Perché pensiamo che la lega di titanio sia un materiale difficile da lavorare? Per la mancanza di una comprensione approfondita dei meccanismi e dei fenomeni di lavorazione.
1． Prestazioni fisiche 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 le prestazioni fisiche della lavorazione della lega di titanio sono molto più complesse di quelle della lavorazione dell'acciaio, il che rende la lavorazione della lega di titanio estremamente difficile.
La conducibilità termica della maggior parte delle leghe di titanio è molto bassa, solo 1/7 di quella dell'acciaio e 1/16 di quella dell'alluminio. Pertanto, il calore generato nel processo di taglio della lega di titanio non viene trasferito rapidamente al pezzo o portato via dai trucioli, ma si raccoglie nell'area di taglio e la temperatura generata può superare i 1.000 ℃, cosicché il tagliente dell'utensile si consuma rapidamente, si incrina e si genera un bordo di accumulo; inoltre, il tagliente rapidamente consumato genera più calore nell'area di taglio, riducendo ulteriormente la durata dell'utensile.
L'alta temperatura generata nel processo di taglio distrugge anche l'integrità della superficie dei pezzi in lega di titanio, con conseguente diminuzione della precisione geometrica dei pezzi e la comparsa di un indurimento da lavoro che riduce seriamente la loro resistenza alla fatica.
L'elasticità delle leghe di titanio può essere vantaggiosa per le prestazioni dei pezzi, ma nel processo di taglio la deformazione elastica del pezzo è un'importante causa di vibrazioni. La pressione di taglio fa sì che il pezzo "elastico" si allontani dall'utensile e rimbalzi, in modo che l'attrito tra l'utensile e il pezzo sia maggiore dell'azione di taglio. Il processo di attrito genera anche calore, aggravando il problema della scarsa conducibilità termica delle leghe di titanio.
Questo problema è più grave quando si lavorano pezzi a parete sottile o ad anello, che si deformano facilmente. Non è facile lavorare i pezzi a parete sottile in lega di titanio con la precisione dimensionale desiderata. Quando il materiale del pezzo viene spinto via dall'utensile, la deformazione locale della parete sottile ha superato l'intervallo elastico e ha prodotto una deformazione plastica, e la forza e la durezza del materiale nel punto di taglio sono aumentate in modo significativo. A questo punto, la lavorazione alla velocità di taglio originariamente stabilita diventa troppo elevata, con conseguente rapida usura dell'utensile.
Il "calore" è il "colpevole" della difficile lavorazione della lega di titanio!
2. Know-how tecnologico per la lavorazione della lega di titanio
Sulla base della comprensione del meccanismo di lavorazione delle leghe di titanio e dell'esperienza precedente, il principale know-how di processo per la lavorazione delle leghe di titanio è il seguente:
(1) Gli inserti con geometria ad angolo positivo sono utilizzati per ridurre le forze di taglio, il calore di taglio e la deformazione del pezzo.
(2) Mantenere un avanzamento costante per evitare l'indurimento del pezzo, l'utensile deve essere sempre in stato di avanzamento durante il processo di taglio e l'impegno radiale ae deve essere 30% del raggio durante la fresatura.
(3) Il fluido da taglio ad alta pressione e a grande portata viene utilizzato per garantire la stabilità termica del processo di lavorazione ed evitare la denaturazione superficiale del pezzo e il danneggiamento dell'utensile a causa della temperatura eccessiva.
(4) Mantenere il filo della lama affilato. Gli utensili opachi sono la causa dell'accumulo di calore e dell'usura, che possono facilmente portare alla rottura dell'utensile.
(5) Lavorare la lega di titanio il più possibile allo stato morbido, perché il materiale diventa più difficile da lavorare dopo la tempra e il trattamento termico migliora la resistenza del materiale e aumenta l'usura della lama.
(6) Utilizzare un ampio raggio di punta o una camera per tagliare il più possibile nel tagliente. In questo modo si riducono le forze di taglio e il calore in ogni punto, evitando rotture locali. Nella fresatura della lega di titanio, la velocità di taglio ha la maggiore influenza sulla durata dell'utensile VC, mentre la profondità di taglio radiale (profondità di fresatura) AE occupa il secondo posto.
3. Risolvere il problema dalla lama
L'usura delle scanalature della lama nella lavorazione delle leghe di titanio è l'usura locale della parte posteriore e anteriore lungo la direzione della profondità di taglio, spesso causata dallo strato indurito lasciato dalla lavorazione precedente. La reazione chimica e la diffusione tra l'utensile e il materiale del pezzo alla temperatura di lavorazione di oltre 800 ℃ è anche una delle ragioni della formazione dell'usura delle scanalature. Nel processo di lavorazione, infatti, le molecole di titanio del pezzo si accumulano davanti alla lama e si "saldano" al bordo della lama sotto l'alta pressione e l'alta temperatura, formando un bordo accumulato. Quando il bordo accumulato si stacca dal tagliente, porta con sé il rivestimento in carburo dell'inserto. Pertanto, la lavorazione delle leghe di titanio richiede materiali e geometrie speciali per gli inserti.
4. Struttura dell'utensile da taglio adatta alla lavorazione del titanio
Il fulcro della lavorazione delle leghe di titanio è il calore e una grande quantità di fluido da taglio ad alta pressione deve essere spruzzata sul tagliente in tempo e con precisione, in modo che il calore possa essere rimosso rapidamente. Sul mercato esiste una struttura unica di fresa appositamente utilizzata per la lavorazione delle leghe di titanio.
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