Как эффективно сверлить, рассверливать и нарезать резьбу в титановых сплавах

Низкая теплопроводность титана, его упругая восстановимость, химическая активность и высокая концентрация тепла при резании затрудняют проходку отверстий. Для успешного сверления, развертывания и нарезания резьбы требуются жесткие инструменты, надёжные и прочные режущие кромки, надёжный отвод стружки и обильное смазочно-охлаждающее средство.

Структура и геометрия сверла

Спиральные сверла

Обычные спиральные сверла должны иметь усиленную перемычку, точно отшлифованные кромки, отполированные канавки и геометрию, которая ограничивает трение и способствует удалению стружки. Короткие и жесткие сверла снижают прогиб. Предпочтительно использовать быстрорежущую сталь с добавлением кобальта и подходящий карбид вольфрама-кобальта; следует избегать ситуации, при которой затупленная кромка приводит к упрочнению поверхности отверстия.

Четырёхленточные спиральные сверла

Четырехстороннее заточение улучшает ведение и прямолинейность отверстия, одновременно распределяя нагрузку по поверхности контакта. Зазор и подача охлаждающей жидкости по-прежнему имеют решающее значение, поскольку избыточные зазоры могут привести к увеличению трения, если инструмент не заточен.

Сверла для глубоких отверстий

При сверлении глубоких отверстий требуется подача охлаждающей жидкости внутрь, контролируемое измельчение стружки и непрерывный отвод стружки. Если режущий инструмент не может удалять стружку непрерывно, может потребоваться сверление с отбоем или поэтапное извлечение инструмента.

Режимы сверления и управление процессом

Снижайте скорость резания по мере увеличения глубины отверстия, прочности сплава или диаметра. Обеспечивайте положительную подачу, чтобы кромки резала, а не скользила. Обеспечьте обильное смачивание зоны резания совместимой смазочно-охлаждающей жидкостью и проверяйте стружку на наличие изменения цвета или прилипания. При сверлении глубоких отверстий в сплаве Ti-6,5Al-3,5Mo-1,5Zr-0,3Si в исходном технологическом процессе используется специальное сверло, при этом особое внимание уделяется охлаждению, удалению стружки и контролю качества поверхности.

Развертывание титана

Геометрия развертки

Расширители должны обладать высокой жесткостью, иметь точные припуски, достаточный зазор и ровные пространства для удаления стружки. Небольшой припуск обеспечивает направление движения инструмента, однако чрезмерный припуск приводит к усилению трения и нагрева. Расширители из быстрорежущей стали с прямой канавкой, твердосплавные расширители с прямой канавкой и ступенчатые твердосплавные расширители имеют различную геометрию режущей части.

Практика развертывания

Используйте низкую, стабильную скорость и достаточную подачу, чтобы прорезать слой, подвергшийся упрочнению при деформации. Соблюдайте равномерный припуск на обработку, избегайте остановок в отверстии и обеспечивайте непрерывную подачу смазочно-охлаждающей жидкости. Билланс инструмента, точность предварительно просверленного отверстия и тепловое расширение напрямую влияют на конечные размеры и округлость.

Нарезание резьбы в титане

Материалы для метчиков

Обычно используется высокопроизводительная быстрорежущая сталь (HSS) с добавлением кобальта или алюминия. Метчик должен быть устойчив к сколам режущих кромок и при этом сохранять острый профиль. Форма резьбы, глубина отверстия и доступ охлаждающей жидкости определяют, какая конструкция будет предпочтительнее: стандартная, с скорректированными зубьями или с пропущенными зубьями.

Конструкция и геометрия метчика

Метчики с скорректированной формой зубьев снижают режущую нагрузку за счет изменения схемы зацепления. Оптимальные углы наклона и зазора уменьшают прилипание, а отполированные канавки и зубья с фасками обеспечивают пространство для отвода стружки.

Диаметр сверла под резьбу

Титан имеет свойство возвращаться в исходное состояние после резания, поэтому диаметр метчика-сверла часто выбирают ближе к верхнему пределу допустимого диапазона, чтобы снизить крутящий момент без нарушения требований к резьбе. Проверьте фактический процент резьбы, поведение материала и результаты контроля. При обработке глухих отверстий обеспечьте достаточное пространство для удаления стружки ниже уровня полной резьбы и избегайте доведения метчика до дна.

Практический контрольный список

• Используйте жесткую установку с низким биением и острый инструмент.
• Не допускайте задержки и трения, которые приводят к нагреву и упрочнению материала.
• Подавайте охлаждающую жидкость непосредственно к кромке и удаляйте стружку перед повторной обработкой.
• При сверлении более глубоких отверстий и работе с более прочными сплавами следует снизить скорость.
• Следите за крутящим моментом, формой стружки, качеством обработки поверхности и размером; заменяйте инструменты до появления сколов.
• Проверьте каждое начальное значение с учётом конкретного станка, инструмента, охлаждающей жидкости, глубины отверстия и состояния сплава.