Titaniumlegering CNC-bearbejdning: Værktøj, hastigheder og kølevæskepraksis

Korrektion først: Titanium er ikke et let materiale at bearbejde

Titaniumlegeringer er værdsat for høj specifik styrke, korrosionsbestandighed og temperaturkapacitet, og de bruges i vid udstrækning i flystrukturer, motorer, medicinsk udstyr og kemisk udstyr. Deres bearbejdningsadfærd er dog ofte forkert fremstillet. Det skrives nogle gange, at titanium har moderat hårdhed og skærer let, eller at det er kemisk stabilt og derfor ikke reagerer på ilt under skæring. Ingen af ​​udsagn overlever kontakt med et maskinværksted. Titanium er reaktivt: det danner et stabilt oxid øjeblikkeligt, og ved de temperaturer, der nås ved en skærkant, absorberer det ilt, nitrogen og brint, som skør overfladen og producerer en hård, slibende alfa-kasse. Bearbejdning af titanium er svært af et vel-forstået sæt fysiske årsager, og de parametre, der virker, er dikteret af dem.

Lav varmeledningsevne7 W/m·K, omtrent en fjerdedel af stål ved sammenlignelig temperatur, så 70-80 % af skærevarmen forbliver i værktøjet og arbejdsemnet i stedet for at forlade spånen.

Lavt elasticitetsmodul110 GPa, så emnet afbøjes væk fra værktøjet, hvilket genererer støj, dårlig dimensionskontrol og accelereret kantafskæring.

Høj kemisk affinitet til værktøjsmaterialer, hvilket giver tryksvejsning og gnidning på rivefladen, hvilket giver opbygget-kant og katastrofalt kantfejl frem for glat flankeslid.

Tynde, stærkt segmenterede chipsmed et lille kontaktareal, hvilket giver meget høj kontaktspænding og lokaliserede kanttemperaturer over 1000 grader.

Hærdning og alfa-kassedannelsenår overfladen er overophedet eller forurenet, så efterfølgende gennemløb skærer et slibende lag med lav-duktilitet.

Vejledende skæredata

Tabellen giver udgangspunkter for Ti-6Al-4V med moderne værktøj. Værdierne skal trimmes for den specifikke maskine, stivhed og værktøjskvalitet; de er et startpunkt, ikke en specifikation.

Værktøj og værktøjsmaterialer

Ubelagt fin-karbid med en skarp, positiv-rivegeometri er fortsat benchmark for efterbehandling af titanium. PVD-belægninger baseret på aluminiumtitannitrid eller aluminiumchromnitrid forlænger levetiden i afbrudte snit, hvorimod titanium-holdige belægninger såsom titaniumnitrid normalt undgås, fordi belægningskemien ligner arbejdsmaterialet og fremmer vedhæftning. Værktøjets kanter skal være skarpe; en slebet eller affaset kantgeometri designet til stål vil skravle og arbejde-hærde titanium. Kobolt-højhastighedsstål- bruges stadig til haner, oprømmere og lav-boring, hvor dets sejhed opvejer dens lavere varmehårdhed. Polykrystallinsk diamant bruges i høj{11}}produktion af titaniumkomponenter, men den er kemisk uegnet til rent titanium under nogle forhold og reagerer med emnet ved høj temperatur, så leverandørens data skal følges.

Kølevæske, spånkontrol og brandsikkerhed

Brug rigeligt-højtrykskølevæske leveret så tæt på skærkanten som muligt. Gennem-værktøjslevering ved 3-7 MPa er standardsvaret til boring og dyb lomme.

Vand-baseret emulsion er det generelle valg til varmefjernelse; pæne olier forbedrer overfladefinish og værktøjslevetid ved gevindskæring og gearskæring; mindste-mængde smøring er kun egnet til let efterbehandling, hvor varmeudviklingen er lille.

Lad aldrig kølevæsken blive afbrudt midt i et snit. Intermitterende afkøling producerer termisk cyklus og hurtig kantbrud.

Titanium fines er pyrofore. Hold spåner ryddet, undgå tør bearbejdning af fine spåner, hvor de kan samle sig i nærheden af ​​antændelseskilder, opbevar dem separat, og brug et passende tørt-pulverslukningsmiddel. Brug ikke en vandstråle på en brændende titaniumspånbunke.

Oprethold kølevæskekoncentrationen og filtreringsregimet; forurening med fint stål fremskynder galning og reducerer overfladens integritet.

Workholding, forvrængning og overfladeintegritet

Fordi titanium afbøjer omtrent dobbelt så meget som stål under den samme skærekraft, betyder stiv og godt-understøttet armatur mere end rå maskinkraft. Understøt tynde sektioner med dedikerede armaturer eller offermateriale, hold emnet så tæt på spindlen som muligt, brug klatrefræsning til tynde vægge, og tag afbalancerede snit på begge sider af en bane. Lad delen nå termisk ligevægt før efterbearbejdningen, og undgå gen-afspænding mellem skrub og efterbearbejdning, hvor dimensionstolerancen er snæver. Efter enhver termisk operation - svejsning, varmebehandling eller en bearbejdning, der er varm nok til at misfarve overfladen - skal alfabeholderen fjernes ved bejdsning eller mekanisk forbinding, før delen går i udmattelse-kritisk brug, fordi den er skør og kan forårsage revner.

Almindelige misforståelser

"Titanium har moderat hårdhed, så det er nemt at bearbejde."Indrykningshårdhed er ikke den kontrollerende egenskab; termisk ledningsevne, modul og kemisk affinitet er.

"Titanium er kemisk inert under skæring."Det reagerer let med ilt og nitrogen ved forhøjet temperatur og danner et hårdt, sprødt overfladelag.

"Hurtigere hastigheder slutter hurtigere."Over det anbefalede vindue kollapser værktøjets levetid, og overfladeintegriteten forringes, så de samlede omkostninger stiger.

"Et tungere foder beskadiger altid delen."Inden for grænserne fjerner en tungere fodring pr. tand varme med spån og reducerer gnidning; et alt for let foder gnider og arbejde-hærder i stedet.

FAQ

Q: Hvorfor opvarmer titanium skæreværktøjet så alvorligt?
Dens termiske ledningsevne er kun omkring 7 W/m·K, så varme genereret ved kanten kan ikke undslippe hurtigt ind i spånen eller emnet og koncentreres i værktøjet.

Q: Hvilke belægninger anbefales til titaniumbearbejdning?
PVD-aluminiumtitannitrid eller aluminiumchromnitrid, på finkornet-karbid med en skarp positiv rive; ucoated carbid forbliver fremragende til efterbehandling.

Sp.: Er højtrykskølevæske virkelig nødvendigt-?
Til boring, dybe lommer og drejning med høj-produktivitet er det afgørende, både for afkøling og til at bryde spåner; let efterbehandling kan ofte køre med oversvømmelseskølevæske eller mindste-mængdesmøring.

Q: Hvad forårsager skravling, når du fræser tynde titaniumvægge?
Det lave elasticitetsmodul af titanium lader væggen afbøjes under skærebelastning; klatrefræsning, reduceret radial indgreb og bedre støtte af væggen adresserer det.

Sp: Er titaniumspåner en brandfare?
Fine, tørre spåner kan antændes. Hold dem ryddet og opbevaret separat, undgå antændelseskilder, og brug tørt-pulverslukningsmiddel i stedet for vand.

Spørgsmål: Ændrer bearbejdning overfladens materialeegenskaber?
Ja. Overophedning og forurening kan skabe et iltberiget-alfa-hus og resterende stress, hvilket er grunden til, at skæreparametre styrer overfladeintegriteten, og hvorfor laget fjernes på udmattelseskritiske-dele.