Warum ist Titan schwer zu bearbeiten?

Physikalische Phänomene bei der Titanverarbeitung

Die Schneidkraft von Titanlegierungen ist nur geringfügig höher als die von Stahl mit gleicher Härte, aber das physikalische Phänomen der Titanlegierungsverarbeitung ist viel komplexer als das der Stahlverarbeitung, was die Titanlegierungsverarbeitung vor große Schwierigkeiten stellt.

Die meisten Titanlegierungen haben eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit, nur 1/7 Stahl und 1/16 Aluminium. Daher wird die beim Schneiden der Titanlegierung erzeugte Wärme nicht auf das Werkstück übertragen oder von den Spänen abgeführt, sondern im Schneidbereich gesammelt. Die erzeugte Temperatur kann bis zu 1000 ° C oder mehr betragen, wodurch das Schneiden erfolgt Die Kante des Werkzeugs verschleißt, reißt und erzeugt schnell einen Spantumor, und die abgenutzte Schneide erscheint schnell, wodurch der Schneidbereich mehr Wärme erzeugt und die Lebensdauer des Werkzeugs weiter verkürzt.

Die im Schneidprozess erzeugte hohe Temperatur zerstört gleichzeitig die Oberflächenintegrität von Titanlegierungsteilen, was zu einer Abnahme der geometrischen Genauigkeit der Teile und dem Phänomen der Kaltverfestigung führt, das ihre Dauerfestigkeit erheblich verringert.

Die Elastizität der Titanlegierung kann sich positiv auf die Leistung von Teilen auswirken, beim Schneiden ist jedoch die elastische Verformung des Werkstücks ein wichtiger Grund 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. Der Reibungsprozess erzeugt auch Wärme, was das Problem der schlechten Wärmeleitfähigkeit der Titanlegierung verschärft.

Bei der Bearbeitung dünnwandiger oder ringförmiger Teile ist dieses Problem schwerwiegender. Es ist nicht einfach, dünnwandige Teile aus Titanlegierung mit der erwarteten Maßgenauigkeit zu verarbeiten. Denn wenn das Werkstückmaterial vom Fräser weggeschoben wird, hat die lokale Verformung der dünnen Wand den elastischen Bereich überschritten, was zu einer plastischen Verformung führt, und die Materialfestigkeit und Härte des Schneidpunkts nehmen erheblich zu. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bearbeitung gemäß der ursprünglich festgelegten Schnittgeschwindigkeit zu hoch, was weiter zu einem starken Werkzeugverschleiß führt.

„Hitze“ ist der „Übeltäter“ der schwer zu verarbeitenden Titanlegierung!

Technologisches Know-how bei der Verarbeitung von Titanlegierungen

Auf der Grundlage des Verständnisses des Verarbeitungsmechanismus von Titanlegierungen und früherer Erfahrungen ist das Haupt-Know-how bei der Verarbeitung von Titanlegierungen wie folgt:

(1) Die Klinge mit positiver Winkelgeometrie wird verwendet, um die Schnittkraft, die Schnittwärme und die Verformung des Werkstücks zu verringern.

(2) Halten Sie den Vorschub konstant, um ein Aushärten des Werkstücks zu vermeiden. Während des Schneidvorgangs sollte sich das Werkzeug immer im Vorschubzustand befinden. Der radiale Schnittbetrag AE sollte 30% des Radius betragen.

(3) Hochdruck- und Schneidflüssigkeit mit großem Durchfluss werden verwendet, um die thermische Stabilität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen und die Oberflächenentartung und Werkzeugschäden aufgrund der hohen Temperatur zu verhindern.

(4) Das Halten der Messerkante scharf und stumpf ist die Ursache für Wärmestau und Verschleiß, was leicht zu einem Werkzeugausfall führen kann.

(5) Es kann so weit wie möglich im weichsten Zustand einer Titanlegierung verarbeitet werden, da das Material nach dem Aushärten schwieriger zu verarbeiten ist. Eine Wärmebehandlung verbessert die Festigkeit des Materials und erhöht den Verschleiß der Klinge.

(6) Verwenden Sie zum Einschneiden einen großen Spitzenradius oder eine Fase und versuchen Sie, mehr Klingen in das Schneiden zu stecken. Dies kann die Schnittkraft und Wärme an jedem Punkt reduzieren und lokale Schäden verhindern. Beim Fräsen von Titanlegierungen hat die Schnittgeschwindigkeit den größten Einfluss auf die Standzeit VC, gefolgt vom radialen Schnitt (Frästiefe) AE.

Ausgehend von der Klinge, um das Problem der Titanverarbeitung zu lösen

Der Rillenverschleiß der Klinge bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist der lokale Verschleiß der Vorder- und Rückseite entlang der Schnitttiefenrichtung, der häufig durch die Härtungsschicht verursacht wird, die bei der vorherigen Bearbeitung zurückgeblieben ist. Auch die chemische Reaktion und Diffusion von Schneidwerkzeug und Werkstückmaterial bei Verarbeitungstemperaturen über 800 °C ist einer der Gründe für die Entstehung von Rillenverschleiß. Denn während des Bearbeitungsprozesses sammeln sich Titanmoleküle des Werkstücks vor der Klinge an und „verschweißen“ sie unter hohem Druck und hoher Temperatur mit der Klinge, wodurch ein Spanablagerungstumor entsteht. Wenn die Spanansammlung von der Klinge abgelöst wird, wird die Hartmetallbeschichtung der Klinge entfernt. Daher sind für die Verarbeitung von Titanlegierungen spezielle Klingenmaterialien und -geometrien erforderlich.

Werkzeugstruktur geeignet für die Bearbeitung von Titan

Der Schwerpunkt der Bearbeitung von Titanlegierungen liegt auf der Wärme. Eine große Menge Hochdruck-Schneidflüssigkeit sollte rechtzeitig und genau auf die Schneide gesprüht werden, um die Wärme schnell abzuleiten. Es gibt eine einzigartige Struktur von Fräsern, die speziell für die Verarbeitung von Titanlegierungen auf dem Markt verwendet werden.