН ТАК ПОПУЛЯРНЫЙ

В то время как алюминий и алюминиевые сплавы ранее были предпочтительными материалами в аэрокосмической промышленности, в новых конструкциях самолетов все чаще используются титан и титановые сплавы.Эти материалы также используются в биомедицинской промышленности. Причины их популярности включают легкий вес, высокую прочность, отличные усталостные характеристики и высокую устойчивость к агрессивным средам, отсутствие ржавчины и разрушения. Детали из титана служат дольше и обеспечивают лучшие характеристики и результаты, чем другие металлы и материалы.

ПОЧЕМУ ТИТАН ТАК ТРУДНО ДЛЯ МАШИНЫ

Сами свойства, которые делают титан таким полезным и высокоэффективным металлом, также являются свойствами, которые могут затруднить его обработку.Так же, как при использовании алюминия и алюминиевых сплавов, до 90% материала может потребоваться фрезеровать и повернуть для изготовления конечной детали.

Титановые сплавы имеют низкий модуль Юнга, что вызывает возврат к пружине и вибрацию во время обработки. Это может привести к ухудшению качества поверхности готового продукта.

Из-за высокой склонности титана к деформационному упрочнению и липкости сплава во время токарной обработки и сверления образуется длинная непрерывная стружка, которая может запутать инструмент и затруднить его работу.Это практически исключает возможность автоматизации обработки титана.

Несмотря на эти неудачи, существуют методы, упрощающие обработку титана.

ОБРАБОТКА ТИТАНА

Для обработки титана требуются твердосплавные инструменты с покрытием, которые будут сопротивляться липкости сплава и разрушать длинную стружку. Покрытие инструмента также помогает контролировать тепло, выделяемое при механической обработке.

Сохранение низкого радиального зацепления важно для противодействия эффектам тепловыделения и тенденции к деформационному упрочнению.Увеличение количества канавок в концевых фрезах может помочь противодействовать более низкой подаче на зуб и повысить производительность.

Применение СОЖ под высоким давлением помогает уменьшить нагрев и повреждение инструмента. В настоящее время ультразвуковая обработка находится в стадии НИОКР. Цель состоит в том, чтобы сократить время контакта инструмента и продлить срок его службы.

Техника, используемая при обработке титана, также может помочь улучшить результаты. Используя подъемное фрезерование, дугу, заканчивающуюся фаской под 45 градусов, используя конструкцию вспомогательного разгрузочного инструмента, изменяя осевую глубину и используя инструмент, как минимум на 70% меньший, чем гнездо для инструмента, вы можете уменьшить повреждение инструмента и получить лучшие результаты при обработке титана.

Тщательно изучив уникальные свойства титана и соответствующим образом отрегулировав обработку, вы можете получить наилучшие результаты для вашего инструмента и готовой детали. Чтобы получить дополнительную помощь в обработке титана, поговорите с опытными инженерами Inverse Solutions, которые предложат вам индивидуальное решение для титана.

Руководство по обработке титана и его сплавов

В современной обрабатывающей промышленности титан и его сплавы стали основными продуктами в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и огнестрельной отраслях.Этот популярный металл устойчив к ржавчине и химическим веществам, пригоден для вторичной переработки и чрезвычайно прочен для своего веса. Однако есть несколько проблем, которые необходимо учитывать при обработке титана и выборе подходящих инструментов и параметров для работы.

Разновидности титана

Титан доступен во многих разновидностях, включая почти 40 марок ASTM, а также несколько дополнительных сплавов. Сорта с 1 по 4 считаются коммерчески чистым титаном с различными требованиями к пределу прочности на разрыв.Марка 5 (Ti6Al4V или Ti 6-4) является наиболее распространенной комбинацией, легированной 6% алюминия и 4% ванадием. Хотя титан и его сплавы часто группируются вместе, между ними есть некоторые ключевые различия, которые необходимо отметить, прежде чем определять идеальный подход к обработке.

Концевая фреза HVTI

Helical Solutions – отличный выбор для высокоэффективных траекторий обработки титана.

Титановые концерны

Оснастка

Хотя титан может иметь более желательные свойства материала, чем обычная сталь, он также ведет себя более гибко и часто не такой жесткий, как другие металлы.Это требует надежного захвата титановых заготовок и максимально жесткой установки станка. Другие соображения включают в себя предотвращение прерывистого резания и поддержание движения инструмента при постоянном контакте с заготовкой. Пребывание в просверленном отверстии или остановка инструмента рядом с профилированной стеной приведет к трению инструмента, что приведет к избыточному нагреву, деформационному упрочнению материала и преждевременному износу инструмента.

Производство тепла

Тепло – грозный враг, и при выборе скорости и подачи необходимо учитывать тепловыделение.Хотя коммерчески чистые сорта титана мягче и вязче, чем большинство его сплавов, добавление легирующих элементов обычно повышает твердость титана. Это увеличивает опасения относительно выделяемого тепла и износа инструмента. Поддержание большей нагрузки на стружку и предотвращение ненужного трения способствует повышению производительности инструмента при работе с более твердыми титановыми сплавами, а также сводит к минимуму объем производимого наклепа. Выбор более низких оборотов в минуту в сочетании с большей загрузкой чипа может обеспечить значительное снижение температуры по сравнению с вариантами с более высокими скоростями.Благодаря низкой проводимости, поддержание минимальных температур снижает нагрузку на инструмент и снижает износ. Использование СОЖ под высоким давлением также является эффективным методом снижения тепловыделения при обработке титана.

Эти крышки распределительных валов были изготовлены из титана на заказ для Mitsubishi Evos.
Фото любезно предоставлено @RebootEng (Instagram)

Истирание и наросты на кромке

Следующее препятствие, которое следует учитывать, заключается в том, что титан имеет сильную тенденцию прилипать к режущему инструменту, создавая наросты на кромке.Это сложная проблема, которую можно решить, если использовать обильное количество СОЖ под высоким давлением, направленное непосредственно на режущую поверхность. Цель состоит в том, чтобы удалить стружку как можно скорее, чтобы предотвратить повторное нарезание стружки, и сохранить канавки чистыми и свободными от мусора. Заедание является серьезной проблемой для технически чистых сортов титана из-за их «липкой» природы. Эту проблему можно решить, используя стратегии, упомянутые ранее, например, непрерывную подачу при постоянном контакте с заготовкой и использование большого количества СОЖ под высоким давлением.

Титановые решения

Хотя основные проблемы при обработке титана и его сплавов могут измениться, методы их смягчения остаются в некоторой степени неизменными. Основные идеи заключаются в том, чтобы избежать истирания, тепловыделения, наклепа и деформации заготовки или инструмента. Используйте много СОЖ под высоким давлением, уменьшайте скорость и повышайте подачу, удерживайте инструмент в движении при контакте с заготовкой и используйте как можно более жесткую установку.

Кроме того, выбор подходящего покрытия для инструмента может сделать вашу работу успешной.Поскольку во время обработки титана выделяется большое количество тепла, наличие покрытия, которое может адекватно выдерживать температуру, является ключом к поддержанию рабочих характеристик во время операции. Правильное покрытие также поможет избежать истирания и эффективно удалить стружку. Такие покрытия, как нитрид алюминия и титана Harvey Tool (AlTiN Nano), образуют оксидный слой при высоких температурах и увеличивают смазывающую способность инструмента.

Инструментальные решения

Helical Solutions предлагает линейку инструментов HVTI-6, оптимизированных для высокоэффективного фрезерования (HEM) титана и его сплавов.HVTI-6 Helical имеет покрытие Aplus, которое обеспечивает дополнительную смазывающую способность и устойчивость к высоким температурам, что увеличивает стойкость инструмента и увеличивает скорость и подачу.

По мере того, как титан и многие его сплавы продолжают расти в различных отраслях промышленности, все больше станков будут обрабатывать этот сложный материал. Однако управление нагревом и соответствующий отвод стружки в сочетании с правильным покрытием обеспечат успешный запуск.

Том Пайл (менеджер по разработке продуктов)

В качестве менеджера по разработке продуктов Harvey Performance Company Том курирует разработку новых продуктов для бренда Helical Solutions.Он отвечает за обеспечение высококачественных и инновационных продуктов, которые превосходят ожидания наших клиентов.

Наконечники для обработки титана – Аэрокосмическое производство и дизайн

Часть 2 серии из трех частей по истории титана. Часть 1, опубликованная в мартовском выпуске AM&D за 2016 год, была посвящена истории металла. В части 3, запланированной к июньскому выпуску, будут обсуждаться станки, смазочно-охлаждающие жидкости, приспособления и державки.

Любой, кто какое-то время стоял перед токарным станком или обрабатывающим центром, знает, что титан – настоящая мишень для резки.Он обладает рядом свойств, которые делают его отличным выбором для аэрокосмических и медицинских компонентов, но эти же свойства могут вызвать быстрый износ инструментов и нервные срывы у операторов станков. К счастью, правильное сочетание прикладных знаний и инструментов может справиться даже с самым грубым титаном. Успех во многом зависит от выбора правильных инструментов, использования соответствующих подач и скоростей и создания траекторий, которые защищают режущую кромку инструмента и предотвращают удары по заготовке, станку и фрезу.Вот несколько советов, которые помогут вам встать на правильный путь:

Будьте острыми

Обработка жесткого и эластичного титана немного похожа на резку резинового торта на день рождения. Без острого ножа срезы будут рваными, что сделает участников вечеринки недовольными. Титан также плохо проводит тепло, поэтому старая поговорка о механической обработке «передавайте тепло в стружку» не работает так хорошо. Поскольку тепло остается в рабочей зоне, инструменты могут быстро затупиться, что, в свою очередь, приведет к трению и, в конечном итоге, к еще большему нагреву.Это также вызывает наклеп, обычную проблему для титана. Из-за этого то, что начиналось как идеальная скорость резания в начале резания, вскоре может оказаться слишком быстрым для более твердого материала. Износ инструмента усиливается, что может привести к внезапному отказу инструмента.

Часто лучшим решением является очень острый режущий инструмент с многослойным PVD-покрытием из нитрида титана и алюминия (TiAlN) и подложкой из микрозернистого карбида. Это снижает вероятность приваривания стружки на поверхности пластины и обеспечивает жаропрочность, износостойкость и твердость кромки, необходимые для неблагоприятных условий обработки титана.Кроме того, положительная геометрия режущей пластины и фрезы помогает создать эффект сдвига, уменьшая тепловыделение и давление инструмента, продлевая срок службы инструмента.

Конечно, не существует универсальных рекомендаций по использованию пластин для любых операций обработки, не говоря уже о том, что используются титан и другие жаропрочные суперсплавы (HRSA). Срок службы инструмента при тяжелом или прерывистом резании можно продлить с помощью небольшой подготовки кромки на пластине, такой как хонингование или Т-образная фаска, которые лучше поглощают удары. Нельзя сбрасывать со счетов и покрытия химическим осаждением из паровой фазы (CVD); хотя режущие кромки пластин с покрытием CVD обычно менее острые, чем режущие кромки PVD, они несколько лучше работают при высоких температурах и экстремальном давлении, наблюдаемых при черновой обработке титана.

Одним из материалов режущего инструмента, который не очень хорошо сочетается с титаном, является керамика. Титан очень реактивен в присутствии кислорода, а тонкая стружка и пыль, образующиеся при его обработке, склонны к воспламенению при температурах выше 332 ° C (630 ° C). F). Поскольку керамика должна использоваться без смазочно-охлаждающей жидкости, а с учетом высоких скоростей резания, с которыми работают эти инструменты, риск возгорания довольно высок. Кубический нитрид бора (CBN) также не является отличным выбором для обработки титана; проблемы с деградацией связки приводят к быстрому износу кромок, образованию зазубрин и выкрашиванию, быстро разрушая инструмент.Однако более твердый родственник CBN, поликристаллический алмаз (PCD), излюбленный алюминиевыми цехами, на удивление хорошо работает при некоторых операциях отделки титана.

Shape up

Геометрия пластины также играет важную роль в успешной обработке титана. Круглые пластины работают достаточно хорошо, поскольку они утончают стружку и обеспечивают более широкую режущую поверхность, способную поглощать тепло. Будьте осторожны, чтобы не закопать инструмент в угол, в противном случае это может привести к вибрации, механическому упрочнению и последующей поломке инструмента. Другой вариант – пластины квадратной или многоугольной формы при условии, что угол въезда составляет 45 ° или меньше, так что может иметь место эффективное утонение стружки.

При фрезеровании карманов фрезы со сменными пластинами с длинной кромкой часто являются лучшим выбором при условии, что может быть сохранен достаточный зазор от стружки. В противном случае следует использовать концевую фрезу с большим шагом спирали или фрезу со сменной головкой. В любом случае необходимо обеспечить удаление стружки за счет постоянного потока СОЖ, предпочтительно под высоким давлением. Фрезы с большим количеством зубьев часто наиболее эффективны, поскольку титан любит небольшую глубину резания (DOC) и относительно высокие скорости подачи. Кроме того, постоянное удержание нескольких зубцов в зацеплении с резанием снижает вибрацию и увеличивает срок службы инструмента.Ищите эксцентричный или двойной фиксатор кромки на концевых фрезах и сверлах – они могут стоить немного дороже, но обычно служат дольше в тяжелых условиях резания титана.

Еще одно соображение – это фактическая конструкция инструмента, особенно карманы, в которых находятся вставки. Сила резания титана довольно высока. На державках, не предназначенных для такой работы, это может привести к небольшому смещению пластины во время тяжелых резаний или при входе в заготовку и выходе из нее.По возможности, предпочтительнее использовать державки с регулировочными шайбами под пластиной, так как они обеспечивают большую поддержку. Также требуются прочный зажимной механизм и жесткий корпус инструмента. Успешная обработка титана зависит от жесткого и качественного станка и приспособлений (подробнее об этом в части III).

Получите с программой

Предсказуемость важнее, чем невероятно долгий срок службы инструмента. Понимание признаков неизбежного отказа инструмента является необходимой частью управления технологическим процессом, а способность определять износ инструмента до того, как произойдет катастрофа, является важным навыком.Лучше досрочно заменить фрезу или пластину, чем выбрасывать дорогостоящую заготовку. После определения оптимальных подач, скоростей и других условий резания необходимо тщательно контролировать срок службы инструмента, чтобы можно было заранее определить тенденции износа.

Успех любого процесса обработки зависит от хорошей техники программирования. Траектории резки алюминия и стали гораздо более щадящие, чем при обработке титана. Закопайте инструмент в углу заготовки 6061-T6, и измеритель мощности может подскочить или от листового металла можно будет услышать небольшую жалобу.Сделайте то же самое с титаном, и вы можете увернуться от шрапнели, когда резец вырвется из хвостовика инструмента.

Правило с титаном – легко. Специалисты рекомендуют вставлять резаки в заготовку и выходить из нее, чтобы избежать ударов и резких движений.

Фрезерование с подъемом, при котором получается стружка от толстой к тонкой, частично преодолевает резкость титана. Трохоидальные траектории инструмента поддерживают постоянное зацепление резца и снижают нагрузку на режущие кромки. При торцевом фрезеровании рисунок «беговая дорожка» предпочтительнее нескольких линейных проходов, поскольку он способствует непрерывному зацеплению фрезы.В этом случае предварительная обработка небольшой фаски на заготовке на каждом конце траектории увеличивает срок службы инструмента и помогает избежать ударов по обрабатывающей системе.

Сохраняйте скорость подачи как можно более постоянной. Остановка в углах или на плечах вызывает быстрое нагревание и деформационное упрочнение. Вместо этого запрограммируйте небольшой радиус в углу, чтобы избежать этой проблемы, или используйте технику нарезки или остаточного фрезерования, чтобы очистить углы и другие детали детали, недоступные для больших черновых инструментов.

Современные CAM-системы могут похвастаться десятками таких технологий, каждая из которых предназначена для повышения производительности и увеличения срока службы инструмента. Спиральное морфирование, спиральное и контурное врезание, тангенциальное фрезерование, фрезерование с большой подачей и вальцовочное фрезерование – это лишь некоторые из функций программирования, эффективных при черновом и чистовом фрезеровании титана. И хотя стандартные варианты, доступные для токарных работ, ограничены, программисты токарных станков могут использовать многие из тех же принципов, что и их коллеги по обрабатывающим центрам.

К сожалению, не существует набора инструкций по обработке титана – таких, которые говорят: «Делай то, делай то, и все будет в порядке с миром».«Расширять границы с любыми прочными материалами – тяжелая работа, и титан не исключение. Это требует некоторых проб и ошибок, немного творчества и, прежде всего, последовательности и научных методов тестирования, чтобы определить, что работает, а что нет.

Sandvik Coromant

www.sandvik.coromant.com

Об авторе: Майкл Стэндридж, специалист Sandvik Coromant в аэрокосмической промышленности, с ним можно связаться по телефону 800.Sandvik или [email protected].

Восемь советов по обработке титана и его сплавов

Титан, один из самых легких металлических элементов в периодической таблице, также является одним из самых важных. Без этого прочного и высокопрочного материала наш мир был бы совсем другим. Авиакомпании будут брать больше за перелеты, дома нужно будет красить чаще, тазобедренные суставы и зубные имплантаты не прослужат. К сожалению, титан предъявляет сложные требования к обработке. Он имеет металлургические характеристики и свойства материала, которые влияют на режущее действие сильнее, чем другие металлы, такие как чугун и нержавеющая сталь, и затрудняют обработку.

Знаете ли вы, что титановые сплавы можно разделить на четыре класса в зависимости от структуры и присутствующих легирующих элементов?

Необработанный технически чистый титан
Альфа-сплавы – с добавками Al, O и / или N
Бета-сплавы – с добавками Mb, Fe, V, Cr и / или Mn
Смешанные a + ß сплавы, в которых присутствует смесь обоих классов

Смешанные сплавы α + β с типом Ti-6Al-4V составляют большинство титановых сплавов, используемых в настоящее время, в основном в аэрокосмическом секторе, но также и в приложениях общего назначения.Титан имеет высокое отношение прочности к весу и отличную коррозионную стойкость при 60% плотности стали. Это позволяет создавать более тонкие стены.

Как обрабатывать титан

Комбинируя хорошо спланированный процесс со специальными знаниями о применении и инструментами / настройками, оптимизированными для титана, можно получить выгоду, чтобы воспользоваться преимуществами великолепных свойств, которые может предложить этот материал. Следуйте этим восьми советам по обработке титана и его сплавов:

Зона комфорта подачи и скорости Mind titanium
Титан имеет узкую полосу обрабатываемости с рекомендуемыми скоростями резания 60 м / мин для черновой обработки и в 3-4 раза выше при чистовой обработке.Скорость подачи полностью зависит от нагрузки на стружку и других факторов, но должна быть достаточно высокой для предотвращения наклепа. Значительное отклонение от зоны комфорта подачи и скорости титана может означать расплавленные или сломанные инструменты и груду дорогостоящего лома. При обработке титана всегда соблюдайте рекомендации производителей режущего инструмента.
Вдавите тепло в стружку для увеличения срока службы инструмента
Титан проводит тепло примерно с той же скоростью, что и перчатки для выпечки, которые вы используете, чтобы вытащить форму для выпечки из духовки.Во время операций обработки эта низкая теплопроводность удерживает тепло в рабочей зоне, нанося ущерб режущим инструментам. Если настройка вашего станка может выдержать дополнительную нагрузку, попробуйте увеличить скорость подачи, чтобы часть тепловыделения попала в стружку и продлить срок службы инструментов.
Избегать основных видов отказа
Если бы сталь была жесткой глиной для моделирования, титан был бы замороженной шпатлевкой. Наращивание кромки, зазубрины на линии реза, задиры заготовок и приварка стружки к резцу – это основные виды отказов при обработке этого клейкого материала.Режущий инструмент с положительным углом наклона, прочной подложкой и твердым смазывающим покрытием позволяет инструментам дольше оставаться в игре. Кроме того, небольшая Т-образная фаска или небольшое заострение на режущей кромке могут помочь увеличить стойкость инструмента, но не переусердствуйте – для титана нужен острый инструмент.
Увеличьте концентрацию охлаждающей жидкости и удалите стружку из рабочей зоны
Из-за высоких температур и образования вязкой стружки при резке титана необходим обильный поток чистой смазочно-охлаждающей жидкости.Фильтрация до 25 микрон или выше является хорошей идеей для многих операций механической обработки, но особенно важна для таких критически важных операций, как эта. Увеличьте концентрацию охлаждающей жидкости до 10% или более и установите насос высокого давления с давлением не менее 500 фунтов на квадратный дюйм для удаления стружки из рабочей зоны. Всегда используйте режущие инструменты с подачей СОЖ и используйте пластины с агрессивным стружкодроблением, чтобы избежать катастрофического повторного нарезания стружки.
Используйте подходящий инструмент и подходящее машинное оборудование
Из-за экстремальных сил резания титан следует обрабатывать только на жестком оборудовании.Шпиндель станка с обильным контактом поверхности как на конусе, так и на торце, используемый вместе с держателями CAPTO, обеспечивает безопасность нескольких точек контакта со шпинделем станка, отличную повторяемость и жесткость, необходимую для восприятия больших радиальных нагрузок. Плотная конструкция станка поглощает вибрацию и нагрузки резания лучше, чем машина, предназначенная для обработки в легких условиях. Если вы серьезно относитесь к обработке титана, инвестируйте в высокопроизводительный станок. Высокая скорость может вызвать химическую реакцию между стружкой и материалом режущего инструмента, что может привести к внезапному выкрашиванию / поломке пластины.Материалы режущего инструмента должны иметь хорошую жаропрочность, низкое содержание кобальта и не вступать в реакцию с титаном. Обычно используется мелкозернистый карбид без покрытия. Выбирайте положительную / открытую геометрию с хорошей прочностью кромки.
Предотвратить вырывание инструмента из держателя
Титан при больших нагрузках захватывает концевые фрезы, вытаскивая их из державки. Это приводит к сломанным деталям и сломанным инструментам. Некоторые магазины обращаются к держателям хвостовиков Weldon как к способу закрепления инструментов, но обнаруживают, что вибрация фрезы ослабляет даже самые сильно затянутые установочные винты.Держатели с горячей посадкой – хороший выбор, но они требуют небольших вложений в установку индукционного нагрева для смены инструмента. Для надежного захвата используется система Safe-Lock или аналогичная система для надежной и точной фиксации держателей инструментов. В гидравлических держателях, таких как Sandvik Coromant CoroChuck 930, используются новейшие технологии, которые предотвращают выдергивание. Что касается зажима обрабатываемой детали, лучше всего подходят гидравлические тиски с закаленными и отшлифованными губками для зажима титановых деталей – зубчатые губки или губки с острым краем дают дополнительный захват во время черновой обработки.
Перейти по правой траектории
Правильная траектория инструмента – большая часть успеха при обработке титана. Здесь эффективны те же методы, что и при обработке с большой подачей (HFM). Скатывайтесь в разрез и не сбавляйте скорость в углах. «Заведите» фрезу за угол, используя запрограммированные движения фрезы радиуса. Трохоидальные траектории фрезерования с постоянным зацеплением фрезы уменьшают удары по станку и фрезам, увеличивая срок службы инструмента.А врезное фрезерование может быть эффективным способом черновой обработки глубоких полостей.
Наконец, проявите стратегию
Перед обработкой любого титанового компонента особенно важно спланировать и оптимизировать процесс обработки. Проанализируйте все элементы детали, уделяя особое внимание неподдерживаемым областям, высоким и / или тонким стенам и труднодоступным элементам. Выберите подходящие фрезы, установите соответствующие подачи и скорости, а затем сгенерируйте код, который соответствует условиям, упомянутым ранее.

Конечно, это общие рекомендации. Титан представляет собой сложную ситуацию обработки, параметры резания которой зависят от размера и геометрии заготовки, конкретного разрезаемого сплава и жесткости установки и станка. Вероятно, лучший доступный инструмент для успешной обработки титана – это обратиться к производителю режущего инструмента или поставщику оборудования, обладающего знаниями в этой области, – что лучше всего, это бесплатно.

Предоставлено: Sandvik Coromant

Советы по обработке титана с ЧПУ: аэрокосмическая промышленность и др.

Благодаря превосходному соотношению прочности и веса и устойчивости к коррозии, титан является одним из самых полезных и популярных металлов для промышленных инженеров, архитекторов. и дизайнеров потребительских товаров.В конце концов, он назван в честь титанов из древнегреческой мифологии, и обычно он оправдывает свое название.

Титан обладает желаемыми свойствами материала, и с ним относительно легко работать. Это , свариваемый (в инертной атмосфере), и он может быть обработан на станке с ЧПУ , как нержавеющая сталь. Он также подходит практически для всех процессов обработки поверхности : дробеструйная очистка, порошковое покрытие и электрофорез – все они дают хорошие результаты при нанесении на титан.Конечно, есть металлы с более высокой обрабатываемостью, чем титан, но титан предлагает хорошее сочетание формуемости и механических характеристик.

При этом проектирование и производство титановых деталей не всегда такое же, как для алюминиевых деталей или деталей, изготовленных из недорогих материалов. А поскольку титановые заготовки стоят примерно в 10 раз дороже алюминия 6061, вам нужно убедиться, что ваши детали сделаны правильно с первого раза.

В этом посте обсуждаются основы обработки титана с ЧПУ, включая наиболее подходящие области применения, особенности обработки и варианты чистовой обработки поверхности.

Что такое титан?

Титан – блестящий переходный металл, обнаруженный в Великобритании в 18 веке. Он имеет серебристый вид и, несмотря на низкую плотность, чрезвычайно прочен. Это делает его ценным товаром в отраслях, где легкость особенно важна.

Помимо хорошего отношения прочности к массе, титан также обладает высокой устойчивостью к коррозии – от морской воды, хлора и кислот – и нетоксичен даже в больших количествах.Это делает его особенно полезным в мире медицины для имплантатов и других медицинских устройств.

В обрабатывающей промышленности титан часто легируют такими элементами, как железо, алюминий и ванадий.

Зачем нужен титан?

Несмотря на высокую цену, титан – невероятно популярный материал. Причины использования титана включают:

Высокая прочность
Коррозионная стойкость
Хорошее соотношение прочности к весу
Пластичность
Хорошая обрабатываемость
Варианты обработки поверхности
Вторичная переработка

По этим причинам титан используется регулярно в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная и медицинская.

Титановые детали для аэрокосмической промышленности включают детали авиационных двигателей, детали планера, роторы и лопатки компрессора. Фактически, авиакосмическая промышленность стимулирует производство титана: две трети всего титана, производимого в мире, идет на авиационные двигатели и корпуса самолетов.

В мире медицины к титановым деталям относятся хирургические имплантаты (например, долговременная замена тазобедренного сустава) и инструменты. Металл также используется для изготовления инвалидных колясок и костылей.

Почему станки с ЧПУ из титана?

Чтобы получить самые точные и доступные детали из титана, обработка с ЧПУ почти всегда является лучшей технологией производства.Чтобы понять почему, давайте рассмотрим альтернативы.

Изготовители редко изготавливают титановые детали путем литья . Это связано с тем, что нагретый титан бурно реагирует с кислородом, а многие огнеупорные материалы, используемые при литье, содержат следовые количества кислорода.

Временным решением является использование литья из утрамбованного графита с использованием бескислородного графитового литья, но при этом получаются детали с очень шероховатой текстурой поверхности, не подходящей для большинства медицинских, аэрокосмических и промышленных применений. Также возможно изготавливать титановые детали с помощью литья по выплавляемым моделям, но для этого требуется вакуумная камера.

Более новый вариант – использование аддитивного производства для титановых деталей. Горстка из технологий 3D-печати , таких как селективная лазерная плавка (SLM), электронно-лучевая плавка (EBM) и прямое энергетическое осаждение (DED), могут обрабатывать титановые материалы для 3D-печати. Однако эти системы 3D-печати очень дороги, и многие отрасли промышленности еще не сертифицировали титан для 3D-печати для критически важных для безопасности деталей конечного использования.

По сравнению с другими альтернативами, обработка с ЧПУ представляет собой точный, безопасный, универсальный и доступный способ изготовления титановых деталей.

На что следует обратить внимание при обработке титана

Титан – отличный материал для многих применений, но он имеет свои уникальные характеристики, которые необходимо учитывать в процессе обработки с ЧПУ. При обработке титана следует учитывать следующие факторы:

Нагревание

Титановые сплавы могут быть более твердыми, чем обычные обрабатываемые материалы, такие как алюминиевые сплавы. Это может привести к повышенному износу инструмента и, одновременно, к повышенному тепловыделению в точке контакта.

Для этих более твердых титановых сплавов может потребоваться снизить частоту вращения станка с ЧПУ при использовании большей загрузки стружки. Охлаждающая жидкость под высоким давлением также может снизить нагрузку на режущие инструменты и помочь в производстве титановых деталей более высокого качества.

Некоторые технически чистый титан (классы 1–2) может быть менее склонен к выделению избыточного тепла, но все же следует принимать меры предосторожности.

Истирание

Проблема, более заметная для технически чистого титана, чем у титановых сплавов, – это истирание и наросты на кромке.

Титан 1–2 марок может липнуть во время обработки и в конечном итоге может прилипнуть к режущему инструменту. Однако это можно уменьшить, используя СОЖ под высоким давлением и обеспечивая быстрое удаление стружки.

Неспособность решить эту проблему также может усугубить проблему накопления тепла, ускоряющего затупление режущих инструментов.

Приспособление для обработки

Титан и его обрабатываемые сплавы менее жесткие, чем другие распространенные металлы, и поэтому они требуют плотного захвата во время обработки с ЧПУ.

В дополнение к жесткой настройке станка может быть полезно поддерживать постоянное движение инструмента без прерывания резания.

Обработка поверхности обработанного титана

Обработанные на станке с ЧПУ титановые детали можно улучшить с помощью различных видов обработки поверхности – для функциональных или эстетических целей.

Поверхность включает:

Разглаживание
Полировка
Струйная очистка
Обработка щеткой
Покраска
Хромирование
Металлизация
PVD покрытие
Обычное порошковое покрытие

Титан

Прочность

Коррозионная стойкость

Формулируемость

Низкий

Высокий

Каркас, теплообменники

Планеры, авиадвигатели, судовые

Высокий

Средний

Воздушные двигатели

Высокий

Средний

Планер, авиационные двигатели, медицинские, гидравлика

000 5 (6AL-93720003 9372 9V) Высокий

Высокий

Планеры, газотурбинные двигатели, медицинские

3ERP – уважаемый поставщик услуг обработки с ЧПУ и имеет большой опыт в производстве титановых деталей и прототипов.Получите бесплатное предложение прямо сейчас.

Наконечники для обработки титана

Популярность титановых сплавов в качестве материала для конструкционных и других деталей за последние несколько лет выросла в геометрической прогрессии. К сожалению, многие производители считают, что работа с титаном является сложной задачей из-за физических характеристик металла и его химического состава. Например, титан плохо проводит тепло, и при обработке титана выделяется больше тепла, чем у многих других металлов.

Согласно Sandvik Coromant, такое воздействие на режущую кромку более высоких температур наряду с резкой под высоким давлением может вызвать преждевременный износ инструмента.Кроме того, титан имеет тенденцию к размазыванию во время обработки, и это может вызывать приваривание стружки к пластине, что вызывает проблемы с краевыми линиями при повторном входе в рез. Также существует повышенный риск вибрации из-за эластичности титана.

Для решения этих проблем производитель пластин рекомендует следующие общие правила обработки титана:

Используйте относительно низкие скорости резания
Используйте острые режущие кромки
Оптимизация скорости подачи и предотвращение холостого хода при резке
Используйте большие объемы охлаждающей жидкости, желательно под высоким давлением через шпиндель и инструмент
Заменить режущие кромки при первых признаках износа
По возможности используйте подъемное фрезерование (вниз)

По словам инженеров Gosiger Application Engineers, производители также должны смотреть на полную картину, что означает размышление об инструментах, приспособлениях, жесткости и скорости шпинделя станка, а также системе управления станком с ЧПУ.Конечно, сердцем процесса является сам станок с ЧПУ. Вот почему важно иметь оборудование с жестким шпинделем и держателем инструмента, чтобы исключить вибрации, которые вызывают выход деталей за пределы допуска. Также очень важно поддерживать постоянную скорость подачи при резке, потому что, если шпиндель начинает замедляться, инструмент может сгореть. Кроме того, управление машиной должно быть способно поддерживать постоянное ускорение и замедление и быстро обрабатывать данные.

Специалисты Gosiger могут рассказать вам гораздо больше об обработке титана и многих других труднообрабатываемых материалов.Просто свяжитесь с Gosiger, Inc.

.
Если вы нашли этот пост интересным, вы можете прочитать другой пост в нашем блоге:
Руководство по обработке титана | Астро Машиностроительный Завод
Содержание
Титан широко используется в самых разных областях благодаря своей универсальности и прочности. Он имеет очень высокое отношение прочности к весу, весит примерно вдвое меньше меди и лишь немногим больше половины из нержавеющей стали. Он намного менее плотный и обладает высокой термостойкостью и коррозионной стойкостью.У него даже есть несколько свойств для биомедицинской совместимости, что делает его идеальным для использования в медицине. Применения в аэрокосмической технике, военной и биомедицинской областях, среди прочего, используют титан и титановые сплавы из-за их прочности и различных свойств.
Несмотря на свои преимущества, работа с титаном может вызывать стресс как для оператора станка, так и для его инструментов. Но при правильном подходе вы можете сделать процесс обработки титана намного менее болезненным.
1.Режущий инструмент
Ваш выбор режущего инструмента может существенно повлиять на работу. Как вы увидите, работа с титаном связана с большим количеством высоких температур, поэтому вам понадобится инструмент, который выдержит тепло и твердость самого титана. Инструмент из быстрорежущей стали с покрытием, вероятно, ваш лучший выбор. Эти инструменты изготовлены из комбинации вольфрама, углерода и ванадия и могут выдерживать твердость до 600 ℃. Этот тип инструмента может позволить вам делать более глубокие разрезы и вызывать меньше ударов внутри заготовки, что снижает вероятность появления сколов на кромках.
2. Покрытие инструмента
Покрытие инструмента – еще один важный способ упростить резку. Покрытие помогает вашему инструменту лучше справляться с высокими температурами, возникающими при резке титана. Например, покрытие может сделать твердосплавный инструмент надежным вариантом. Нитрид титана-алюминия (TiAlN) – это один из вариантов покрытия, который зависит от тепла. Когда поверхность нагревается, она образует слой оксида алюминия, который снижает теплопередачу и химическую диффузию между инструментом и заготовкой.Это покрытие передает тепло стружке по мере того, как инструмент ее генерирует.
3. Стабильная поверхность
Титан также необходимо резать на очень устойчивой поверхности. Этот металл может быть подвержен вибрации или сильным вибрациям станка из-за его гибкости и больших усилий, связанных с его резкой. Хотя один из вариантов – снизить мощность, это может быть хуже для вашей машины и проекта. Увеличение скорости может привести к возгоранию из-за чрезмерного нагрева. Слишком большое количество тепла может также вызвать деформационное упрочнение , которое может сделать ваши режущие кромки еще более прочными.Эта дополнительная сила заставляет ваши инструменты работать усерднее и быстрее разрушаться.
Некоторые способы повышения стабильности вместо этого включают использование концевой фрезы большего диаметра и определение кратчайшего вылета между вершиной шпинделя и всплывающей подсказкой. Вы также захотите, чтобы ваши подачи и скорости обработки титана были постоянными, а ваш инструмент работал стабильно. Если он слишком долго волочится в углу, это может привести к еще большему стуку и нагреву, из-за чего инструмент изнашивается.
4. Фрезерование с подъемом
Фрезерование с подъемом – полезная стратегия для контроля стружки.При обычном фрезеровании, которое является традиционным методом, стружка, создаваемая вашим инструментом, начинает тоньше и увеличивается до большей ширины. Такой подход от тонкого к толстому нагревает изделие и увеличивает деформационное упрочнение. Это также вызывает большее трение, что может привести к более быстрому износу инструмента. При использовании подъемного фрезерования ширина стружки сначала высока, а затем уменьшается, увеличивая вероятность передачи тепла стружке, а не заготовке. Кроме того, он создает более чистый сдвиг и отводит стружку за резак, чтобы она не мешала новому резанию.
Если вы помните о некоторых основных принципах, касающихся металла и вашего оборудования, вы сможете резать титан без особой головной боли. Известно, что некоторые аспекты являются сложными, поэтому вам нужно обратить на них особое внимание.
1. Снизьте температуру
Поскольку титан плохо проводит тепло, большая часть энергии, вырабатываемой в процессе резания, уходит в инструмент. Это тепло может иметь несколько неблагоприятных эффектов, наиболее заметным из которых является преждевременный выход инструмента из строя.Это может затупить ваш инструмент и вызвать его трение, что приведет к еще большему нагреву и продолжению цикла. В зависимости от материалов, которые вы используете, это также может быть пожароопасным. Затупление инструментов может оказаться дорогостоящим для вас и нанести ущерб работе.
Плохой отвод тепла также может привести к деформационному упрочнению, при котором края заготовки затвердевают и становятся более жесткими для резки. Это упрочнение влияет на скорость, с которой вам нужно резать, и может привести к более быстрому износу инструмента. Использование большого количества охлаждающей жидкости может помочь снизить температуру.
2. Обеспечьте устойчивость поверхности
Один из эффективных способов увеличить нагрузку на инструмент – это подвергнуть его ударам и резким изменениям силы. Инструмент обычно испытывает это, когда входит в материал и выходит из него. Вместо того, чтобы вставлять инструмент непосредственно в металл, осторожно изогните его внутрь, чтобы облегчить резку. Эта дуга позволяет постепенно увеличивать давление и делает вход менее резким для инструмента и снижает вероятность разрыва материала. Этот путь должен следовать за фрезерованием от толстого к тонкому, а также двигаться в том же направлении, по часовой стрелке или против часовой стрелки, что и инструмент.
Для получения аналогичного результата в конце резки рассмотрите фаску. Фаска – это наклонная канавка в материале. Это позволяет инструменту терять глубину постепенно, а не резко, что помогает облегчить переход инструмента с меньшими усилиями.
3. Следите за своими инструментами
Для эффективной резки необходим острый инструмент, а титан может очень быстро изнашивать ваши инструменты. Чаще осматривайте их и заменяйте, если они начинают изнашиваться. Тупой инструмент нагревается и, следовательно, изнашивается еще быстрее.
4. Оставьте для инструмента много места
Используя инструмент меньшего диаметра, вы увеличиваете контакт с воздухом и охлаждающей жидкостью. Это позволит обрезанной кромке дольше остыть. Он также не подвергается воздействию инструмента и его тепла в течение длительного времени. Этот метод является эффективным способом контроля температуры, позволяя металлу дышать между резаниями.
5. Уменьшить истирание
Титановые сплавы легко переходят в другие материалы, что может вызвать истирание и повторную сварку кромок во время резки.Удержание тепла, использование острых инструментов и смазка могут помочь уменьшить этот эффект.
6. Контрольный чип
Скрашивание кромок происходит, когда отрезанные металлические детали сжимаются и прилипают к кромке режущего инструмента. По мере того, как на режущем инструменте накапливается больше деталей, они негативно влияют на производительность и могут привести к более быстрому повреждению инструмента и плохому резанию. Использование острого инструмента и смазки может помочь уменьшить образование сколов.
Ключевым фактором, препятствующим использованию титана, является его стоимость, поэтому многие выберут сталь или алюминий, если приложение может с этим справиться.Титан может быть довольно дорогим по сравнению с двумя другими. Эти альтернативные варианты дешевле и обладают сравнительными качествами. В зависимости от области применения иногда их можно использовать вместо титана, чтобы сэкономить деньги и покрыть большую территорию.
Сталь – это сплав. Углерод и железо обычно составляют сталь , но ее часто комбинируют с другими элементами для достижения других характеристик. Титан может быть сплавом или использоваться в чистом виде. Многие машинисты работают с титаном «Grade 5» или Ti 6Al-4V.Эта комбинация является наиболее распространенным титановым сплавом, и на нее приходится около половины всего мирового потребления титана.
Сплавы, которые смешиваются со сталью, придают ей различные характеристики. Нержавеющая сталь легко поддается сварке и податлива, что позволяет использовать ее по-разному. Благодаря своей блестящей поверхности он отлично подходит для бытовой техники и некоторой мебели. Нержавеющая сталь также очень прочная, подходит для конструкционных элементов и устойчива к коррозии.
Одним из основных соображений здесь является то, что нержавеющая сталь гораздо более подвержена усталости.Титан очень прочен даже при высоких и часто меняющихся температурах и имеет высокую прочность на разрыв. Нержавеющая сталь также намного тяжелее, поэтому инженеры часто используют ее там, где вес не так важен. Низкая плотность титана позволяет ему иметь прочность стали без веса.
Титан и алюминий обладают схожими качествами, включая хорошее соотношение прочности и веса и коррозионную стойкость. Для менее экстремальных применений алюминий иногда может сделать работу намного дешевле.Это гораздо более дешевый вариант, поскольку он гораздо более распространен и не так сложен в производстве, как титан.
Алюминий часто используется в крупносерийных проектах, где титан может быть слишком дорогим, поскольку алюминий легок и может покрыть большую площадь. Однако он не обладает очень высокой прочностью на разрыв или термостойкостью по сравнению с титаном. Его электропроводность намного лучше, чем у титана, и он имеет сильную теплопроводность . Что касается резки, то алюминий намного легче модифицировать, чем титан.
Еще один аспект титана, который делает его ценным, – это его коррозионная стойкость. Это сопротивление связано с окислительным процессом, который образует защитный слой при контакте с воздухом. Этот слой может даже самовосстанавливаться.
Как вы, наверное, догадались, титан невероятно универсален и находит применение в высокопроизводительных приложениях. Инженеры и дизайнеры выбирают его для самых разных целей в тяжелых условиях.
Титан позволяет самолетам выдерживать невероятно высокие скорости и невероятно высокое трение, из-за которых плавятся другие металлы, такие как алюминий и сталь.Известно, что Lockheed SR-71 Blackbird был первым , использовавшим титан в аэрокосмической технике. Он должен был быть легким, поскольку он был разработан, чтобы путешествовать со скоростью в три раза большей скорости звука.
В то время как в коммерческих самолетах используется значительное количество титана, большая часть мирового титана находит свое применение в военной авиакосмической сфере. Малый вес, высокая прочность и жаропрочность титана делают его идеальным для такого использования. Однако это дорого, поэтому бюджет военного размера не повредит.Легкость самолета может снизить затраты на топливо, что делает его более эффективным в этом отношении. Титан может использоваться как в общей раме, так и в различных деталях, включая компоненты двигателя. Невероятно высокие температуры от реактивного двигателя делают титан идеальным вариантом.
Другие распространенные применения титана включают приложения в следующих областях:
Военные : В дополнение к военным аэрокосмическим приложениям , титан широко используется в ракетах и артиллерии.Он также может обеспечивать прикрытие подводных лодок и наземной техники благодаря своей превосходной баллистической стойкости .
Корабли: Титан также хорошо себя чувствует в океане. Его коррозионная стойкость делает его идеальным для борьбы с воздействием морской воды. Различные компоненты судостроения, такие как гребные винты, балластные и трубопроводные системы, являются одними из областей применения титана. Наряду с устойчивостью к коррозии он также снижает вес и позволяет сделать корабль более легким.
Медицинский : Титану даже есть место внутри человеческого тела.Он обычно используется в устройствах для имплантации, таких как тазобедренные суставы, коленные суставы, костные пластины и кардиостимуляторы. В большинстве имплантатов используются сплавы на основе Ti-6Al-4V, не содержащие ванадий и алюминий. Физические свойства биосовместимых материалов включают низкую электронную проводимость, высокую коррозионную стойкость и термодинамическое состояние при физиологических значениях pH, все из которых присутствуют в титане. Он также способствует остеоинтеграции или соединению кости и другого объекта, например имплантата.
Стоматология: По тем же причинам, что и в медицине, титан также часто используется в стоматологии. Зубные имплантаты, а также мосты и коронки являются одними из самых распространенных применений.
Спорт: Некоторые потребительские товары, в которых используется титан, включают спортивное снаряжение. Большинство из них извлекают выгоду из легкости металла. Клюшки для гольфа, велосипедные рамы, бейсбольные биты, теннисные ракетки и туристическое снаряжение – это лишь несколько примеров использования титана в спортивных товарах.
Ювелирные изделия: Титан используется даже в ювелирных изделиях – опять же, в основном из-за его веса, но также из-за его привлекательного цвета. Часы, оправы для очков и обручальные кольца являются популярными аксессуарами для их использования, наряду с ожерельями, браслетами и серьгами.
Если вы вооружитесь инструментами и знаниями, необходимыми для резки титана, это не должно быть трудным или дорогостоящим делом. Использование прочного станка и хорошо продуманных инструментов позволит снизить тепловые риски, а такие приемы, как фрезерование с подъемом и использование острых инструментов, помогут снизить затраты.Вы можете облегчить жизнь своим рабочим и себе, купив соответствующие инструменты для резки титана.
Astro Machine Works может помочь вам разработать и найти эти инструменты. Наши дружелюбные и увлеченные сотрудники готовы помочь вам оптимизировать настройку для резки титана. Свяжитесь с нами сегодня , чтобы узнать, как!
.