iCNC > Блог > Особенности обработки титана

Особенности обработки титана

07.08.2015

slide4

Титан – один из сверх проч­ных метал­лов, кото­рый в насто­я­щее вре­мя широ­ко при­ме­ня­ет­ся в раз­ных отрас­лях про­мыш­лен­но­сти. Извест­но, что фре­зе­ро­ва­ние тита­на тре­бу­ет спе­ци­фи­че­ских усло­вий вви­ду его осо­бен­но­стей. Если срав­ни­вать этот металл с дру­ги­ми, то мож­но отме­тить, что меха­ни­че­ская обра­бот­ка тита­на в любом слу­чае будет предъ­яв­лять мак­си­маль­но высо­кие тре­бо­ва­ния и накла­ды­вать мас­су раз­ных огра­ни­че­ний. Титан и спла­вы из это­го метал­ла име­ют свой­ства, кото­рые могут ока­зы­вать нема­лое вли­я­ние на про­цесс реза­ния и на сам режу­щий мате­ри­ал, что обя­за­тель­но сле­ду­ет брать во вни­ма­ние тока­рям. Если пред­ва­ри­тель­но будет выбран нуж­ный режим реза­ния, пра­виль­но подо­бран режу­щий инстру­мент, хоро­ший ста­нок и дру­гие эле­мен­ты, тре­бу­е­мые для обра­бот­ки тита­на и его спла­вов, то про­из­во­ди­тель­ность тру­да будет доста­точ­но высо­кой. В насто­я­щее вре­мя неслож­но обой­ти все труд­но­сти обра­бот­ки тита­на, кото­рые воз­ни­ка­ли несколь­ко лет назад и каза­лись непре­одо­ли­мы­ми. Очень важ­но брать во вни­ма­ние все свой­ства тита­на и тита­но­вых спла­вов перед нача­лом обра­бот­ки изде­лия. При­ме­ча­тель­но, что боль­шин­ство свойств, кото­рые и дела­ют титан один из самых при­вле­ка­тель­ных метал­лов в насто­я­щее вре­мя, могут ока­зы­вать нема­ло­важ­ное вли­я­ние на про­цесс обра­ба­ты­ва­е­мо­сти, а имен­но:

• Титан обла­да­ет высо­ким соот­но­ше­ни­ем проч­но­сти к мас­се, при этом плот­ность дан­но­го мета­ла зача­стую состав­ля­ет поряд­ка 60% от плот­но­сти ста­ли;
• По срав­не­нию со ста­лью этот металл име­ет низ­кий модуль упру­го­сти, а так­же отли­ча­ет­ся высо­кой подат­ли­во­стью к обра­бот­ке;
• Титан изве­стен высо­чай­шей стой­ко­стью к кор­ро­зии, при этом дан­ный пока­за­тель куда выше чем у нержа­ве­ю­щей ста­ли;
• Низ­кая теп­ло­про­вод­ность.

Все это ука­зы­ва­ет на то, что титан и спла­вы из это­го метал­ла во вре­мя обра­бот­ки могут гене­ри­ро­вать доста­точ­но высо­кие силы реза­ния во вре­мя обра­бот­ки с высо­кой сте­пе­нью кон­цен­тра­ции. В конеч­ном ито­ге про­цесс реза­ния это­го метал­ла будет сопро­вож­дать­ся повы­шен­ной виб­ра­ци­ей, а это явле­ние в свою оче­редь при­ве­дет к чрез­мер­но­му изно­су режу­ще­го инстру­мен­та. Сто­ит отме­тить, что титан явля­ет­ся одним из немно­гих метал­лов, кото­рые очень пло­хо про­во­дят теп­ло и имен­но поэто­му для обра­бот­ки это­го метал­ла при­ня­то исполь­зо­вать инстру­мент с высо­ки­ми пока­за­те­ля­ми крас­но­стой­ко­сти.

О труд­но­стях обра­бот­ки тита­на

В насто­я­щее вре­мя, как и ранее при­ня­то пола­гать, что титан доста­точ­но слож­но под­да­ет­ся обра­бот­ке меха­ни­че­ско­го типа. Совре­мен­ные стан­ки и режу­щие инстру­мен­ты дают воз­мож­ность эффек­тив­но обра­ба­ты­вать тита­но­вые заго­тов­ки с мак­си­маль­ной эффек­тив­но­стью, одна­ко крайне важ­но пра­виль­но выбрать обо­ру­до­ва­ние. Ранее титан обра­ба­ты­вал­ся в малых коли­че­ствах, поэто­му все труд­но­сти сво­ди­лись к тому, что сфе­ра метал­ло­об­ра­бот­ки попро­сту не име­ла доста­точ­но­го опы­та рабо­ты с этим метал­лом. В боль­шин­стве слу­ча­ев воз­ни­ка­ю­щие про­блем име­ли лишь отно­си­тель­ный харак­тер, то есть обра­бот­ка это­го метал­ла при­но­си­ла неожи­да­е­мые резуль­та­ты или же при­во­ди­ла к изно­су инстру­мен­та. Ранее было при­ня­то срав­ни­вать про­цесс обра­бот­ки всех метал­лов с обра­бот­кой меха­ни­че­ским мето­дом чугу­на, низ­ко­ле­ги­ро­ван­ных ста­лей и дру­гих мате­ри­а­лов, кото­рые уже дав­но широ­ко обра­ба­ты­ва­лись. Обра­бот­ка этих метал­лов более про­ста и предъ­яв­ля­ет мини­маль­ные тре­бо­ва­ния по отно­ше­нию к тита­ну и неко­то­рым сор­там ста­ли. Сто­ит отме­тить, что в боль­шин­стве слу­ча­ев обра­бот­ка тита­на долж­на про­во­дить­ся на иных ско­ро­стях пода­чи режу­ще­го инстру­мен­та и с соблю­де­ни­ем мер предо­сто­рож­но­сти, но при опре­де­лен­ном под­хо­де обра­бот­ку это­го метал­ла мож­но сде­лать мак­си­маль­но эффек­тив­ной и про­стой. Напри­мер, если будет исполь­зо­вать­ся ста­нок соот­вет­ству­ю­щей мощ­но­сти, тита­но­вая заго­тов­ка будет зажа­та надеж­но, а ста­нок будет обо­ру­до­ван спе­ци­аль­ным патро­ном, то при пра­виль­ном выбо­ре инстру­мен­та обра­бот­ка это­го мате­ри­а­ла не будет вызы­вать осо­бых ослож­не­ний.

7087

Обра­тим вни­ма­ние, что во вре­мя фре­зер­ной обра­бот­ки иде­аль­ные и ста­биль­ные усло­вия для обра­бот­ки тита­на могут при­сут­ство­вать дале­ко не все­гда. Сто­ит отме­тить, что боль­шин­ство изде­лий из тита­на име­ют доста­точ­но слож­ную фор­му с неболь­ши­ми стен­ка­ми, фас­ка­ми и канав­ка­ми. Что­бы обра­ба­ты­вать такие поверх­но­сти обя­за­тель­но при­хо­дит­ся исполь­зо­вать инстру­мент на длин­ной нож­ке, одна­ко такие инстру­мен­ты более осталь­ных склон­ны к дефор­ма­ции. При­ме­ча­тель­но, что про­бле­мы с виб­ра­ци­ей, кото­рые и при­во­дят к дефор­ми­ро­ва­нию инстру­мен­та, зача­стую воз­ни­ка­ют во вре­мя обра­бот­ки тита­на.

О мето­дах борь­бы с виб­ра­ци­ей и теп­ло­вы­ми выде­ле­ни­я­ми

Сто­ит обра­тить вни­ма­ние на неко­то­рые фак­то­ры, при­сут­ству­ю­щие в усло­ви­ях обра­бот­ки тита­на на широ­ко исполь­зу­е­мом обо­ру­до­ва­нии, напри­мер, что мно­гие стан­ки осна­ще­ны шпин­де­ля­ми ISO 40. Такие стан­ки рабо­та­ют с мак­си­маль­ной интен­сив­но­стью, поэто­му новы­ми они оста­ют­ся срав­ни­тель­но недол­го. Быва­ет так, что имен­но кон­струк­тив­ные осо­бен­но­сти той или иной дета­ли попро­сту не дают воз­мож­ность закре­пить ее в стан­ке доста­точ­но надеж­но. Обра­бот­ку тита­но­вых дета­лей в боль­шин­стве усу­губ­ля­ет и то, что при­хо­дит­ся обра­ба­ты­вать канав­ки, а так­же про­из­во­дить кон­тур­ную выбор­ку. Дело в том, что имен­но такие рабо­ты спо­соб­ству­ют появ­ле­нию чрез­мер­ной виб­ра­ции, хоть и не долж­ны вызы­вать это­го явле­ния. Важ­но все­гда сле­дить за тем, что­бы уро­вень виб­ра­ции заго­тов­ки во вре­мя ее обра­бот­ки был в допу­сти­мых пре­де­лах. Если име­ет­ся такая воз­мож­ность, то сто­ит мак­си­маль­но жест­ко зафик­си­ро­вать заго­тов­ку еще до нача­ла ее обра­бот­ки. Один из самых дей­ствен­ных в насто­я­щее вре­мя спо­со­бов борь­бы с чрез­мер­ной виб­ра­ци­ей во вре­мя точе­ния тита­но­вых заго­то­вок – мно­го­сту­пен­ча­тое креп­ле­ние. В этом слу­чае заго­тов­ки рас­по­ла­га­ют­ся мак­си­маль­но близ­ко к шпин­де­лю, что поз­во­ля­ет зна­чи­тель­но пони­зить уро­вень виб­ра­ции во вре­мя обра­бот­ки изде­лий из тита­на.

Сто­ит отме­тить, что даже во вре­мя ста­ноч­ной обра­бот­ки тита­на и спла­вов из это­го метал­ла он сохра­ня­ет твер­дость и проч­ность, что при­во­дит к повы­ше­нию нагруз­ки на режу­щие кром­ки рез­ца. В зоне непо­сред­ствен­но­го реза­ния неиз­мен­но будет выде­лять­ся боль­шое коли­че­ство теп­ла, что может при­ве­сти к дефор­ма­ци­он­но­му упроч­не­нию дета­ли. Имен­но поэто­му осо­бое зна­че­ние здесь име­ет пра­виль­ный выбор не толь­ко мар­ки спла­ва, но и гео­мет­рии исполь­зу­е­мой смен­ной пла­сти­ны. С дав­них вре­мен мел­ко­зер­ни­стые спла­вы твер­дых марок без каких-либо покры­тий доволь­но хоро­шо заре­ко­мен­до­ва­ли себя для обра­бот­ки тита­на, одна­ко исполь­зо­ва­ние совре­мен­ных пла­стин с покры­ти­ем PVD дает воз­мож­ность кар­ди­наль­но повы­сить про­из­во­ди­тель­ность обра­бот­ки тита­на и тита­но­вых спла­вов.

CMC-e1396375898320

Усло­вия, необ­хо­ди­мые для про­из­ве­де­ния рас­че­тов режи­мов реза­ния

Нема­ло­важ­ное зна­че­ния при обра­бот­ке тита­на име­ет ради­аль­ное и тор­цо­вое бие­ние режу­ще­го инстру­мен­та. Если пла­сти­ны в кор­пу­се фре­зы будут уста­нов­ле­ны непра­виль­но, то это неми­ну­е­мо при­ве­дет к быст­ро­му выхо­ду из строя всех режу­щих кро­мок. Стой­кость режу­ще­го инстру­мен­та во вре­мя обра­бот­ки тита­на может зави­сеть от кор­пу­сов фрез, сте­пе­ни их повре­жде­ний, при­сут­ствия дефек­тов на теле инстру­мен­та, изно­са шпин­де­ля ста­ноч­но­го обо­ру­до­ва­ния и мно­гих дру­гих нюан­сов. На прак­ти­ке все эти мело­чи могут вызвать сни­же­ние стой­ко­сти инстру­мен­та до 80%.

В боль­шин­стве слу­ча­ев пред­по­чте­ние отда­ет­ся инстру­мен­ту, име­ю­ще­му гео­мет­рию с поло­жи­тель­ным перед­ним углом, посколь­ку инстру­мент с про­ти­во­по­лож­ным углом может вести обра­бот­ку дета­ли толь­ко при высо­ких пода­чах ско­ро­сти. В таком слу­чае нема­ло­важ­ную роль будет играть жест­кость не толь­ко само­го стан­ка, но и надеж­ность фик­са­ции заго­тов­ки. Если тре­бу­ет­ся фре­зе­ро­вать глу­бо­кие кар­ма­ны, то в таком слу­чае целе­со­об­раз­но при­ме­нять инстру­мен­ты раз­ной дли­ны при помо­щи адап­те­ров, вме­сто того, что­бы выпол­нять обра­бот­ку тита­но­вой заго­тов­ки посред­ством одно­го инстру­мен­та. Это поз­во­лит кар­ди­наль­но сни­зить уро­вень изно­са режу­ще­го обо­ру­до­ва­ния.

В насто­я­щее вре­мя пока­за­тель мини­маль­но реко­мен­ду­е­мой пода­чи на зуб при обра­бот­ке тита­на состав­ля­ет поряд­ка 0.1 мм на каж­дый зуб. В неко­то­рых слу­ча­ях мож­но умень­шить часто­ту вра­ще­ния шпин­де­ля, что даст воз­мож­ность полу­чить исход­ную ско­рость пода­чи инстру­мен­та на тело заго­тов­ки. Если часто­та вра­ще­ния на каж­дый зуб будет выбра­на непра­виль­но, то это может при­ве­сти к сокра­ще­нию стой­ко­сти инстру­мен­та на 95%. Толь­ко после того, когда ста­биль­ные усло­вия будут пол­но­стью обес­пе­че­ны, мож­но посте­пен­но уве­ли­чи­вать часто­ту вра­ще­ния и пода­чу шпин­де­ля, одна­ко делать это сле­ду­ет стро­го про­пор­ци­о­наль­но. Кро­ме это­го ино­гда име­ет смысл выбрать фре­зу с мень­шим коли­че­ством пла­стин или же убрать из исполь­зу­е­мой опре­де­лен­ное коли­че­ство пла­стин, что так­же даст хоро­шие резуль­та­ты.