Varför är titanlegering ett svårt material att bearbeta?

1 "Boven" bakom titanlegeringens svårighet att arbeta är värme.

Titanlegeringskärkraften för bearbetning får endast obetydligt överstiga stålets vid liknande hårdhetsnivåer; Men på grund av de komplexa fysikaliska fenomen som är involverade i bearbetning av titanlegering kontra bearbetning av stål, möter titanlegeringsbearbetning många ytterligare hinder och svårigheter.

De flesta titanlegeringar har låg värmeledningsförmåga - endast 1/7 av stål och 1/16 av aluminium - vilket gör att värmen som genereras under skärning inte snabbt överförs till arbetsstycket eller förs bort av spån, utan istället koncentreras till skärområdet med temperaturer som når 1000 eller högre, vilket resulterar i att verktyget snabbt slits, flisar, tumörbildning och ytterligare värme som genereras i skärområdet förkortar dess livslängd.

Höga temperaturer som genereras under skärprocessen äventyrar ytintegriteten hos titanlegeringsdelar, vilket leder till minskad geometrisk noggrannhet och arbetshärdning som kraftigt minskar deras utmattningshållfasthet.

Titanlegeringars elastiska egenskaper kan bidra till att förbättra delarnas prestanda, men ändå är elastisk deformation av arbetsstycken under skärning en viktig källa till vibrationer. Skärtryck orsakar elastisk deformation som resulterar i mer friktionskraft mellan verktyg och arbetsstycke än enbart skärverkan - vilket ytterligare förvärrar dålig värmeledningsförmåga hos titanlegeringar.

Att bearbeta tunnväggiga eller ringformade delar som lätt deformeras ger unika utmaningar när man försöker uppfylla önskad dimensionsnoggrannhet; titan tunnväggiga delar utgör särskilt svåra utmaningar eftersom så snart de trycks bort från verktyget överskrider lokal deformation det elastiska området och plastisk deformation uppstår, vilket leder till att materialstyrkan och hårdheten vid skärpunkten ökar avsevärt; då blir bearbetning med tidigare bestämda skärhastigheter för höga, vilket leder till drastiskt verktygsslitage.

 

Processkunnande för bearbetning av titanlegeringar

Baserat på en förståelse för bearbetningsmekanismer av titanlegering och tidigare erfarenhet, här är kärnprocesskunnandet för skärning av titanlegering:

(1) Använd skär med positiv vinkelgeometri för att minska skärkrafter, skärvärme och deformation av arbetsstycket.

(2) Upprätthåll en konsekvent matningshastighet för att undvika härdning av arbetsstycket, med skärverktyget i matningstillstånd hela tiden och 30 procent radiellt drag för fräsoperationer.

(3) Applicera högtrycks- och högflödesskärvätska för att uppnå termisk stabilitet under bearbetningsoperationer och skydda arbetsstyckets yta från denaturering på grund av högtemperaturbearbetningsförhållanden samt skydda verktyg mot plötsliga temperaturspikar.

(4) Håll en vass bladegg för att undvika värmeuppbyggnad och slitage, vilket i slutändan kan resultera i verktygsfel.

(5) För att uppnå optimala resultat vid bearbetning av titanlegeringar, bearbeta dem i mjukast möjliga tillstånd; härdat material blir allt mer utmanande att bearbeta medan värmebehandlingar ökar hållfastheten samtidigt som skärets slitage ökar.

(6）Användning av en stor spetsradie eller avfasad nedskärning för att införliva så mycket av skäreggen i varje skär minskar skärkraften och värmen vid varje punkt, vilket hjälper till att förhindra lokala brott. Vid fräsning av titanlegering har skärhastigheten störst inverkan på verktyget liv medan radiellt drag (fräsdjup) kommer i andra hand.

03 Använd titanbearbetningsinsatser för att lösa titanbearbetningsproblem

Slitage av skärspår i titanlegering hänvisar till bak- och frontslitage i skärdjupets riktning lokalt slitage, vanligtvis som ett resultat av bearbetning av härdande lager kvar från tidigare operationer. Kemiska reaktioner mellan verktyg och arbetsstyckesmaterial vid temperaturer över 800 grader C kan också bidra till dess bildning, vilket ytterligare bidrar till bildning av spårslitage.

Som en del av dess titanbearbetning samlas titanmolekyler från arbetsstycket framför ett skär och "svetsar" till dess skäregg med högt tryck och temperatur, vilket skapar en så kallad spåntumör. När denna tumör skalar bort från sin skäregg, bär den med sig hela karbidbeläggningen från ett skär - vilket kräver speciella skärmaterial och geometrier för dess bearbetning.

04 Verktygsstruktur lämplig för titanbearbetning

Värme är kärnan i titanbearbetning, så stora volymer högtrycksskärvätska måste användas för att kyla skäreggen på ett exakt och snabbt sätt. Det finns fräsar utformade specifikt för titanbearbetning tillgängliga på marknaden som har unika konfigurationer speciellt anpassade för denna uppgift.