Iemesli, kāpēc titāna sakausējumu ir grūti apstrādāt un kā ar to rīkoties

Titāns ir svarīgs strukturāls metāls, kas izstrādāts 1950. gados. Titāna sakausējumus plaši izmanto dažādās jomās, jo tiem ir augsta izturība, laba izturība pret koroziju un augsta karstumizturība. Daudzas pasaules valstis ir atzinušas titāna sakausējuma materiālu nozīmi, ir secīgi veikušas to izpēti un izstrādi, kā arī ieguvušas praktisku pielietojumu. 1950. un 1960. gados galvenokārt tika izstrādāti augstas temperatūras titāna sakausējumi kosmosa dzinējiem un strukturālie titāna sakausējumi lidmašīnu korpusiem. 1970. gados tika izstrādāta pretkorozijizturīgu titāna sakausējumu partija. Kopš 20. gadsimta 80. gadiem pret koroziju izturīgi titāna sakausējumi un augstas stiprības titāna sakausējumi ir tālāk attīstīti. attīstīties.

Titāna sakausējums ir radījis zināmas problēmas apstrādes rūpniecībai tā grūti apstrādājamo īpašību dēļ.

Titāna sakausējumu blīvums parasti ir aptuveni 4,51 g/kubikcentimetrs, kas ir tikai 60% no tērauda. Tīra titāna blīvums ir tikai tuvu parastā tērauda blīvumam. Daži augstas stiprības titāna sakausējumi pārsniedz daudzu leģēto konstrukciju tēraudu izturību. Tāpēc titāna sakausējuma īpatnējā izturība (stiprība/blīvums) ir daudz lielāka nekā citiem metāla konstrukcijas materiāliem, un var ražot detaļas ar augstu vienības stiprību, labu stingrību un vieglu svaru. Titāna sakausējumus izmanto lidmašīnu dzinēju sastāvdaļās, rāmjos, apvalkos, stiprinājumos un šasijā. Turklāt titāna sakausējumus plaši izmanto arī auto detaļās, medicīnas iekārtās un elektroniskajā 3C rūpniecībā.

Griešanas spēks, apstrādājot titāna sakausējumus, ir tikai nedaudz lielāks nekā tādas pašas cietības tēraudam, taču titāna sakausējumu apstrādes fizikālās parādības ir daudz sarežģītākas nekā tērauda apstrādē, tāpēc titāna sakausējumu apstrāde saskaras ar milzīgām grūtībām.
Lielākajai daļai titāna sakausējumu siltumvadītspēja ir ļoti zema, tikai 1/7 tērauda un 1/16 alumīnija. Tāpēc siltums, kas rodas titāna sakausējuma griešanas laikā, netiks ātri pārnests uz sagatavi vai noņemts ar skaidām. Tā vietā tas uzkrāsies griešanas zonā, un radītā temperatūra var sasniegt vairāk nekā 1000 grādus, izraisot instrumenta griešanas malas ātru nodilumu, plaisāšanu, un veidojas saliktas malas un griešanas mala ātri nolietojas, kas rada vairāk siltuma griešanas zonā un vēl vairāk saīsina instrumenta kalpošanas laiku.

Griešanas procesā radītā augstā temperatūra iznīcina arī titāna sakausējuma detaļu virsmas integritāti, kā rezultātā samazinās detaļu ģeometriskā precizitāte un rodas sacietēšanas parādība, kas nopietni samazina to noguruma izturību.
Titāna sakausējumu elastība var būt labvēlīga detaļu veiktspējai, taču griešanas procesā sagataves elastīgā deformācija ir svarīgs vibrācijas cēlonis. Griešanas spiediens liek "elastīgajai" sagatavei attālināties no instrumenta un atsit, izraisot berzi starp instrumentu un apstrādājamo priekšmetu, kas pārsniedz griešanas darbību. Berzes procesā rodas arī siltums, kas saasina titāna sakausējumu sliktās siltumvadītspējas problēmu.
Šī problēma ir vēl nopietnāka, apstrādājot plānsienu vai gredzenveida detaļas, kuras viegli deformējas. Nav viegli apstrādāt titāna sakausējuma plānsienu detaļas līdz paredzamajai izmēru precizitātei. Tā kā, instrumentam atgrūžot sagataves materiālu, plānās sienas lokālā deformācija ir pārsniegusi elastības diapazonu un notiek plastiskā deformācija, materiāla izturība un cietība griešanas punktā ievērojami palielinās. Šajā brīdī sākotnēji noteiktais griešanas ātrums kļūst pārāk liels, vēl vairāk izraisot ātru instrumenta nodilumu.

Tāpēc galvenais vaininieks titāna sakausējumu apstrādes grūtībās ir "siltums".

Lai pārvarētu šīs problēmas un veiksmīgi apstrādātu titāna sakausējumus, var izmantot vairākas pieejas. Tie ietver:

(1) Izmantojiet pozitīva leņķa ģeometrijas ieliktņus, lai samazinātu griešanas spēku, griešanas siltumu un sagataves deformāciju.
(2) Uzturiet pastāvīgu padevi, lai izvairītos no sagataves sacietēšanas. Griešanas procesa laikā instrumentam vienmēr jābūt padeves stāvoklī. Radiālajam griešanas apjomam ae frēzēšanas laikā jābūt 30% no rādiusa.
(3) Izmantojiet augstspiediena un augstas plūsmas griešanas šķidrumu, lai nodrošinātu apstrādes procesa termisko stabilitāti un novērstu sagataves virsmas deģenerāciju un instrumenta bojājumus, ko izraisa pārmērīga temperatūra.
(4) Turiet asmens malu asu. Neasi instrumenti izraisa siltuma uzkrāšanos un nodilumu, kas var viegli izraisīt instrumenta atteici.
(5) Apstrādājiet titāna sakausējumu pēc iespējas mīkstākajā stāvoklī, jo pēc dzēšanas materiāls kļūst grūtāk apstrādājams, un termiskā apstrāde palielina materiāla izturību un palielina asmens nodilumu.
(6) Izmantojiet lielu instrumenta gala loka rādiusu vai slīpumu, lai griešanai ievietotu pēc iespējas vairāk instrumenta malas. Tas samazina griešanas spēku un karstumu katrā punktā un novērš lokālu lūzumu. Frēzējot titāna sakausējumu, starp griešanas parametriem griešanas ātrumam ir vislielākā ietekme uz instrumenta kalpošanas laiku vc, kam seko instrumenta radiālā saķere (frēzēšanas dziļums) ae.

Parasti asmeņu rievas nodilums, kas rodas, apstrādājot titāna sakausējumus, ir lokālais aizmugures un priekšpuses nodilums griešanas dziļuma virzienā. To bieži izraisa iepriekšējās apstrādes atstātais sacietējušais slānis. Ķīmiskā reakcija un difūzija starp instrumentu un sagataves materiālu apstrādes temperatūrā, kas pārsniedz 800 grādus, arī ir viens no rievu nodiluma cēloņiem. Jo apstrādes procesā apstrādājamā priekšmeta titāna molekulas uzkrājas asmens priekšā un tiek "piemetinātas" pie asmens augstā spiedienā un temperatūrā, veidojot apbūvētu malu. Kad iebūvētā mala atdalās no griešanas malas, tā paņem līdzi ieliktņa karbīda pārklājumu, tāpēc titāna apstrādei ir nepieciešami īpaši ieliktņu materiāli un ģeometrijas.

Griešanas apstākļiem, tostarp griešanas ātrumam, padevei un griezuma dziļumam, arī ir būtiska nozīme griezējinstrumenta veiktspējas un gatavās daļas kvalitātes noteikšanā. Optimālie griešanas parametri var atšķirties atkarībā no apstrādājamā titāna sakausējuma veida, taču parasti ieteicams izmantot lēnāku griešanas ātrumu un lielāku padevi, lai samazinātu karstumu un novērstu darba sacietēšanu.

Pareizas dzesēšanas šķidruma sistēmas izmantošana ir ļoti svarīga, lai griezējinstrumenti un sagataves uzturētu pareizo temperatūru. Ūdens bāzes dzesēšanas šķidrumi, piemēram, emulsijas, tiek plaši izmantoti titāna apstrādē, jo tie nodrošina efektīvas dzesēšanas un eļļošanas īpašības, neizraisot ķīmiskas reakcijas ar materiālu.
Neskatoties uz izaicinājumiem, titāns joprojām ir ļoti pieprasīts materiāls, kas ir ļoti svarīgs daudziem mūsdienu lietojumiem. Izmantojot pareizos griezējinstrumentus, griešanas apstākļus, dzesēšanas šķidruma sistēmas un progresīvas apstrādes metodes, var pārvarēt šī materiāla apstrādes grūtības un pilnībā izmantot tā potenciālu.