Perché il titanio è un materiale difficile da lavorare?

Fenomeni fisici nella lavorazione del titanio

La forza di taglio della lega di titanio è solo leggermente superiore a quella dell'acciaio con la stessa durezza, ma il fenomeno fisico della lavorazione della lega di titanio è molto più complesso di quello della lavorazione dell'acciaio, il che rende la lavorazione della lega di titanio affrontare grandi difficoltà.

La maggior parte delle leghe di titanio ha una conduttività termica molto bassa, solo 1/7 di acciaio e 1/16 di alluminio. Pertanto, il calore generato nel processo di taglio della lega di titanio non verrà trasferito al pezzo o portato via dai trucioli, ma raccolto nell'area di taglio, la temperatura generata può arrivare fino a 1000 ℃ o superiore, il che rende il taglio il bordo dell'utensile si usura, si incrina e genera rapidamente un tumore del truciolo e il tagliente usurato appare rapidamente, il che fa sì che l'area di taglio generi più calore, riducendo ulteriormente la durata dell'utensile.

L'elevata temperatura prodotta nel processo di taglio distrugge allo stesso tempo l'integrità superficiale delle parti in lega di titanio, il che porta alla diminuzione della precisione geometrica delle parti e al fenomeno dell'incrudimento che riduce gravemente la loro resistenza a fatica.

L'elasticità della lega di titanio può essere vantaggiosa per le prestazioni delle parti, ma nel processo di taglio, la deformazione elastica del pezzo è un motivo importante per le vibrazioni. La pressione di taglio fa sì che il pezzo "elastico" lasci l'utensile e rimbalzi, in modo che l'attrito tra l'utensile e il pezzo sia maggiore dell'effetto di taglio. Il processo di attrito produce anche calore, che aggrava il problema della scarsa conducibilità termica della lega di titanio.

Quando si lavorano pezzi a parete sottile oa forma di anello, questo problema è più serio. Non è facile elaborare parti a parete sottile in lega di titanio con la precisione dimensionale prevista. Perché quando il materiale del pezzo viene spinto via dalla taglierina, la deformazione locale della parete sottile ha superato l'intervallo elastico, con conseguente deformazione plastica e la resistenza del materiale e la durezza del punto di taglio aumentano in modo significativo. In questo momento, in base alla velocità di taglio originariamente determinata, la lavorazione diventa troppo elevata, il che porta ulteriormente a un'usura tagliente dell'utensile.

Il “calore” è il “colpevole” della lega di titanio difficile da lavorare!

Know-how tecnologico nella lavorazione delle leghe di titanio

Sulla base della comprensione del meccanismo di lavorazione della lega di titanio e dell'esperienza precedente, il principale know-how nella lavorazione della lega di titanio è il seguente:

(1) La lama con geometria ad angolo positivo viene utilizzata per ridurre la forza di taglio, il calore di taglio e la deformazione del pezzo.

(2) Mantenere un'alimentazione costante per evitare l'indurimento del pezzo. Durante il processo di taglio, l'utensile deve essere sempre nello stato di alimentazione. La quantità di taglio radiale AE dovrebbe essere 30% del raggio.

(3) Il fluido da taglio ad alta pressione e ad alta portata viene utilizzato per garantire la stabilità termica del processo di lavorazione e prevenire la degenerazione della superficie e il danneggiamento dell'utensile a causa dell'elevata temperatura.

(4) Mantenere il bordo della lama affilato e smussato è la causa dell'accumulo di calore e dell'usura, che è facile da portare al guasto dell'utensile.

(5) Può essere lavorato il più possibile nello stato più morbido della lega di titanio, poiché il materiale diventa più difficile da lavorare dopo l'indurimento, il trattamento termico migliora la resistenza del materiale e aumenta l'usura della lama.

(6) Utilizzare un raggio di punta o uno smusso ampio per tagliare e provare a inserire più lame nel taglio. Ciò può ridurre la forza di taglio e il calore in ogni punto e prevenire danni locali. Nella fresatura di leghe di titanio, la velocità di taglio ha la maggiore influenza sulla durata dell'utensile VC, seguita dal taglio radiale (profondità di fresatura) AE.

A partire dalla lama per risolvere il problema della lavorazione del titanio

L'usura delle scanalature della lama nella lavorazione delle leghe di titanio è l'usura locale del dorso e dell'anteriore lungo la direzione della profondità di taglio, spesso causata dallo strato di indurimento lasciato dalla precedente lavorazione. La reazione chimica e la diffusione dell'utensile da taglio e del materiale del pezzo in lavorazione a una temperatura di lavorazione superiore a 800 ℃ è anche uno dei motivi della formazione dell'usura delle scanalature. Perché nel processo di lavorazione, le molecole di titanio del pezzo si accumulano davanti alla lama e si "saldano" alla lama ad alta pressione e ad alta temperatura, formando un tumore di accrescimento del truciolo. Quando l'accumulo di trucioli viene rimosso dalla lama, il rivestimento in carburo cementato della lama viene rimosso. Pertanto, per la lavorazione della lega di titanio sono necessari un materiale e una geometria speciali della lama.

Struttura dell'utensile adatta alla lavorazione del titanio

Il fulcro della lavorazione delle leghe di titanio è il calore. Una grande quantità di fluido da taglio ad alta pressione deve essere spruzzata sul tagliente in modo tempestivo e preciso per rimuovere rapidamente il calore. Sul mercato è presente una struttura unica della fresa utilizzata specialmente per la lavorazione delle leghe di titanio.