Dalla scoperta del titanio nel 1790, l'uomo ha esplorato per un secolo per ottenere le sue straordinarie proprietà. Nel 1910, gli esseri umani produssero per la prima volta il titanio, ma la strada verso l'applicazione delle leghe di titanio fu lunga e ardua. Fu solo 40 anni dopo, nel 1951, che la produzione industriale fu finalmente realizzata.
Le leghe di titanio hanno le caratteristiche di elevata resistenza specifica, resistenza alla corrosione, resistenza alle alte temperature e resistenza alla fatica. Il peso delle leghe di titanio della stessa dimensione è solo il 60% di quello dell'acciaio, ma è più resistente dell'acciaio legato. Grazie alle sue buone proprietà, le leghe di titanio sono state sempre più ampiamente utilizzate nell'aviazione, nell'aerospaziale, nelle apparecchiature per la produzione di energia, nell'energia nucleare, nelle navi, nelle apparecchiature chimiche e mediche.
Ragioni della difficoltà nella lavorazione delle leghe di titanio
Le quattro caratteristiche delle leghe di titanio, come bassa conduttività termica, forte incrudimento, elevata affinità con gli utensili da taglio e piccola deformazione plastica, sono le ragioni essenziali della difficoltà nella lavorazione delle leghe di titanio. Il suo indice di taglio equivale solo al 20% di quello dell'acciaio facile da tagliare.
Bassa conduttività termica
La conduttività termica della lega di titanio è solo circa il 16% di quella dell'acciaio 45#. Il calore non può essere dissipato in tempo durante la lavorazione, con conseguente temperatura elevata locale del tagliente (la temperatura della punta durante la lavorazione è più di 1 volta quella dell'acciaio 45#), che provoca facilmente l'usura diffusa dell'utensile.
Grave incrudimento del lavoro
Il fenomeno dell'incrudimento della lega di titanio è evidente e lo strato di indurimento superficiale è più grave di quello dell'acciaio inossidabile, il che causerà alcune difficoltà nella lavorazione successiva, come un aumento dei danni al limite dell'utensile.
Elevata affinità con gli strumenti
Adesione forte con carburo cementato contenente titanio.
Piccola deformazione plastica
È circa la metà del modulo elastico dell'acciaio 45, quindi il recupero elastico è ampio e l'attrito è notevole. Allo stesso tempo, il pezzo è anche soggetto a deformazioni di bloccaggio.
Consigli tecnici per la lavorazione della lega di titanio
Sulla base della comprensione del meccanismo di lavorazione della lega di titanio e dell'esperienza precedente, i principali suggerimenti sul processo per la lavorazione della lega di titanio sono i seguenti:
(1) Utilizzare una lama con geometria ad angolo positivo per ridurre la forza di taglio, il calore di taglio e la deformazione del pezzo.
(2) Mantenere un avanzamento costante per evitare l'indurimento del pezzo. L'utensile deve essere sempre in avanzamento durante il processo di taglio. La profondità di taglio radiale ae durante la fresatura deve essere pari al 30% del raggio.
(3) Utilizzare fluido da taglio ad alta pressione e flusso elevato per garantire la stabilità termica del processo di lavorazione e prevenire la degenerazione della superficie e danni all'utensile dovuti a temperatura eccessiva.
(4) Mantenere il bordo della lama affilato. Gli utensili spuntati sono causa di accumulo di calore e usura, che possono facilmente portare al guasto dell'utensile.
(5) Lavorare il più possibile la lega di titanio nel suo stato più morbido, poiché il materiale diventa più difficile da lavorare dopo l'indurimento. Il trattamento termico aumenta la resistenza del materiale e aumenta l'usura della lama.
(6) Utilizzare un raggio della punta dell'utensile ampio o uno smusso per tagliare e inserire la maggior parte possibile della lama nel taglio. Ciò può ridurre la forza di taglio e il calore in ciascun punto e prevenire danni locali. Quando si fresa una lega di titanio, la velocità di taglio ha il maggiore impatto sulla durata dell'utensile tra tutti i parametri di taglio, seguita dalla profondità di taglio radiale.
Risolvi i problemi di lavorazione del titanio iniziando dalla lama
L'usura della scanalatura della lama che si verifica durante la lavorazione della lega di titanio è un'usura locale sulla parte posteriore e anteriore lungo la direzione della profondità di taglio. Spesso è causato dallo strato indurito lasciato dalla lavorazione precedente. Anche la reazione chimica e la diffusione tra l'utensile e il materiale del pezzo ad una temperatura di lavorazione superiore a 800 gradi è uno dei motivi per la formazione dell'usura della scanalatura. Perché durante la lavorazione le molecole di titanio del pezzo si accumulano davanti alla lama e si "saldano" alla lama sotto alta pressione e alta temperatura per formare un tagliente di riporto. Quando il tagliente di riporto viene rimosso dalla lama, il rivestimento in carburo della lama viene rimosso. Pertanto, la lavorazione delle leghe di titanio richiede materiali e geometrie delle pale speciali.
Struttura dell'utensile adatta alla lavorazione del titanio
Il focus della lavorazione delle leghe di titanio è il calore. È necessario spruzzare una grande quantità di fluido da taglio ad alta pressione sul tagliente in modo tempestivo e accurato per rimuovere rapidamente il calore. Sul mercato esistono strutture di fresa uniche specifiche per la lavorazione delle leghe di titanio.
A partire dal metodo di lavorazione specifico
Girando
È facile ottenere una buona ruvidità superficiale dei prodotti in lega di titanio durante la tornitura e l'incrudimento non è grave, ma la temperatura di taglio è elevata e l'utensile si usura rapidamente. In considerazione di queste caratteristiche, in termini di utensili e parametri di taglio vengono adottate principalmente le seguenti misure:
Materiale dell'utensile: YG6, YG8 e YG10HT vengono selezionati in base alle condizioni esistenti in fabbrica.
Parametri della geometria dell'utensile: angoli anteriori e posteriori appropriati dell'utensile, punta arrotondata dell'utensile.
Bassa velocità di taglio, avanzamento moderato, profondità di taglio profonda, raffreddamento sufficiente, la punta dell'utensile non può essere più alta del centro del pezzo quando si gira il cerchio esterno, altrimenti è facile rimanere bloccati. Durante la finitura e la tornitura di parti a parete sottile, l'angolo di deflessione principale dell'utensile deve essere ampio, generalmente compreso tra 75 e 90 gradi.
Fresatura
La fresatura di prodotti in lega di titanio è più difficile della tornitura, poiché la fresatura è un taglio intermittente e i trucioli si attaccano facilmente alla lama. Quando i denti del truciolo appiccicoso tagliano nuovamente il pezzo, i trucioli appiccicosi vengono staccati e portano via un piccolo pezzo di materiale dell'utensile, formando un bordo rotto, che riduce notevolmente la durata dell'utensile.
Metodo di fresatura: generalmente utilizzare la fresatura concorde.
Materiale dell'utensile: acciaio ad alta velocità M42.
Generalmente, la lavorazione dell'acciaio legato non utilizza la fresatura concorde. A causa dell'influenza dello spazio tra la vite di comando della macchina utensile e il dado, durante la fresatura concorde, la fresa agisce sul pezzo e la forza nella direzione di avanzamento è la stessa della direzione di avanzamento, il che può facilmente causare la rottura del pezzo il tavolo abbia un movimento intermittente, causando la rottura della taglierina. Per la fresatura concorde, i denti della fresa colpiscono la pelle dura quando iniziano a tagliare, causando la rottura della fresa. Tuttavia, poiché i trucioli della fresatura inversa vanno da sottili a spessi, la fresa è soggetta ad attrito secco con il pezzo in lavorazione quando taglia per la prima volta, il che aggrava l'adesione e la scheggiatura della fresa. Per fresare in modo uniforme le leghe di titanio, va anche notato che l'angolo anteriore dovrebbe essere ridotto e l'angolo posteriore dovrebbe essere aumentato rispetto alla fresa standard generale. La velocità di fresatura dovrebbe essere bassa e si dovrebbero utilizzare il più possibile frese a denti affilati e si dovrebbe evitare l'uso di frese a denti a pala.
Toccando
Quando si maschiano prodotti in lega di titanio, poiché i trucioli sono piccoli, è facile che aderiscano alla lama e al pezzo in lavorazione, determinando un elevato valore di rugosità e una coppia elevata sulla superficie lavorata. Una selezione impropria e un funzionamento improprio dei maschi durante la maschiatura possono facilmente causare incrudimento, efficienza di lavorazione estremamente bassa e rottura occasionale del maschio.
È necessario privilegiare l'utilizzo di un rubinetto con un solo filetto in posizione. Il numero di denti dovrebbe essere inferiore a quello di un maschio standard, generalmente da 2 a 3 denti. L'angolo di conicità del taglio deve essere ampio e la parte conica è generalmente lunga da 3 a 4 fili. Per facilitare la rimozione dei trucioli è possibile rettificare anche un angolo negativo sulla parte conica del tagliente. Provare a utilizzare colpi brevi per aumentare la rigidità del cono. La parte conica inversa del cono deve essere opportunamente più grande di quella standard per ridurre l'attrito tra il maschio e il pezzo da lavorare.
Alesatura
L'usura dell'utensile non è grave durante l'alesatura delle leghe di titanio e possono essere utilizzati sia alesatori in metallo duro che in acciaio rapido. Quando si utilizzano alesatori in metallo duro, è necessario adottare una rigidità del sistema di processo simile alla foratura per evitare la scheggiatura dell'alesatore. Il problema principale durante l'alesatura delle leghe di titanio è che la finitura dell'alesatura non è buona. La larghezza della lama dell'alesatore deve essere ridotta con una pietra oleosa per evitare che la lama si attacchi alla parete del foro, ma deve essere garantita una resistenza sufficiente. Generalmente, la larghezza della lama è compresa tra 0,1 e 0,15 mm.
La transizione tra il tagliente e la parte di calibrazione dovrebbe essere un arco morbido. Dopo l'usura, dovrebbe essere riparato in tempo e la dimensione dell'arco di ciascun dente dovrebbe essere coerente; se necessario, è possibile aumentare la parte di calibrazione del cono posteriore.
Perforazione
La perforazione della lega di titanio è difficile e durante la lavorazione si verifica spesso il fenomeno della combustione e della rottura della punta. Ciò è dovuto principalmente a diversi motivi, quali scarsa affilatura della punta, rimozione prematura dei trucioli, scarso raffreddamento e scarsa rigidità del sistema di processo. Pertanto, nella foratura delle leghe di titanio, è necessario prestare attenzione alla rettifica ragionevole della punta, all'ampio angolo superiore, al ridotto angolo anteriore del bordo esterno, all'aumento dell'angolo posteriore del bordo esterno e alla rastremazione posteriore che deve essere aumentata da 2 a 3 volte rispetto a quella del punta da trapano standard. Ritrarre frequentemente l'utensile e rimuovere i trucioli in tempo, prestando attenzione alla forma e al colore dei trucioli. Se i trucioli appaiono piumati o cambiano colore durante la foratura, significa che la punta del trapano è smussata e l'utensile deve essere cambiato e affilato in tempo.
La maschera di perforazione deve essere fissata sul banco di lavoro, la superficie del coltello guida della maschera di perforazione deve essere vicina alla superficie di lavorazione e provare a utilizzare una punta da trapano corta. Un altro problema degno di nota è che quando si adotta l'alimentazione manuale, la punta del trapano non deve spostarsi avanti o indietro nel foro, altrimenti la lama del trapano sfregherà contro la superficie di lavorazione, provocando un incrudimento e rendendo la punta smussata.
Rettifica
Un problema comune nella rettifica di parti in lega di titanio è che i trucioli appiccicosi causano il blocco della mola e bruciature sulla superficie della parte. Il motivo è che la conduttività termica della lega di titanio è scarsa, il che provoca un'elevata temperatura nell'area di macinazione, per cui la lega di titanio e l'abrasivo sono legati, diffusi e reagiscono fortemente chimicamente. I trucioli appiccicosi e il bloccaggio della mola portano ad una significativa diminuzione del rapporto di macinazione. Come risultato della diffusione e della reazione chimica, la superficie del pezzo viene bruciata, con conseguente diminuzione della resistenza alla fatica delle parti, che è più evidente quando si rettificano getti di leghe di titanio.
Per risolvere questo problema le misure adottate sono:
Selezionare il materiale della mola adatto: carburo di silicio verde TL. Durezza della mola leggermente inferiore: ZR1.
La lavorazione di taglio dei materiali in lega di titanio deve essere controllata dagli aspetti dei materiali degli utensili, dei fluidi da taglio e dei parametri di lavorazione per migliorare l'efficienza complessiva della lavorazione dei materiali in lega di titanio.
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