Титановый сплав широко используется в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и других высокопроизводительных областях из-за его отличных свойств, таких как высокая устойчивость,устойчивость к коррозии и биосовместимостьОднако его плохая обрабатываемость, характеризующаяся высокой температурой резки, тяжелым износом инструмента и легкой закаленностью, создает большие проблемы для процессов обработки.сокращение потребления инструментов и обеспечение качества заготовки, необходимо овладеть следующими тремя ключевыми моментами, с акцентом на выбор покрытия и оптимизацию параметров резки.
Ключевой пункт 1: Понимание обрабатываемости титанового сплава
Перед выбором покрытий и установкой параметров резки необходимо уточнить внутренние характеристики титанового сплава, влияющие на обработку,что является основой для последующей оптимизации:
•Низкая теплопроводностьТеплопроводность титанового сплава составляет всего 1/4 - 1/5 от теплопроводности стали.большая часть генерируемого тепла накапливается в зоне резки (конец инструмента и область контакта с заготовкой), вместо того, чтобы рассеиваться через фишки или заготовки;, что приводит к чрезвычайно высокой локальной температуре (до 800~1000°C), что ускоряет износ инструмента и деформацию заготовки.
•Высокая химическая активность: при высоких температурах титановый сплав легко реагирует с кислородом, азотом и углеродом в воздухе, образуя твердые и хрупкие соединения (такие как TiO2, TiN, TiC),что увеличит силу резки и вызовет абразивный износ инструментовОн также может связываться с материалом инструмента, что приводит к износу клея.
•Склонность к закаливанию: Титановый сплав обладает высокой прочностью и очевидным эффектом отверждения на работе.который будет царапать инструмент и влиять на качество поверхности последующей обработки.
Примечание: P1 может быть сравнительной диаграммой теплопроводности между титановым сплавом и обычными металлами, или микроскопической диаграммой рабочего закаливания слоя титанового сплава после резки.
Ключевой пункт 2: Рациональный выбор покрытий для инструментов
Покрытия для инструментов играют решающую роль в обработке титановых сплавов, уменьшая трение, изолируя при высоких температурах, улучшая химическую устойчивость и повышая износостойкость.Выбор покрытий должен основываться на типе титанового сплава (например, Ti-6Al-4V)., чистый титан), метод обработки (фрезерная обработка, повороты, бурение) и требования к обработке (грубость, отделка).
2.1 Покрытие нитридом титана (TiN)
Покрытие ТиН - это традиционное твердое покрытие с твердостью около 2000 ~ 2500 HV и низким коэффициентом трения (0,4 ~ 0,6).и может эффективно уменьшить износ клей между инструментом и титановым сплавомТем не менее, его устойчивость к окислению слабая, и он окисляется и отказывается, когда температура превышает 500°C. Он подходит для низкоскоростной грубости чистого титана и низколегированного титана,или сценарии обработки с низкой температурой резки.
2.2 Покрытие карбонитридом титана (TiCN)
Покрытие TiCN представляет собой улучшенную версию TiN, с твердостью 2500 ~ 3000 HV, более высокой износостойкостью и тепловой стабильностью, чем TiN.Добавление углеродного элемента повышает устойчивость покрытия к износу клея и абразивного износа, и его температура устойчивости к окислению повышается до 600 ~ 650 °C. Он подходит для средней скорости поворота и фрезирования Ти-6Al-4V и других широко используемых сплавов титана,и может сбалансировать эффективность обработки и срок службы инструмента.
2.3 Покрытие нитридом титана алюминия (AlTiN)
Покрытие AlTiN является высокотемпературным покрытием с отличными комплексными характеристиками, с твердостью 3000 ~ 3500 HV и температурой окислительности до 800 ~ 900 °C.Алюминиевый элемент в покрытии образует плотную пленку Al2O3 при высокой температуре, который может эффективно изолировать химическую реакцию между сплавом титана и подложкой инструмента (например, карбидом) и значительно уменьшить тепловое износ и химическое износ.Это предпочтительное покрытие для высокоскоростной отделки и полуфабрикации сплава титана, особенно подходит для высокотемпературных сценариев обработки, таких как высокоскоростное фрезирование и глубокое бурение.
2.4 Покрытие алмазоподобным углеродом (DLC)
Покрытие DLC имеет чрезвычайно низкий коэффициент трения (0,1 ~ 0,2) и высокую твердость (1500 ~ 2500 HV), что может минимизировать трение и адгезию между инструментом и титановым сплавом,и избегать отверждения работы, вызванного чрезмерной силой резкиОднако его тепловая устойчивость слаба (отсутствие окисления выше 400°C) и он хрупкий, поэтому он подходит только для низкоскоростных,низкотемпературная отделка чистого титана и мягких сплавов титана (таких как Ti-Gr2), и не для высокотемпературного грубого обработки.
Примечание: P2 может быть таблицей сравнения характеристик различных покрытий (жесткость, температура окисления, применимый сценарий) или физической схемой покрытых инструментов для обработки титанового сплава.
Ключевой пункт 3: Научное определение параметров резки
Параметры резания (скорость резания, скорость подачи, глубина резания) напрямую влияют на температуру резания, силу резания, износ инструмента и качество заготовки.основной принцип установки параметров:"низкая скорость резания, умеренная скорость подачи, небольшая глубина резания"Для обычных методов обработки (принимая Ti-6Al-4V, наиболее широко используемый сплав титана,и карбидных инструментов в качестве примеров):
3.1 Параметры поворота
•Скорость резки (vc)При грубости скорость составляет 30 ~ 60 м/мин; при отделке - 60 ~ 100 м/мин. При использовании инструментов с покрытием AlTiN скорость может быть соответствующим образом увеличена до 80 ~ 120 м/мин; для чистого титанаскорость должна быть уменьшена на 20% ~ 30% для предотвращения чрезмерной адгезии.
•Коэффициент кормления (f): скорость ввода составляет 0,1 - 0,3 мм/ч для грубости и 0,05 - 0,15 мм/ч для отделки. Слишком высокая скорость ввода увеличивает силу резки и закаливание;слишком низкая скорость подачи приведет к тому, что инструмент будет тргать к рабочей частиУскоряет износ.
•Глубина резки (ap): глубина резки для грубости составляет 1 ~ 3 мм, а для отделки - 0,1 ~ 0,5 мм. Не рекомендуется использовать глубину резки менее 0,1 мм,потому что инструмент будет скользить на закаленный слой заготовки, что приводит к сильному абразивному износу.
3.2 Параметры фрезы
•Скорость резки (vc)Для периферийной фрезерной обработки (грубости) скорость составляет 20 ~ 50 м/мин; для отделки - 50 ~ 80 м/мин.40 ~ 70 м/мин для грубости и 70 ~ 100 м/мин для отделкиПокрытые инструменты могут увеличить скорость на 10% ~ 20%.
•Коэффициент кормления на зуб (fz): скорость подачи на зуб составляет 0,05 ~ 0,15 мм / зуб для грубости и 0,02 ~ 0,08 мм / зуб для отделки.скорость подачи должна быть уменьшена, чтобы избежать деформации заготовки.
•Глубина резки (ap/ae): Осяная глубина резки (ap) для грубости составляет 0,5 ~ 2 мм, а для отделки - 0,1 ~ 0,3 мм; радиальная глубина резки (ae) обычно составляет 50% ~ 100% диаметра инструмента.
3.3 Параметры бурения
Для бурения титанового сплава имеются такие проблемы, как засорение щелочей, повреждение инструментов и плохое качество отверстий.
•Скорость резки (vc): 10 ~ 30 м/мин, что ниже, чем при повороте и фрезе, для снижения температуры кончика сверла.
•Коэффициент кормления (f): 0,1 - 0,2 мм/ч, что обеспечивает плавное выгрузку щепок без засорения буровой флейты.
• вспомогательные меры: используйте внутренние охлаждающие сверла для распыления режущей жидкости непосредственно на кончик сверла, что может эффективно снизить температуру и очистить щелочи;использовать периодическое бурение (ввертывать и вывертывать многократно), чтобы избежать накопления щелочей.
Примечание: P3 может быть диаграммой установки параметров для поворота / фрезы / бурения или диаграммой кривой отношения между скоростью резки и сроком службы инструмента.
Резюме
Ключ к успешной обработке титанового сплава заключается в трех аспектах: во-первых, полное понимание характеристик обработки титанового сплава для целевой оптимизации; во-вторых,выбор подходящего покрытия инструмента в соответствии со сценариями обработки для улучшения износостойкости инструмента и стабильности при высоких температурахВ-третьих, установление научных параметров резания для контроля температуры резания и снижения закаливания.также необходимо сопоставлять с высококачественной жидкостью для резки (предпочтительно для жидкости для резки на водной основе с хорошей эффективностью охлаждения), или жидкости для резки на масляной основе для низкоскоростной обработки) и разумной геометрии инструмента, чтобы достичь наилучшего эффекта обработки.