Tại sao Titanium là vật liệu khó gia công?

Hiện tượng vật lý trong chế biến titan

Lực cắt của hợp kim titan chỉ cao hơn một chút so với thép có cùng độ cứng, nhưng hiện tượng vật lý của gia công hợp kim titan phức tạp hơn nhiều so với gia công thép, khiến việc gia công hợp kim titan gặp rất nhiều khó khăn.

Hầu hết các hợp kim titan có độ dẫn nhiệt rất thấp, chỉ bằng 1/7 thép và 1/16 nhôm. Do đó, nhiệt sinh ra trong quá trình cắt hợp kim titan sẽ không được truyền vào phôi hoặc lấy đi bởi các con chip, mà tập trung ở khu vực cắt, nhiệt độ được tạo ra có thể lên tới 1000oC trở lên, khiến cho việc cắt cạnh của dụng cụ bị mòn, nứt và tạo ra khối u chip nhanh chóng, và lưỡi cắt bị mòn xuất hiện nhanh chóng, khiến cho khu vực cắt tạo ra nhiều nhiệt hơn, rút ngắn hơn nữa tuổi thọ của dụng cụ.

Nhiệt độ cao được tạo ra trong quá trình cắt phá hủy tính toàn vẹn bề mặt của các bộ phận hợp kim titan, dẫn đến giảm độ chính xác hình học của các bộ phận và hiện tượng làm cứng làm giảm nghiêm trọng độ bền mỏi của chúng.

Tính đàn hồi của hợp kim titan có thể có lợi cho hiệu suất của các bộ phận, nhưng trong quá trình cắt, biến dạng đàn hồi của phôi là một lý do quan trọng gây ra rung động. Áp suất cắt làm cho phôi “đàn hồi” rời khỏi dao và bật lại, do đó ma sát giữa dao và phôi lớn hơn hiệu ứng cắt. Quá trình ma sát cũng tạo ra nhiệt, làm trầm trọng thêm vấn đề dẫn nhiệt kém của hợp kim titan.

Khi gia công các bộ phận có thành mỏng hoặc hình vòng, vấn đề này nghiêm trọng hơn. Không dễ để xử lý các bộ phận mỏng bằng hợp kim titan với độ chính xác kích thước dự kiến. Bởi vì khi vật liệu phôi bị đẩy ra bởi máy cắt, biến dạng cục bộ của tường mỏng đã vượt quá phạm vi đàn hồi, dẫn đến biến dạng dẻo và cường độ vật liệu và độ cứng của điểm cắt tăng đáng kể. Tại thời điểm này, theo tốc độ cắt được xác định ban đầu, gia công trở nên quá cao, điều này càng dẫn đến hao mòn dụng cụ sắc nét.

“Nhiệt” là “thủ phạm” khiến hợp kim titan khó gia công!

Bí quyết công nghệ chế biến hợp kim titan

Trên cơ sở hiểu được cơ chế gia công của hợp kim titan và kinh nghiệm trước đây, bí quyết chính của chế biến hợp kim titan như sau:

(1) Lưỡi dao có hình dạng góc dương được sử dụng để giảm lực cắt, cắt nhiệt và biến dạng phôi.

(2) Giữ cho ăn liên tục để tránh làm cứng phôi. Trong quá trình cắt, dụng cụ phải luôn ở trạng thái cho ăn. Lượng cắt xuyên tâm AE phải là 30% của bán kính.

(3) Áp suất cao và chất lỏng cắt dòng chảy lớn được sử dụng để đảm bảo độ ổn định nhiệt của quá trình gia công và ngăn ngừa sự thoái hóa bề mặt và hư hỏng dụng cụ do nhiệt độ cao.

(4) Giữ cho lưỡi dao sắc và cùn là nguyên nhân của sự tích tụ và hao mòn nhiệt, dễ dẫn đến hỏng dụng cụ.

(5) Nó có thể được xử lý ở trạng thái mềm nhất của hợp kim titan càng nhiều càng tốt, vì vật liệu trở nên khó xử lý hơn sau khi làm cứng, xử lý nhiệt giúp cải thiện độ bền của vật liệu và tăng độ mài mòn của lưỡi dao.

(6) Sử dụng bán kính đầu nhọn hoặc vát mép lớn để cắt và cố gắng đưa nhiều lưỡi vào cắt hơn. Điều này có thể làm giảm lực cắt và nhiệt tại mỗi điểm và ngăn ngừa hư hỏng cục bộ. Trong quá trình phay hợp kim titan, tốc độ cắt có ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi thọ của dao VC, tiếp theo là đường cắt xuyên tâm (chiều sâu phay) AE.

Bắt đầu từ lưỡi dao để giải quyết vấn đề gia công titan

Mòn rãnh của lưỡi cắt trong gia công hợp kim titan là mòn cục bộ của mặt sau và mặt trước dọc theo hướng chiều sâu cắt, thường do lớp cứng do gia công trước để lại. Phản ứng hóa học và sự khuếch tán của dụng cụ cắt và vật liệu phôi ở nhiệt độ gia công trên 800 ℃ cũng là một trong những nguyên nhân hình thành mòn rãnh. Bởi vì trong quá trình gia công, các phân tử titan của phôi tích tụ phía trước lưỡi dao, và “hàn” vào lưỡi dao dưới áp suất cao và nhiệt độ cao, tạo thành khối u tích tụ phoi. Khi phần tích tụ phoi bị bong ra khỏi lưỡi dao, lớp phủ cacbua xi măng của lưỡi dao sẽ bị lấy đi. Do đó, vật liệu và hình dạng lưỡi dao đặc biệt được yêu cầu để gia công hợp kim titan.

Cấu trúc dao thích hợp cho gia công titan

Trọng tâm của gia công hợp kim titan là nhiệt. Một lượng lớn chất lỏng cắt áp suất cao nên được phun vào lưỡi cắt kịp thời và chính xác để loại bỏ nhiệt nhanh chóng. Có một cấu trúc độc đáo của dao phay được sử dụng đặc biệt để gia công hợp kim titan trên thị trường.