Warum glauben wir, dass Titanlegierungen ein schwer zu bearbeitendes Material sind? Aufgrund des Mangels an tiefem Verständnis seines Verarbeitungsmechanismus und -phänomens.
1. Physikalische Phänomene der Titanbearbeitung
Die Schnittkraft bei der Verarbeitung von Titanlegierungen ist nur geringfügig höher als die von Stahl mit der gleichen Härte, aber das physikalische Phänomen bei der Verarbeitung von Titanlegierungen ist viel komplizierter als das bei der Verarbeitung von Stahl, was die Verarbeitung von Titanlegierungen vor große Schwierigkeiten stellt.
Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Titanlegierungen ist sehr gering, sie beträgt nur 1/7 von Stahl und 1/16 von Aluminium. Daher wird die beim Schneiden von Titanlegierungen erzeugte Wärme nicht schnell auf das Werkstück übertragen oder durch Späne abtransportiert, sondern sammelt sich im Schneidbereich und die erzeugte Temperatur kann bis zu 1000 ° C betragen, was zu … Die Schneidkante des Werkzeugs kann schnell verschleißen, reißen und absterben. Aufbauschneidenbildung, schnelles Auftreten verschlissener Kanten, wiederum erzeugt mehr Wärme in der Schneidzone, was die Standzeit des Werkzeugs weiter verkürzt.
Die beim Schneidvorgang erzeugte hohe Temperatur zerstört auch die Oberflächenintegrität von Titanlegierungsteilen, was zu einer Verschlechterung der geometrischen Genauigkeit des Teils und einem Kaltverfestigungsphänomen führt, das seine Ermüdungsfestigkeit erheblich verringert.
Die Elastizität von Titanlegierungen kann sich positiv auf die Leistung von Teilen auswirken, beim Schneiden ist jedoch die elastische Verformung des Werkstücks eine wichtige Ursache für Vibrationen. Durch den Schneiddruck verlässt das „elastische“ Werkstück das Werkzeug und prallt zurück, sodass die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück größer ist als die Schneidwirkung. Durch den Reibungsprozess entsteht außerdem Wärme, was das Problem der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen verschärft.
Noch gravierender ist dieses Problem bei der Bearbeitung dünnwandiger oder ringförmiger Teile, die sich leicht verformen. Es ist keine leichte Aufgabe, dünnwandige Teile aus Titanlegierungen mit der erwarteten Maßgenauigkeit zu bearbeiten. Denn wenn das Werkstückmaterial durch das Werkzeug weggedrückt wird, hat die lokale Verformung der dünnen Wand den elastischen Bereich überschritten, um eine plastische Verformung zu erzeugen, und die Materialfestigkeit und -härte an der Schneidstelle nehmen deutlich zu. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bearbeitung mit der ursprünglich festgelegten Schnittgeschwindigkeit zu hoch, was zusätzlich zu einem starken Verschleiß des Werkzeugs führt.
„Hitze“ ist der „Schuldige“ für die Schwierigkeit bei der Verarbeitung von Titanlegierungen!
2. Technologisches Know-how zur Verarbeitung von Titanlegierungen
Auf der Grundlage des Verständnisses des Verarbeitungsmechanismus von Titanlegierungen, gepaart mit früheren Erfahrungen, ist das wichtigste Prozess-Know-how für die Verarbeitung von Titanlegierungen wie folgt:
(1) Wendeschneidplatten mit positiver Winkelgeometrie zur Reduzierung der Schnittkraft, der Schnittwärme und der Verformung des Werkstücks.
(2) Halten Sie einen konstanten Vorschub ein, um eine Verhärtung des Werkstücks zu vermeiden. Während des Schneidvorgangs sollte sich das Werkzeug immer im Vorschubzustand befinden. Der radiale Schnittbetrag ae sollte beim Fräsen 30 % des Radius betragen.
(3) Schneidflüssigkeit mit hohem Druck und großem Durchfluss wird verwendet, um die thermische Stabilität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen und eine Degeneration der Werkstückoberfläche und Werkzeugschäden aufgrund übermäßiger Temperaturen zu verhindern.
(4) Halten Sie die Schneide der Klinge scharf, stumpfe Messer sind die Ursache für Hitzestau und Verschleiß, was leicht zum Ausfall der Messer führen kann.
(5) Verarbeitung im möglichst weichen Zustand der Titanlegierung, da das Material nach dem Aushärten schwieriger zu verarbeiten ist, die Wärmebehandlung die Festigkeit des Materials verbessert und den Verschleiß der Klinge erhöht.
(6) Verwenden Sie einen großen Nasenradius oder eine Fase, um so weit wie möglich in die Schneidkante einzuschneiden. Dadurch können die Schnittkraft und die Hitze an jedem Punkt reduziert und lokale Brüche verhindert werden. Beim Fräsen von Titanlegierungen hat unter den Schnittparametern die Schnittgeschwindigkeit den größten Einfluss auf die Standzeit vc, gefolgt vom radialen Schnittbetrag (Frästiefe) ae.
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3. Lösung von Titanverarbeitungsproblemen beginnend bei der Klinge
Der Klingennutverschleiß, der bei der Bearbeitung von Titanlegierungen auftritt, ist der lokale Verschleiß der Vorder- und Rückseite entlang der Schnitttiefenrichtung, der häufig durch die gehärtete Schicht verursacht wird, die bei der vorherigen Bearbeitung zurückgeblieben ist. Auch die chemische Reaktion und Diffusion zwischen Werkzeug und Werkstückwerkstoff bei einer Verarbeitungstemperatur von über 800 °C ist eine der Ursachen für die Entstehung von Rillenverschleiß. Denn während der Bearbeitung sammeln sich die Titanmoleküle des Werkstücks an der Vorderseite der Klinge an und werden unter hohem Druck und hoher Temperatur mit der Klinge „verschweißt“, wodurch eine Aufbauschneide entsteht. Wenn sich die Aufbauschneide von der Schneidkante ablöst, wird die Hartmetallbeschichtung der Wendeschneidplatte entfernt, sodass für die Bearbeitung von Titan spezielle Wendeschneidplattenmaterialien und -geometrien erforderlich sind.
4. Werkzeugstruktur geeignet für die Titanbearbeitung
Bei der Verarbeitung von Titanlegierungen steht die Wärme im Mittelpunkt. Um die Wärme schnell abzuleiten, muss eine große Menge Hochdruck-Schneidflüssigkeit rechtzeitig und präzise auf die Schneidkante gesprüht werden. Auf dem Markt gibt es einzigartige Fräserstrukturen, die speziell für die Bearbeitung von Titanlegierungen verwendet werden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 09.08.2023
