Waarom denken we dat titaniumlegering een moeilijk te bewerken materiaal is? Omdat er een gebrek is aan een diepgaand begrip van het verwerkingsmechanisme en de verschijnselen ervan.
1. Fysische verschijnselen van titaniumverwerking
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 de gegenereerde temperatuur kan meer dan 1000 graden bereiken, waardoor de snijkant van het gereedschap gaat slijten, barsten en er opbouwranden ontstaan en de snijkant snel verslijt, wat genereert meer warmte in het snijgebied en verkort de levensduur van het gereedschap nog verder.
De hoge temperaturen die tijdens het snijproces worden gegenereerd, vernietigen ook de oppervlakte-integriteit van onderdelen van titaniumlegeringen, wat leidt tot een afname van de geometrische nauwkeurigheid van de onderdelen en een verhardingsfenomeen 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 plastische vervorming veroorzaakt, nemen de materiaalsterkte en hardheid van het snijpunt aanzienlijk toe. Op dit moment wordt de oorspronkelijk bepaalde snijsnelheid te hoog, wat verdere snelle slijtage van het gereedschap veroorzaakt.
"Hitte" is de "boosdoener" die ervoor zorgt dat titaniumlegeringen moeilijk te verwerken zijn!
2. Proceskennis voor de verwerking van titaniumlegeringen
Op basis van het begrijpen van het verwerkingsmechanisme van titaniumlegeringen en het toevoegen van ervaringen uit het verleden, is de belangrijkste proceskennis voor het verwerken van titaniumlegeringen als volgt:
(1) Gebruik wisselplaten met een 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 titaniumlegeringen in de zachtst mogelijke staat, omdat het materiaal na het afschrikken moeilijker te verwerken wordt, en warmtebehandeling de sterkte van het materiaal vergroot en de slijtage van de messen 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.
3. Begin met messen om problemen met de verwerking van titanium op te lossen
De slijtage van de bladgroef die optreedt bij het bewerken van titaniumlegeringen is 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 verwerkingstemperaturen boven de 800 graden zijn ook een van de oorzaken van groefslijtage. Omdat tijdens het bewerkingsproces de titaniummoleculen van het werkstuk zich ophopen voor het zaagblad en onder hoge druk en hoge temperatuur aan het zaagblad worden "gelast", waardoor een snijkantsopbouw 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.
4. Gereedschapsstructuur geschikt voor titaniumverwerking
De focus bij de verwerking van titaniumlegeringen ligt op warmte. Er moet snel en nauwkeurig een grote hoeveelheid hogedruk-snijvloeistof op de snijkant worden gespoten om de hitte snel te verwijderen. Er zijn unieke structuren van frezen op de markt, specifiek voor de verwerking van titaniumlegeringen.
