Цех механической обработки с ЧПУ

Почему обработка титановых сплавов представляет сложность и какие инструменты для этого подходят?

Опубликовано: просмотров: 346

Титановые сплавы сочетают в себе высокую удельную прочность, коррозионную стойкость и прочность при высоких температурах, однако низкая теплопроводность, химическая реактивность, упругая деформация и сосредоточенное контактное давление затрудняют их механическую обработку. В данном руководстве рассмотрены основные проблемы резания и проведено сравнение подходящих материалов для изготовления инструментов: быстрорежущей стали, карбида вольфрама-кобальта, алмаза и PCBN.

Почему обработка титановых сплавов представляет сложность и какие инструменты для этого подходят?

Титан является аллотропным веществом. При температуре ниже 882 °C он имеет плотноупакованную гексагональную альфа-структуру; при температуре выше 882 °C — объемно-центрированную кубическую бета-структуру. Легирование изменяет температуру фазового перехода и фазовый состав, в результате чего получаются альфа-, бета- и альфа-бета-сплавы титана.

Факторы, влияющие на процесс механической обработки

Недвижимость Практическое значение
Высокая удельная прочность Низкая плотность в сочетании с прочностью, превосходящей прочность многих сверхпрочных сталей.
Прочность в горячем состоянии При температуре 300–500 °C прочность может превышать прочность алюминиевых сплавов примерно в десять раз.
Коррозионная стойкость Отлично проявляет устойчивость к воздействию влажного воздуха и морской воды, хотя в некоторых восстановительных средах устойчивость снижается.
Высокая химическая активность При повышенной температуре титан вступает в реакцию с кислородом, азотом, водородом, соединениями углерода, паром и аммиаком. В результате могут образовываться TiC, TiN, кислородно-упрочненные слои, а также возникать водородное охрупчивание.
Низкая теплопроводность Примерно в четыре раза меньше, чем у никеля, в пять раз меньше, чем у железа, и в четырнадцать раз меньше, чем у алюминия. При комнатной температуре коэффициент теплопроводности Ti-6Al-4V составляет около 6,8 Вт/(м·°C), а Ti-17 — около 8,2 Вт/(м·°C).
Низкий модуль упругости Приблизительно 107,800 MPa при 20°C, что составляет примерно половину показателя для стали.

Почему титан трудно резать

  • Коэффициент деформации при резании близок к единице или ниже единицы, что усиливает скольжение стружки вдоль передней поверхности режущей кромки и ускоряет износ.
  • Температура резания высока, поскольку тепло концентрируется вблизи небольшой зоны контакта инструмента со стружкой. При сопоставимых условиях температура резания Ti-6Al-4V может превышать температуру резания углеродистой стали марки 45 более чем в два раза.
  • Хотя основное режущее усилие может быть примерно на 20% ниже, чем у конструкционной стали, давление в зоне контакта может достигать 130–150% от значения для стали марки 45, что приводит к концентрации напряжений на кромке.
  • Поглощённый газ и продукты реакции образуют твёрдый, хрупкий, неоднородный поверхностный слой, который снижает усталостную прочность и способствует образованию надрезов, сколов и отслоений.
  • Высокая адгезия, температура и давление приводят к сильному прилипанию и образованию нагара на инструменте.
  • Низкая жесткость приводит к прогибу заготовки и пружинному возврату, что уменьшает эффективный угол зазора и ухудшает точность.

Детали из титанового сплава, изготовленные методом механической обработки

Выбор материалов для инструментов

Обычно в качестве материала выбирают быстрорежущую сталь с добавками кобальта, алюминия или ванадия; вольфрамо-кобальтовый твердый сплав, иногда с небольшими добавками других карбидов; а также отдельные виды карбида с PVD/CVD-покрытием. Марки вольфрамо-титанового карбида и многие пластины с покрытием, как правило, не подходят для данного применения.

Инструмент Типичные оценки по предметам HSS Типичные марки с карбидным покрытием
Поворот W2Mo9Cr4V4Co8, W12Mo3Cr4V3Co5Si, W6Mo5Cr4V2Al YG6X, YA6, YG3X, YG8, YG10H, PM8635, PM8130
Фрезерование W12Cr4V4Mo, W2Mo9Cr4V4Co8, W6Mo5Cr4V2Al YG8, K44UF
Сверление/развертывание W2Mo9Cr4VCo8, W6Mo5Cr4V2Al YG8, YG6X
Нарезка резьбы/протягивание W6Mo5Cr4V2Al, W2Mo9Cr4VCo8 и родственные марки кобальтовых быстрорежущих сталей (HSS) YG8 или YG10H для протяжек

Инструменты из алмаза и поликристаллического кубического нитрида бора демонстрируют высокую эффективность при финишной и сверхточной обработке. Алмаз обладает твердостью до примерно 10 000 HV и превосходной теплопроводностью, однако при его использовании необходимо поддерживать температуру ниже примерно 700–800 °C, обеспечивая надлежащее охлаждение и смазку. PCBN обладает меньшей твёрдостью, но термической стабильностью при температурах выше 1 200 °C и высокой химической инертностью по отношению к титану, что делает его пригодным для высокотемпературной сухой резки.

Нужна инженерная поддержка по обработке на станках с ЧПУ?

Поделитесь своим чертежом, материалом, заданным допуском или вопросом по применению. Наша команда инженеров поможет рассмотреть маршрут обработки и предложит практичный следующий шаг.

Контактная форма product-list

STEP, IGS, STL, DWG, DXF, PDF, JPG или ZIP. Макс. 50 МБ. Несколько файлов или файлы большого размера? Напишите по электронной почте: [email protected]

Похожие статьи

Технология обработки

Как регулировать параметры горячей штамповки титановых листов

Титановый лист трудно поддается формовке при комнатной температуре из-за высокого предела текучести, ограниченной пластичности и сильного пружинного отскока. В данном руководстве объясняется...

Читать статью

Технология обработки

Как обрабатывать титановые сплавы: геометрия, скорости и смазочно-охлаждающая жидкость

Токарная обработка титана требует контроля температуры, четкой геометрии инструмента, корректировки скорости с учетом особенностей сплава и охлаждения с высоким расходом. В данном руководстве приведены рекомендации по применению инструментов из быстрорежущей стали, твердого сплава и расточных инструментов...

Читать статью

Технология обработки

Как отливают рабочие колеса и направляющие колеса из титановых сплавов?

Для изготовления рабочих колес и направляющих колес из титановых сплавов требуются огнеупорные формы, защита вакуумом или инертным газом, а также контролируемый центробежный литьевой процесс, поскольку расплавленный титан обладает высокой...

Читать статью

Технология обработки

Как предотвратить типичные дефекты при сварке титана

Сварка титана требует строгого контроля температуры, защитного газа, чистоты поверхности и подготовки межпроходных швов. В данном руководстве объясняется, почему пламенная резка, нечистый аргон,...

Читать статью

Информация о поставщике

Компания
Xinchuangmeng Co., Ltd.
Местоположение
Шэньчжэнь, Гуандун, Китай
Услуга
Механическая обработка прецизионных деталей
WhatsApp
+86 186 3895 1317
Электронная почта
[email protected]
Отправить письмо
Адрес
No. 2, Anrun Road, Tangxiayong, Yanluo Street, Bao'an District

Самая горячая статья