Szlifowanie stopów tytanu: ściernice, płyny i parametry

1. Dlaczego tytan jest trudny do szlifowania

2. Wybór ściernicy

3. Dobór płynu do szlifowania

1. Płyn musi chłodzić, smarować i przepłukiwać strefę szlifowania.
2. Powinno to ograniczyć przywieranie oraz reakcje chemiczne między tytanem a materiałem ściernym.
3. Należy zapewnić przepływ co najmniej 0,5 l/min na każdy milimetr szerokości koła, zwiększając go wraz z prędkością obrotową koła. Pojemność zbiornika powinna wynosić około 1,5–3 razy więcej niż natężenie przepływu, aby zapewnić chłodzenie płynu.
4. Wióry tytanowe są łatwopalne; podczas stosowania płynów na bazie oleju należy zachować środki ostrożności przeciwpożarowe.
5. Wśród zalecanych płynów znajdują się: roztwór azotynu potasu; azotyn potasu z dodatkiem mrówczanu sodu; roztwór azotynu sodu; azotyn sodu z dodatkiem mrówczanu sodu; roztwór azotynu aminy; lub olej o wysokiej zawartości chloru.
6. W przypadku szlifowania z posuwem pełzającym jednym z przykładowych składów masowych jest mieszanina zawierająca 1% azotynu sodu, 0,5% benzoesanu sodu, 0,5% glicerolu, 0,4% trietanoloaminy oraz wodę w pozostałej części.

4. Ogólne parametry szlifowania

Model GC60JV (TL60R₃A) Ściernica podana w tej tabeli jest przeznaczona do szlifowania na mokro; do szlifowania na sucho należy używać ściernicy o mniejszej twardości. Jeśli do szlifowania zgrubnego i wykańczającego stosuje się oddzielne konfiguracje, do szlifowania zgrubnego należy używać ściernicy twardszej, a do wykańczającego – o jeden stopień mniej twardej. W przypadku szlifowania powierzchniowego lub zewnętrznego przy użyciu ściernic o średnicy powyżej 350 mm należy użyć ściernicy o jeden stopień twardości mniej. Szerokość ściernicy wewnętrznej nie powinna przekraczać 1,5-krotności średnicy ściernicy, a podane dane dotyczą szlifowania na mokro otworów o średnicy 20–50 mm, których długość wynosi 2,5-krotność średnicy.

5. Szlifowanie z posuwem pełzającym

Szlifowanie z powolnym posuwem, zwane również szlifowaniem z powolnym posuwem i głębokim nacięciem, charakteryzuje się głębokością cięcia sięgającą nawet 30 mm – około 100–1000 razy większą niż w przypadku szlifowania konwencjonalnego – przy posuwach obrabianego elementu wynoszących 5–300 mm/min. Już po jednym lub kilku przejściach można uzyskać ostateczne wymiary i kształt. Deklarowana dokładność wynosi 2–5 μm, chropowatość powierzchni R_a wynosi 0,16–0,63 μm, a wydajność jest od jednego do pięciu razy większa niż w przypadku szlifowania konwencjonalnego. Stosuje się go głównie do szlifowania kształtowego i głębokich rowków.

W przypadku konieczności uzyskania niższej wartości chropowatości należy użyć twardszej tarczy. Do obróbki tarczy w celu szlifowania kształtowego można użyć walców diamentowych lub stalowych.

6. Szlifowanie niskonaprężeniowe

Szlifowanie niskonaprężeniowe polega na usuwaniu niewielkiej warstwy materiału w celu zmniejszenia naprężeń szczątkowych oraz zapobiegania przypaleniu, odkształceniom i pękaniu elementów tytanowych poddanych dużym obciążeniom. Wymaga ono zastosowania bardziej miękkiej, często ostrzonej tarczy, zmniejszonego posuwu promieniowego i prędkości obrotowej oraz obfitego dopływu odpowiedniego płynu, jednak wydajność tego procesu jest niska.

Aby uzyskać końcowy naddatku wynoszący 0,25 mm, należy najpierw usunąć 0,20 mm przy wartości 0,013 mm na skok, a następnie usunąć pozostałe 0,05 mm przy wartości 0,005 mm na skok.

Inne rozwijające się metody obróbki tytanu

1. Cięcie kriogeniczne: Ciekły azot o temperaturze -180°C lub płyn niskotemperaturowy o temperaturze -76°C reguluje warunki skrawania i ogranicza zużycie narzędzia spowodowane działaniem ciepła.
2. Cięcie próżniowe: Odcięcie dopływu powietrza zapobiega reakcjom między tytanem a zanieczyszczeniami atmosferycznymi, które skracają żywotność narzędzia.
3. Cięcie w atmosferze gazu obojętnego: Lokalne środowisko obojętne izoluje powierzchnię w sposób łatwiejszy do zrealizowania niż cięcie w pełnej próżni.
4. Elektrostatyczne cięcie na zimno na sucho: Zjonizowane sprężone powietrze pochłania ciepło podczas rekombinacji i tworzy smarującą warstwę tlenkową w miejscach styku narzędzia z wiórem oraz narzędzia z obrabianym przedmiotem.
5. Wiercenie z wykorzystaniem drgań ultradźwiękowych: Drgania o małej amplitudzie mogą zmniejszyć rozmiar strefy odkształcenia i siłę skrawania, ograniczyć powstawanie nawarstwień, poprawić stabilność dynamiczną oraz zwiększyć penetrację płynu, choć obciążenie przemienne może skrócić żywotność narzędzia.

Inne metody to cięcie laserowe, elektrochemiczne, elektromagnetyczne, termiczne, strumieniem cieczy ściernej oraz specjalne cięcie wspomagane obróbką cieplną.