Jak skutecznie wiercić, rozwierczać i gwintować stopy tytanu

Niska przewodność cieplna tytanu, jego sprężystość, reaktywność chemiczna oraz wysoka temperatura powstająca podczas skrawania utrudniają wykonywanie otworów. Aby wiercenie, rozwiercanie i gwintowanie przebiegały pomyślnie, konieczne są sztywne narzędzia, ostre i wytrzymałe krawędzie skrawające, niezawodne odprowadzanie wiórów oraz duża ilość płynu chłodzącego.

Budowa i geometria wiertła

Wiertła spiralne

Tradycyjne wiertła spiralne wymagają wzmocnionego środnika, precyzyjnie szlifowanych krawędzi tnących, wypolerowanych rowków oraz geometrii, która ogranicza tarcie i ułatwia odprowadzanie wiórów. Krótkie, sztywne wiertła ograniczają ugięcie. Preferowane są stal szybkotnąca z dodatkiem kobaltu oraz odpowiedni węglik wolframu i kobaltu; należy unikać sytuacji, w której stępiona krawędź tnąca powoduje utwardzenie powierzchni otworu w wyniku obróbki.

Wiertła kręte czteropiórowe

Konstrukcja z czterema powierzchniami styku poprawia prowadzenie i prostoliniowość otworu, jednocześnie rozkładając nacisk. Luz oraz dopływ chłodziwa pozostają kluczowe, ponieważ dodatkowe rezerwy mogą zwiększyć tarcie, jeśli narzędzie nie jest ostre.

Wiertła do głębokich otworów

Wiercenie głębokich otworów wymaga wewnętrznego chłodzenia, kontrolowanego łamania wiórów oraz nieprzerwanego odprowadzania wiórów. Gdy narzędzie nie jest w stanie usuwać wiórów w sposób ciągły, konieczne może być wiercenie krokowe lub stopniowe wycofywanie narzędzia.

Dane dotyczące wiercenia i sterowanie procesami

W miarę wzrostu głębokości otworu, wytrzymałości stopu lub średnicy należy zmniejszać prędkość skrawania. Należy utrzymywać posuw dodatni, tak aby krawędzie tnące faktycznie tnęły, a nie tylko ocierały. Strefę skrawania należy obficie zalać odpowiednim płynem chłodzącym i sprawdzać, czy wióry nie ulegają przebarwieniu lub nie przywierają. W przypadku głębokich otworów w stopie Ti-6,5Al-3,5Mo-1,5Zr-0,3Si proces źródłowy wykorzystuje specjalistyczne wiertło i kładzie nacisk na chłodzenie, odprowadzanie wiórów oraz kontrolę jakości powierzchni.

Rozwiercanie tytanu

Geometria rozwiertaka

Rozwiertaki wymagają dużej sztywności, precyzyjnych krawędzi skrawających, dużego luzu oraz gładkich przestrzeni na wióry. Mała krawędź skrawająca zapewnia prowadzenie narzędzia, jednak zbyt duża powierzchnia czołowa zwiększa tarcie i nagrzewanie. Rozwiertaki z węglików spiekanych o prostym rowku, z węglików spiekanych o prostym rowku oraz rozwiertaki stopniowe charakteryzują się różną geometrią przekroju skrawającego.

Praktyka rozwiercania

Należy stosować niską, stałą prędkość obrotową i odpowiedni posuw, aby przeciąć warstwę utwardzoną przez obróbkę. Należy utrzymywać równomierny naddatek materiału, unikać zatrzymywania się w otworze oraz zapewnić ciągły dopływ płynu chłodzącego. Bicie narzędzia, dokładność nawierconego otworu oraz rozszerzalność cieplna mają bezpośredni wpływ na ostateczny wymiar i okrągłość.

Gwintowanie tytanu

Materiały na gwintowniki

Powszechnie stosuje się wysokowydajną stal szybkotnącą (HSS) zawierającą kobalt lub aluminium. Gwintownik musi być odporny na wykruszanie krawędzi, zachowując jednocześnie ostry profil. Kształt gwintu, głębokość otworu oraz dostęp chłodziwa decydują o tym, czy lepszym wyborem będzie konstrukcja standardowa, z zębami skorygowanymi czy z zębami rozstawionymi.

Budowa i geometria gwintowników

Gwintowniki z korygowanymi zębami zmniejszają obciążenie skrawające dzięki zmodyfikowanemu rozkładowi zgrybu. Odpowiedni kąt natarcia i kąt swobodu zmniejszają przywieranie, natomiast wypolerowane rowki i zęby z odciążeniem zapewniają miejsce na wióry.

Średnica wiertła do gwintowania

Tytan odskakuje po cięciu, dlatego średnicę wiertła do gwintowania często dobiera się bliżej górnej granicy dopuszczalnego zakresu, aby zmniejszyć moment obrotowy bez naruszania wymagań dotyczących gwintu. Należy sprawdzić rzeczywisty procent gwintu, reakcję materiału oraz wynik pomiaru. W przypadku otworów nieprzelotowych należy zapewnić wystarczającą przestrzeń na wióry poniżej pełnego gwintu i unikać dosiadania gwintownika do dna otworu.

Praktyczna lista kontrolna

• Należy używać sztywnego uchwytu o niewielkim biciu oraz ostrego narzędzia.
• Należy unikać długotrwałego przytrzymywania i pocierania, które powodują nagrzewanie się materiału i utwardzanie przez odkształcenie.
• Należy doprowadzić chłodziwo bezpośrednio do krawędzi i usunąć wióry przed ponownym cięciem.
• W przypadku głębszych otworów i twardszych stopów należy zmniejszyć prędkość.
• Należy monitorować moment obrotowy, kształt wiórów, jakość powierzchni oraz wymiary; narzędzia należy wymieniać, zanim pojawią się pierwsze ślady wykruszenia.
• Należy zweryfikować każdą wartość początkową pod kątem konkretnej maszyny, narzędzia, chłodziwa, głębokości otworu oraz stanu stopu.