Titaniumlegering wordt op grote schaal gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, de geneeskunde, de automobielindustrie en andere hoogwaardige productiesectoren vanwege de uitstekende eigenschappen zoals hoge specifieke sterkte,corrosiebestendigheid en biocompatibiliteitDe machinabiliteit van de machine is echter beperkt door de hoge snijtemperatuur, de hoge slijtage van het gereedschap en de eenvoudige hardheid van het werk.het gebruik van gereedschap verminderen en de kwaliteit van het werkstuk waarborgen, is het essentieel om de volgende drie kernpunten te beheersen, met de nadruk op de keuze van de coating en de optimalisatie van de snijparameters.
Sleutelpunt 1: Begrijpen van de bewerkbaarheid van titaniumlegering
Voordat de coatings worden geselecteerd en de snijparameters worden vastgesteld, moeten de intrinsieke eigenschappen van titaniumlegering die van invloed zijn op de bewerking, worden verduidelijkt.die de basis vormt voor latere optimalisatie:
•Lage warmtegeleidbaarheidDe thermische geleidbaarheid van titaniumlegering is slechts 1/4 tot 1/5 van die van staal.het grootste deel van de gegenereerde warmte wordt opgehoopt in de snijzone (gereedschapspits en contactgebied van het werkstuk) in plaats van te verdwijnen via chips of werkstukken, wat leidt tot een extreem hoge lokale temperatuur (tot 800 tot 1000°C), waardoor de slijtage van het gereedschap en de vervorming van het werkstuk versneld worden.
•Hoge chemische activiteit: bij hoge temperaturen reageert titaniumlegering gemakkelijk met zuurstof, stikstof en koolstof in de lucht om harde en broze verbindingen te vormen (zoals TiO2, TiN, TiC),die de snijkracht vergroten en slijtage van gereedschappen veroorzakenHet kan zich ook aan het gereedschapsmateriaal binden, wat leidt tot slijtage van de lijm.
•Werkverharding: Titaniumlegering heeft een hoge sterkte en een duidelijk werkverhardende werking.die het gereedschap zal krabben en de oppervlaktekwaliteit van de volgende bewerking zal beïnvloeden.
Opmerking: de P1 kan een vergelijkingsdiagram zijn van de thermische geleidbaarheid tussen titaniumlegering en gewone metalen, of een microscopisch diagram van de werkverhardingslaag van titaniumlegering na het snijden.
Belangrijkste punt 2: rationele keuze van werktuigcoatings
Werktuigcoatings spelen een cruciale rol bij het bewerken van titaniumlegeringen door wrijving te verminderen, hoge temperaturen te isoleren, de chemische stabiliteit te verbeteren en de slijtvastheid te verbeteren.De selectie van de coatings moet gebaseerd zijn op het type titaniumlegering (zoals Ti-6Al-4V), zuiver titanium), bewerkingsmethode (frezen, draaien, boren) en bewerkingsvereisten (ruwmaken, afwerking).
2.1 Titaniumnitride (TiN) coating
TiN-coating is een traditionele harde coating met een hardheid van ongeveer 2000 ~ 2500 HV en een lage wrijvingscoëfficiënt (0,4 ~ 0,6).en kan effectief kleefstof slijtage tussen het gereedschap en titanium legering te verminderenHet is echter slecht bestand tegen oxidatie en zal oxideren en falen wanneer de temperatuur 500°C overschrijdt. Het is geschikt voor het met lage snelheid ruwen van puur titanium en laaggelegeerd titanium,of bewerkingsscenario's met een lage snijtemperatuur.
2.2 Coating met titaniumcarbonitried (TiCN)
TiCN-coating is een verbeterde versie van TiN, met een hardheid van 2500 ~ 3000 HV, hogere slijtvastheid en thermische stabiliteit dan TiN.De toevoeging van koolstof verhoogt de weerstand van de coating tegen slijtage door kleefstoffen en slijtage door schuurstoffen, en de oxidatietechniek wordt verhoogd tot 600°C tot 650°C. Het is geschikt voor het middelsnel draaien en frezen van Ti-6Al-4V en andere veelgebruikte titaniumlegeringen,en kan de bewerkingsefficiëntie en de levensduur van het gereedschap in evenwicht brengen.
2.3 Aluminium-titaniumnitride (AlTiN) coating
AlTiN-coating is een hoogtemperatuurbestendige coating met uitstekende alomvattende prestaties, met een hardheid van 3000~3500 HV en een oxidatieresistentie tot 800~900°C.Het aluminiumelement in de coating vormt bij hoge temperatuur een dichte Al2O3-film, die de chemische reactie tussen titaniumlegering en het werktuigsubstraat (zoals carbide) effectief kan isoleren en thermische slijtage en chemische slijtage aanzienlijk kan verminderen.Het is de voorkeurscoating voor het snel afwerken en halffabriceren van titaniumlegering, met name geschikt voor bewerkingsscenario's met hoge temperatuur, zoals hogesnelheidsfreeswerk en diepboren.
2.4 Diamanten-achtige koolstof (DLC) coating
DLC-coating heeft een extreem lage wrijvingscoëfficiënt (0,1 ~ 0,2) en een hoge hardheid (1500 ~ 2500 HV), waardoor de wrijving en hechting tussen het gereedschap en de titaniumlegering tot een minimum kunnen worden beperkt,en vermijden van hardheid door overmatige snijkrachtDe thermische stabiliteit is echter slecht (oxideringsfalen boven 400°C) en het is broos, dus het is alleen geschikt voor lage snelheid,met een breedte van niet meer dan 30 mm,, en niet voor ruwmaken bij hoge temperatuur.
Opmerking: de P2 kan een prestatievergelijkende tabel van verschillende coatings zijn (hardheid, oxidatietemperatuur, toepasselijk scenario) of een fysiek schema van beklede gereedschappen voor het bewerken van titaniumlegeringen.
Sleutelpunt 3: Wetenschappelijke vaststelling van de snijparameters
Voor het bewerken van titaniumlegeringen hebben de snijparameters (snijsnelheid, voedingssnelheid, snijdiepte) een directe invloed op de snijtemperatuur, de snijkracht, de slijtage van het gereedschap en de kwaliteit van het werkstuk.het kernprincipe van de parameterinstelling is"laag snijvermogen, matige voertempo, kleine snijdiepte"De volgende parameters worden aanbevolen voor gemeenschappelijke bewerkingsmethoden (bijvoorbeeld Ti-6Al-4V, de meest gebruikte titaniumlegering,(bijv. met behulp van een elektrisch werktuig):
3.1 Draaiparameters
•Snij snelheid (vc): bij ruwmaken bedraagt de snelheid 30 tot 60 m/min; bij afwerking 60 tot 100 m/min. Bij gebruik van met AlTiN beklede gereedschappen kan de snelheid naar behoren worden verhoogd tot 80 tot 120 m/min; bij zuiver titaniumDe snelheid moet met 20% tot 30% worden verlaagd om overmatige hechting te voorkomen..
•Voerpercentage (f): de voersnelheid bedraagt 0,1 tot 0,3 mm/u bij ruwe bewerking en 0,05 tot 0,15 mm/u bij afwerking.te lage voertempo zal ervoor zorgen dat het gereedschap tegen het werkstuk wrijft, versnelling van slijtage.
•Snijdiepte (ap): De snijdiepte voor ruwe bewerking is 1 tot 3 mm en voor afwerking 0,1 tot 0,5 mm.omdat het gereedschap zal glijden op de geharde laag van het werkstuk, wat resulteert in ernstige slijtage door slijtage.
3.2 Freesparameters
•Snij snelheid (vc): Bij randfrees (ruwe frees) is de snelheid 20~50 m/min; bij afwerking is deze 50~80 m/min. Bij oppervlakfrees kan de snelheid iets hoger zijn,40 tot 70 m/min voor ruwmaken en 70 tot 100 m/min voor afwerkingMet gecoat gereedschap kan de snelheid met 10% tot 20% worden verhoogd.
•Voerpercentage per tand (fz)Voor het eindfrezen van dunwandige werkstukken is de inbreng per tand 0,050,15 mm/tand voor ruwmaken en 0,020,08 mm/tand voor afwerking.de voersnelheid moet worden verlaagd om vervorming van het werkstuk te voorkomen.
•Snijdiepte (ap/ae): De asdiepte van het snijwerk (ap) voor ruwmaken is 0,5 tot 2 mm en voor afwerking 0,1 tot 0,3 mm; de radiële snijdiepte (ae) is over het algemeen 50% tot 100% van de werktuigdiameter.
3.3 Borparameters
Bij het boren van titaniumlegeringen kunnen problemen optreden zoals verstoptheid van de splinterstukken, gebroken gereedschap en slechte gatkwaliteit.
•Snij snelheid (vc): 10 tot 30 m/min, wat lager is dan bij het draaien en frezen, om de temperatuur van de boorpunt te verlagen.
•Voerpercentage (f): 0,1 tot 0,2 mm/s, zodat de chips soepel kunnen worden ontladen zonder dat de boorfluit verstopt raakt.
• Hulpmiddelen: gebruik interne koelboormachines om snijvloeistof rechtstreeks op de boorspits te sproeien, waardoor de temperatuur en de spoelplaten effectief kunnen worden verlaagd;gebruik maken van intermitterend boren (herhaaldelijk in- en uitboren) om ophoping van chips te voorkomen.
Opmerking: de P3 kan een parameterinstellingsdiagram zijn voor draaien/frezen/boren, of een curve diagram van de relatie tussen snij snelheid en levensduur van het gereedschap.
Samenvatting
De sleutel tot een succesvolle bewerking van titaniumlegeringen ligt in drie aspecten: ten eerste, een volledig begrip van de bewerkingskenmerken van titaniumlegeringen om de doeloptimalisatie te bereiken; ten tweede, een volledig begrip van de bewerkingskenmerken van titaniumlegeringen om de doeloptimalisatie te bereiken.het selecteren van de juiste werktuigcoating volgens bewerkingsscenario's om de slijtvastheid van het werktuig en de stabiliteit bij hoge temperaturen te verbeterenIn de derde plaats moeten wetenschappelijke snijparameters worden vastgesteld om de snijtemperatuur te beheersen en de hardheid van het werk te verminderen.het is ook noodzakelijk om te matchen met hoogwaardige snijvloeistof (bij voorkeur voor op water gebaseerde snijvloeistof met een goede koelprestatie), of op olie gebaseerde snijvloeistof voor lage bewerking) en een redelijke werktuiggeometrie, zodat het beste bewerkingseffect wordt bereikt.