Warum denken wirTitanlegierungist ein schwer zu verarbeitendes Material? Weil uns ein tiefes Verständnis seiner Verarbeitungsmechanismen und -phänomene fehlt.
1. Physikalische Phänomene der Titanverarbeitung
Die Schnittkraft bei der Verarbeitung von Titanlegierungen ist nur geringfügig höher als die von Stahl mit der gleichen Härte, aber das physikalische Phänomen der Titanlegierungsverarbeitung ist viel komplizierter als das der Stahlverarbeitung, was die Verarbeitung von Titanlegierungen mit großen Schwierigkeiten konfrontiert.
Warum glauben wir, dass Titanlegierungen ein schwer zu verarbeitendes Material sind? Aufgrund des mangelnden Verständnisses seines Verarbeitungsmechanismus
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 entstehende Wärme nicht schnell auf das Werkstück übertragen oder von den Spänen abgeführt, sondern sammelt sich im Schneidbereich. Die erzeugte Temperatur kann bis zu 1,000 Grad oder mehr betragen, was dazu führt, dass die Schneidkante des Werkzeugs schnell verschleißt, reißt und eine Aufbauschneide entsteht, und die abgenutzte Klinge erzeugt beim Schneiden schnell mehr Wärme Bereich, was die Lebensdauer des Werkzeugs weiter verkürzt.
Die beim Schneidvorgang erzeugte hohe Temperatur zerstört auch die Oberflächenintegrität von Titanlegierungsteilen, was zu einer Verschlechterung der geometrischen Genauigkeit der Teile und einem Kaltverfestigungsphänomen führt, das ihre Ermüdungsfestigkeit erheblich verringert.
Die Elastizität von Titanlegierungen kann sich positiv auf die Leistung von Teilen auswirken, während des Schneidvorgangs ist die elastische Verformung des Werkstücks jedoch 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, die die schlechte Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen noch verstärkt.
Dieses Problem ist bei der Verarbeitung dünnwandiger oder ringförmiger Teile, die sich leicht verformen lassen, noch gravierender. Es ist nicht einfach, dünnwandige Teile aus Titanlegierungen mit der erwarteten Maßgenauigkeit zu bearbeiten. Da das Werkstückmaterial durch das Werkzeug weggedrückt wird, hat die lokale Verformung der dünnen Wand den elastischen Bereich überschritten und führt zu einer plastischen Verformung, und die Materialfestigkeit und Härte der Schneidspitze werden deutlich erhöht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bearbeitung gemäß der ursprünglich festgelegten Schnittgeschwindigkeit zu hoch, was zu einem weiteren schnellen Verschleiß des Werkzeugs führt.
„Hitze“ ist der „Schuldige“ an der Schwierigkeit bei der Verarbeitung von Titanlegierungen!
2. Verarbeitungstipps für die Verarbeitung von Titanlegierungen
Basierend auf dem Verständnis des Verarbeitungsmechanismus von Titanlegierungen und früheren Erfahrungen lauten die wichtigsten Prozesstipps für die Verarbeitung von Titanlegierungen wie folgt:
(1) Verwenden Sie eine Klinge mit positiver Winkelgeometrie, um Schnittkraft, Schnittwärme und Werkstückverformung zu reduzieren.
(2) Halten Sie einen konstanten Vorschub ein, um eine Verhärtung des Werkstücks zu vermeiden. Während des Schneidvorgangs sollte sich das Werkzeug stets im Vorschubzustand befinden. Die radiale Schnitttiefe ae beim Fräsen sollte 30 % des Radius betragen.
(3) Verwenden Sie Schneidflüssigkeit mit hohem Druck und hohem Durchfluss, um die thermische Stabilität des Verarbeitungsprozesses sicherzustellen und Oberflächendegeneration und Werkzeugschäden aufgrund übermäßiger Temperatur zu verhindern.
(4) Halten Sie die Klingenkante scharf. Stumpfe Werkzeuge sind die Ursache für Hitzestau und Verschleiß, die leicht zum Ausfall des Werkzeugs führen können.
(5) Verarbeiten Sie Titanlegierungen möglichst im weichsten Zustand, da das Material nach dem Aushärten schwieriger zu verarbeiten ist. Die Wärmebehandlung erhöht die Festigkeit des Materials und erhöht den Klingenverschleiß.
(6) Verwenden Sie zum Einschneiden einen großen Werkzeugspitzenradius oder eine Fase und stecken Sie so viel von der Klinge wie möglich in den Schnitt. Dadurch können die Schnittkraft und die Hitze an jedem Punkt reduziert und lokale Schäden verhindert werden. Beim Fräsen von Titanlegierungen hat die Schnittgeschwindigkeit von allen Schnittparametern den größten Einfluss auf die Standzeit vc, gefolgt von der radialen Schnitttiefe ae.
3. Lösen Sie das Titanverarbeitungsproblem der Klinge
Der Klingenrillenverschleiß, der bei der Verarbeitung von Titanlegierungen auftritt, ist der lokale Verschleiß der Vorder- und Rückseite entlang der Schnitttiefenrichtung. Die Ursache liegt oft in der verhärteten Schicht, die durch die vorherige Bearbeitung entstanden ist. Auch die chemische Reaktion und Diffusion zwischen Werkzeug und Werkstückmaterial bei einer Verarbeitungstemperatur von über 800 Grad ist einer der Gründe für die Entstehung von Rillenverschleiß. Denn bei der Bearbeitung sammeln sich die Titanmoleküle des Werkstücks vor der Klinge an und „verschweißen“ sie unter hohem Druck und hoher Temperatur mit der Klinge zu einer Aufbauschneide. Beim Abziehen der Aufbauschneide von der Klinge wird die Hartmetallbeschichtung der Klinge abgetragen. Daher erfordert die Verarbeitung von Titanlegierungen spezielle Klingenmaterialien und -geometrien.
4. Werkzeugstruktur geeignet für die Titanbearbeitung
Bei der Verarbeitung von Titanlegierungen steht die Wärme im Mittelpunkt. Um die Wärme schnell abzuführen, muss eine große Menge Hochdruck-Schneidflüssigkeit rechtzeitig und präzise auf die Schneidkante gesprüht werden. Speziell für die Bearbeitung von Titanlegierungen gibt es auf dem Markt einzigartige Fräserstrukturen.
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