Redenen waarom titaniumlegering moeilijk te verwerken is en hoe hiermee om te gaan

Titanium is een belangrijk structureel metaal dat in de jaren vijftig werd ontwikkeld. Titaniumlegeringen worden veel gebruikt op verschillende gebieden vanwege hun hoge sterkte, goede corrosieweerstand en hoge hittebestendigheid. Veel landen in de wereld hebben het belang van titaniumlegeringsmaterialen onderkend, hebben er achtereenvolgens onderzoek en ontwikkeling op uitgevoerd en praktische toepassingen verkregen. In de jaren vijftig en zestig werden voornamelijk titaniumlegeringen voor hoge temperaturen voor ruimtevaartmotoren en structurele titaniumlegeringen voor casco's ontwikkeld. In de jaren zeventig werd een reeks corrosiebestendige titaniumlegeringen ontwikkeld. Sinds de jaren tachtig zijn corrosiebestendige titaniumlegeringen en zeer sterke titaniumlegeringen verder ontwikkeld. ontwikkelen.

Titaniumlegering heeft de productie-industrie voor bepaalde uitdagingen gesteld vanwege de moeilijk te verwerken eigenschappen.

De dichtheid van titaniumlegeringen ligt doorgaans rond de 4,51 g/kubieke centimeter, wat slechts 60% van staal is. De dichtheid van puur titanium ligt slechts dicht bij de dichtheid van gewoon staal. Sommige zeer sterke titaniumlegeringen overtreffen de sterkte van veel gelegeerd constructiestaal. Daarom is de specifieke sterkte (sterkte/dichtheid) van een titaniumlegering veel groter dan die van andere metalen structurele materialen, en kunnen onderdelen met een hoge eenheidssterkte, goede stijfheid en een laag gewicht worden geproduceerd. Titaniumlegeringen worden gebruikt in vliegtuigmotoronderdelen, frames, huiden, bevestigingsmiddelen en landingsgestellen. Bovendien worden titaniumlegeringen ook veel gebruikt in auto-onderdelen, medische apparatuur en elektronische 3C-industrieën.

De snijkracht bij het verwerken van titaniumlegeringen is slechts iets hoger dan die van staal met dezelfde hardheid, maar de fysieke verschijnselen bij het verwerken van titaniumlegeringen zijn veel complexer dan bij het verwerken van staal, waardoor de verwerking van titaniumlegeringen met enorme moeilijkheden wordt geconfronteerd.
De thermische geleidbaarheid van de meeste titaniumlegeringen is zeer laag, slechts 1/7 van staal en 1/16 van aluminium. Daarom zal de warmte die wordt gegenereerd tijdens het snijden van een titaniumlegering niet snel worden overgebracht naar het werkstuk of door de spanen worden afgevoerd. In plaats daarvan zal het zich ophopen in het snijgebied en kan de gegenereerde temperatuur meer dan 1000 graden bereiken, waardoor de snijkant van het gereedschap snel verslijt, barst en er opbouwranden ontstaan ​​en de snijkant snel verslijt, wat genereert meer warmte in het snijgebied en verkort de levensduur van het gereedschap verder.

De hoge temperatuur die tijdens het snijproces wordt gegenereerd, vernietigt ook de oppervlakte-integriteit van onderdelen van titaniumlegering, wat resulteert in een afname van de geometrische nauwkeurigheid van de onderdelen en een verhardingsverschijnsel dat hun vermoeiingssterkte ernstig vermindert.
De elasticiteit van titaniumlegeringen kan gunstig zijn voor de prestaties van het onderdeel, maar tijdens het snijproces is de elastische vervorming van het werkstuk een belangrijke oorzaak van trillingen. De snijdruk zorgt ervoor dat het "elastische" werkstuk van het gereedschap af beweegt en terugkaatst, waardoor de wrijving tussen het gereedschap en het werkstuk zwaarder weegt dan de snijwerking. Het wrijvingsproces genereert ook warmte, wat het probleem van de slechte thermische geleidbaarheid van titaniumlegeringen verergert.
Dit probleem is nog ernstiger bij het verwerken van dunwandige of ringvormige onderdelen die gemakkelijk vervormen. Het is niet eenvoudig om dunwandige onderdelen van titaniumlegeringen met de verwachte maatnauwkeurigheid te verwerken. Omdat wanneer het werkstukmateriaal door het gereedschap wordt weggeduwd, de lokale vervorming van de dunne wand het elastische bereik heeft overschreden en er plastische vervorming optreedt, nemen de materiaalsterkte en hardheid op het snijpunt aanzienlijk toe. Op dit punt wordt de oorspronkelijk bepaalde snijsnelheid te hoog, waardoor een snelle slijtage van het gereedschap ontstaat.

Daarom is de belangrijkste boosdoener voor de moeilijkheid bij het verwerken van titaniumlegeringen "warmte".

Om deze uitdagingen te overwinnen en titaniumlegeringen met succes te bewerken, kunnen verschillende benaderingen worden toegepast. Deze omvatten:

(1) Gebruik wisselplaten met positieve hoekgeometrie om de snijkracht, de snijwarmte en de vervorming van het werkstuk te verminderen.
(2) Zorg voor een constante voeding om verharding van het werkstuk te voorkomen. Tijdens het snijproces moet het gereedschap zich altijd in de voedingstoestand bevinden. De radiale snijhoeveelheid ae moet tijdens het frezen 30% van de radius bedragen.
(3) Gebruik snijvloeistof onder hoge druk en met een hoog debiet om de thermische stabiliteit van het bewerkingsproces te garanderen en degeneratie van het werkstukoppervlak en gereedschapsschade veroorzaakt door te hoge temperaturen te voorkomen.
(4) Houd de mesrand scherp. Stomp gereedschap is de oorzaak van warmteophoping en slijtage, wat gemakkelijk tot gereedschapsuitval kan leiden.
(5) Verwerk de titaniumlegering zoveel mogelijk in de zachtste staat, omdat het materiaal na het afschrikken moeilijker te verwerken wordt en de warmtebehandeling de sterkte van het materiaal vergroot en de slijtage van het blad vergroot.
(6) Gebruik een grote boogradius of afschuining van de gereedschappunt om zoveel mogelijk van de gereedschapsrand in de snede te steken. Dit vermindert de snijkracht en hitte op elk punt en voorkomt plaatselijke breuk. Bij het frezen van titaniumlegeringen heeft van de snijparameters de snijsnelheid de grootste invloed op de standtijd vc, gevolgd door de radiale gereedschapaangrijping (freesdiepte) ae.

Over het algemeen is de slijtage van de bladgroef die optreedt bij het bewerken van titaniumlegeringen de lokale slijtage van de voor- en achterkant langs de snijdiepterichting. Het wordt vaak veroorzaakt door de verharde laag die is achtergelaten door de vorige verwerking. De chemische reactie en diffusie tussen het gereedschap en het werkstukmateriaal bij een verwerkingstemperatuur van meer dan 800 graden is ook een van de oorzaken van groefslijtage. Omdat tijdens het bewerkingsproces de titaniummoleculen van het werkstuk zich voor het zaagblad ophopen en onder hoge druk en temperatuur aan het zaagblad worden "gelast", waardoor snedeopbouw ontstaat. Wanneer de opgebouwde snijkant loslaat van de snijkant, neemt deze de hardmetalen coating van de wisselplaat mee, dus titaniumbewerking vereist speciale wisselplaatmaterialen en geometrieën.

Snijomstandigheden, waaronder snijsnelheid, voedingssnelheid en snedediepte, spelen ook een cruciale rol bij het bepalen van de prestaties van het snijgereedschap en de kwaliteit van het eindproduct. De optimale snijparameters kunnen variëren afhankelijk van het type titaniumlegering dat wordt bewerkt, maar lagere snijsnelheden en hogere voedingssnelheden worden over het algemeen aanbevolen om de hitte te verminderen en verharding te voorkomen.

Het gebruik van een goed koelsysteem is van cruciaal belang om snijgereedschappen en werkstukken op de juiste temperatuur te houden. Op water gebaseerde koelmiddelen, zoals emulsies, worden veel gebruikt bij de bewerking van titanium, omdat ze effectieve koel- en smeereigenschappen bieden zonder chemische reacties met het materiaal te veroorzaken.
Ondanks de uitdagingen blijft titanium een ​​zeer gewild materiaal dat van cruciaal belang is voor veel moderne toepassingen. Door gebruik te maken van de juiste snijgereedschappen, snijomstandigheden, koelsystemen en geavanceerde bewerkingstechnieken kunnen de moeilijkheden bij het bewerken van dit materiaal worden overwonnen en kan het volledige potentieel ervan worden ontketend.