سه نکته کلیدی در تراشیدن آلیاژ تیتانیوم: انتخاب پوشش و پارامترهای برش

آلیاژ تیتانیوم به طور گسترده ای در زمینه های هوافضا، پزشکی، خودرو و سایر زمینه های تولید پیشرفته به دلیل خواص عالی آن مانند قدرت خاص بالا استفاده می شود.مقاومت در برابر خوردگی و سازگاری زیستیبا این حال، قابلیت ماشینکاری ضعیف آن، که با دمای برش بالا، فرسایش شدید ابزار و سخت شدن کار آسان مشخص می شود، چالش های بزرگی را برای فرآیندهای ماشینکاری ایجاد می کند.کاهش مصرف ابزار و اطمینان از کیفیت قطعه کار، تسلط بر سه نکته کلیدی زیر ضروری است، با تمرکز بر انتخاب پوشش و بهینه سازی پارامتر برش.

نکته کلیدی 1: درک قابلیت ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم

قبل از انتخاب پوشش ها و تنظیم پارامترهای برش، لازم است ویژگی های ذاتی آلیاژ تیتانیوم که بر ماشینکاری تأثیر می گذارد، روشن شود.که اساس بهینه سازی بعدی است.:

•رسانایی حرارتی پایین: رسانایی حرارتی آلیاژ تیتانیوم تنها 1/4 ~ 1/5 از فولاد است.بیشتر گرمای تولید شده در منطقه برش (نقطه ابزار و منطقه تماس قطعه کار) تجمع می کند به جای اینکه از طریق تراشه ها یا قطعات کار شود، که منجر به دمای محلی بسیار بالا (تا 800 ~ 1000 ° C) می شود، که باعث فرسایش ابزار و تغییر شکل قطعه می شود.

•فعالیت شیمیایی بالا: در دمای بالا، آلیاژ تیتانیوم به راحتی با اکسیژن، نیتروژن و کربن در هوا واکنش نشان می دهد تا ترکیبات سخت و شکننده (مانند TiO2، TiN، TiC) را تشکیل دهد.که باعث افزایش قدرت برش و باعث فرسایش خشکی ابزار می شود.همچنین ممکن است به مواد ابزار متصل شود و منجر به فرسایش چسبنده شود.

•تمایل به سخت شدن کار: آلیاژ تیتانیوم دارای قدرت تولید بالا و اثر سخت کننده کار آشکار است. در طول برش، سطح قطعه کار مستعد سخت شدن لایه ها است (سختی می تواند 20٪ ~ 50٪ افزایش یابد) ،که ابزار را خراش می دهد و بر کیفیت سطح ماشین آلات بعدی تاثیر می گذارد.

توجه: P1 می تواند یک نمودار مقایسه ای از رسانایی حرارتی بین آلیاژ تیتانیوم و فلزات معمولی باشد، یا یک نمودار میکروسکوپی از لایه سخت کردن کار آلیاژ تیتانیوم پس از برش.

نکته کلیدی 2: انتخاب منطقی پوشش ابزار

پوشش ابزار نقش مهمی در ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم با کاهش اصطکاک، جداسازی در دمای بالا، بهبود ثبات شیمیایی و افزایش مقاومت در برابر فرسایش دارد.انتخاب پوشش ها باید بر اساس نوع آلیاژ تیتانیوم (مانند Ti-6Al-4V) باشد.، تیتانیوم خالص) ، روش ماشینکاری (سرب کردن، چرخش، حفاری) و الزامات ماشینکاری (سرب کردن، تکمیل). پوشش های رایج با عملکرد بالا برای ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم عبارتند از:

2.1 پوشش تیتانیوم نیترید (TiN)

روکش TiN یک روکش سخت سنتی با سختی حدود 2000 ~ 2500 HV و یک ضریب اصطکاک کم (0.4 ~ 0.6) است.و می تواند به طور موثر از بین رفتن چسب بین ابزار و آلیاژ تیتانیوم را کاهش دهدبا این حال، مقاومت اکسیداسیون آن ضعیف است و زمانی که دمای آن بیش از 500 درجه سانتیگراد باشد، اکسید می شود و شکست می خورد.یا سناریوهای ماشینکاری با دمای پایین برش.

2.2 پوشش کربونیتریت تیتانیوم (TiCN)

پوشش TiCN یک نسخه بهبود یافته از TiN است، با سختی 2500 ~ 3000 HV، مقاومت در برابر لباس و ثبات حرارتی بالاتر از TiN.اضافه کردن عنصر کربن مقاومت پوشش را در برابر فرسایش چسب و فرسایش خیس کننده افزایش می دهد، و دمای مقاومت اکسیداسیون آن به 600 ~ 650 °C افزایش می یابد. برای چرخش و آسیاب متوسط سرعت Ti-6Al-4V و سایر آلیاژ های تیتانیوم رایج مناسب است.و می تواند کارایی ماشینکاری و عمر ابزار را متعادل کند.

2.3 پوشش آلومینیوم تیتانیوم نیترید (AlTiN)

پوشش AlTiN یک پوشش مقاوم در دمای بالا با عملکرد جامع عالی با سختی 3000 ~ 3500 HV و دمای مقاومت اکسیداسیون تا 800 ~ 900 °C است.عنصر آلومینیوم در پوشش در دمای بالا یک فیلم Al2O3 متراکم را تشکیل می دهد، که می تواند به طور موثر واکنش شیمیایی بین آلیاژ تیتانیوم و زیربنای ابزار (مانند کربید) را جدا کند و به طور قابل توجهی سایش حرارتی و سایش شیمیایی را کاهش دهد.این پوشش ترجیح داده شده برای تکمیل سریع و نیمه تکمیل آلیاژ تیتانیوم است، به ویژه برای سناریوهای فرآوری با دمای بالا مانند فرش سریع و حفاری عمیق مناسب است.

2.4 پوشش کربن مانند الماس (DLC)

پوشش DLC دارای یک ضریب اصطکاک بسیار پایین (0.1 ~ 0.2) و سختی بالا (1500 ~ 2500 HV) است که می تواند اصطکاک و چسبندگی بین ابزار و آلیاژ تیتانیوم را به حداقل برساند.و جلوگیری از سخت شدن کار ناشی از نیروی برش بیش از حدبا این حال، ثبات حرارتی آن ضعیف است (شکست اکسیداسیون بالاتر از 400 درجه سانتیگراد) و شکننده است، بنابراین فقط برای سرعت پایین مناسب است.فرآوری دمای پایین از تیتانیوم خالص و آلیاژ های نرم تیتانیوم (مانند Ti-Gr2)، و نه برای خشکی در دمای بالا.

توجه: P2 می تواند یک جدول مقایسه عملکرد پوشش های مختلف (سختی، دمای اکسیداسیون، سناریوی قابل استفاده) یا یک نمودار فیزیکی از ابزارهای پوشش داده شده برای ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم باشد.

نکته کلیدی 3: تنظیم علمی پارامترهای برش

پارامترهای برش (سرعت برش، سرعت تغذیه، عمق برش) به طور مستقیم بر دمای برش، نیروی برش، لباس ابزار و کیفیت قطعه اثر می گذارند.اصل اصلی تنظیم پارامتر این است:"سرعت برش کم، سرعت تغذیه متوسط، عمق برش کوچک"برای کنترل دمای برش و کاهش سخت شدن کار، پارامترهای توصیه شده برای روش های رایج ماشینکاری (برگرفتن Ti-6Al-4V، رایج ترین آلیاژ تیتانیوم،و ابزار کاربید به عنوان مثال):

3.1 پارامترهای چرخش

•سرعت برش (vc): برای خشکی، سرعت 30 ~ 60 m / min است؛ برای تکمیل، 60 ~ 100 m / min است. اگر از ابزار پوشش داده شده AlTiN استفاده می شود، سرعت را می توان به طور مناسب به 80 ~ 120 m / min افزایش داد؛ برای تیتانیوم خالص،سرعت باید 20 تا 30 درصد کاهش یابد تا از چسبندگی بیش از حد جلوگیری شود..

•میزان تغذیه (f): سرعت ورودی 0.1 ~ 0.3 mm / r برای خام سازی و 0.05 ~ 0.15 mm / r برای تکمیل است. سرعت ورودی بیش از حد بالا باعث افزایش قدرت برش و سخت شدن کار می شود.سرعت خوراکی بسیار پایین باعث می شود که ابزار در مورد قطعه کار لمس شود.،سرعتی از دست رفتن.

•عمق برش (ap): عمق برش برای خام سازی 1 ~ 3 میلی متر و برای تکمیل 0.1 ~ 0.5 میلی متر است. استفاده از عمق برش کمتر از 0.1 میلی متر توصیه نمی شود.چون ابزار بر روی لایه سخت شده قطعه کار می افتد، که منجر به فرسایش شدید می شود.

3.2 پارامترهای آسیاب

•سرعت برش (vc): برای فرش محیطی (سخت) ، سرعت 20 ~ 50 m / min است؛ برای تکمیل، 50 ~ 80 m / min است. برای فرش صورت، سرعت می تواند کمی بالاتر باشد،۴۰ تا ۷۰ متر در دقیقه برای خام سازی و ۷۰ تا ۱۰۰ متر در دقیقه برای تکمیلابزار پوشش داده شده می تواند سرعت را 10٪ ~ 20٪ افزایش دهد.

•میزان تغذیه در هر دندان (fz): نرخ ورودی در هر دندان 0.05 ~ 0.15 mm / دندان برای خام سازی و 0.02 ~ 0.08 mm / دندان برای تکمیل است.سرعت تغذیه باید کاهش یابد تا از تغییر شکل قطعات کار جلوگیری شود..

•عمق برش (ap/ae): عمق محوری برش (ap) برای خام سازی 0.5 ~ 2 میلی متر است و برای تکمیل 0.1 ~ 0.3 میلی متر است. عمق شعاعی برش (ae) به طور کلی 50٪ ~ 100٪ از قطر ابزار است.

3.3 پارامترهای حفاری

حفاری آلیاژ تیتانیوم مستعد مشکلات مانند انسداد تراشه، شکستن ابزار و کیفیت سوراخ ضعیف است. پارامترها باید برای تسهیل حذف تراشه تنظیم شوند:

•سرعت برش (vc): 10 ~ 30 m/min، که کمتر از چرخش و آسیاب است، برای کاهش دمای نوک حفاری.

•میزان تغذیه (f): 0.1 ~ 0.2 mm/r، اطمینان حاصل شود که تراشه ها می تواند به آرامی تخلیه شود بدون مسدود کردن فلوت حفاری.

• اقدامات کمکی: استفاده از دریل های خنک کننده داخلی برای اسپری مایع برش به طور مستقیم به نوک دریل که می تواند به طور موثر درجه حرارت و تراشه ها را کاهش دهد؛استفاده از حفاری متناوب (حفر کردن داخل و خارج بارها و بارها) برای جلوگیری از تجمع تراشه.

توجه: P3 می تواند یک نمودار تنظیم پارامتر برای چرخش / فرنگ / حفاری یا یک نمودار منحنی از رابطه بین سرعت برش و عمر ابزار باشد.

خلاصه

کلید موفقیت در ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم در سه جنبه قرار دارد: اول، درک کامل ویژگی های ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم برای بهینه سازی هدف؛ دوم،انتخاب پوشش مناسب ابزار با توجه به سناریوهای ماشینکاری برای بهبود مقاومت لباس و ثبات در دمای بالاسوم، تعیین پارامترهای برش علمی برای کنترل دمای برش و کاهش سخت شدن کار.همچنین لازم است که با مایع برش با کیفیت بالا مطابقت داشته باشد (برای مایع برش مبتنی بر آب با عملکرد خنک کننده خوب ترجیح داده می شود)، یا مایع برش مبتنی بر روغن برای ماشینکاری با سرعت پایین) و هندسه ابزار مناسب، به منظور دستیابی به بهترین اثر ماشینکاری.