از زمان کشف تیتانیوم در سال 1790 ، انسان ها به مدت یک قرن در حال کاوش برای به دست آوردن خواص فوق العاده خود هستند. در سال 1910 ، انسان برای اولین بار تیتانیوم فلز تولید کرد ، اما راه استفاده از آلیاژهای تیتانیوم طولانی و دشوار بود. تا 40 سال بعد در سال 1951 ، سرانجام تولید صنعتی محقق شد.
آلیاژهای تیتانیوم از ویژگی های قدرت خاص بالا ، مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر دمای بالا و مقاومت در برابر خستگی برخوردار هستند. وزن آلیاژهای تیتانیوم با همان اندازه تنها 60 ٪ از فولاد است ، اما از فولاد آلیاژ قوی تر است. با توجه به خواص خوب آن ، آلیاژهای تیتانیوم به طور فزاینده ای در حمل و نقل هوایی ، هوافضا ، تجهیزات تولید برق ، انرژی هسته ای ، کشتی ها ، مواد شیمیایی و تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.
دلایل دشواری در پردازش آلیاژهای تیتانیوم
چهار ویژگی آلیاژ تیتانیوم ، مانند هدایت حرارتی کم ، سخت شدن کار شدید ، میل زیاد با ابزار برش و تغییر شکل پلاستیک کوچک ، دلایل اساسی برای دشواری در پردازش آلیاژهای تیتانیوم است. شاخص برش آن تنها معادل 20 ٪ از فولاد آسان برای برش است.
هدایت حرارتی کم
هدایت حرارتی آلیاژ تیتانیوم تنها در حدود 16 ٪ از 45# فولاد است. گرما را نمی توان به مرور زمان در حین پردازش انجام داد و در نتیجه دمای بالای موضعی لبه برش (دمای نوک در طول پردازش بیش از 1 برابر 45# فولاد) است که به راحتی باعث سایش پراکنده ابزار می شود.
سخت شدن کار شدید
پدیده سخت شدن کار آلیاژ تیتانیوم آشکار است و لایه سخت شدن سطحی جدی تر از فولاد ضد زنگ است که باعث ایجاد مشکلات خاصی در پردازش بعدی می شود، مانند افزایش آسیب به مرز ابزار.
تمایل زیاد با ابزار
چسبندگی شدید با کاربید سیمانی حاوی تیتانیوم.
تغییر شکل پلاستیکی کوچک
این حدود 1/2 از مدول الاستیک 45 فولاد است ، بنابراین بازیابی الاستیک بزرگ است و اصطکاک جدی است. در عین حال ، قطعه کار مستعد تغییر شکل بستن است.
نکات فنی برای پردازش آلیاژ تیتانیوم
بر اساس درک مکانیسم پردازش آلیاژ تیتانیوم و تجربه قبلی ، نکات اصلی فرآیند برای پردازش آلیاژ تیتانیوم به شرح زیر است:
(1) از تیغه ای با هندسه زاویه مثبت برای کاهش نیروی برش ، برش گرما و تغییر شکل قطعه استفاده کنید.
(2) تغذیه ثابت را برای جلوگیری از سخت شدن قطعه کار حفظ کنید. در طول فرآیند برش، ابزار باید همیشه در خوراک باشد. عمق برش شعاعی در طول فرزکاری باید 30 درصد شعاع باشد.
(3) برای اطمینان از پایداری حرارتی فرآیند ماشینکاری و جلوگیری از تخریب سطح و آسیب ابزار به دلیل دمای بیش از حد ، از مایع برش با فشار بالا و پر جریان استفاده کنید.
(4) لبه تیغه را تیز نگه دارید. ابزارهای بلانت عامل تجمع گرما و سایش هستند که به راحتی می توانند منجر به خرابی ابزار شوند.
(5) آلیاژ تیتانیوم را تا حد امکان در نرم ترین حالت خود پردازش کنید، زیرا پردازش مواد پس از سخت شدن دشوارتر می شود. عملیات حرارتی باعث افزایش استحکام مواد و افزایش سایش تیغه می شود.
(6) از شعاع نوک ابزار بزرگ یا چمبر استفاده کنید تا بتوانید تا آنجا که ممکن است تیغه را در برش قرار دهید. این می تواند نیروی برش و گرما را در هر نقطه کاهش داده و از آسیب موضعی جلوگیری کند. در هنگام آسیاب آلیاژ تیتانیوم ، سرعت برش بیشترین تأثیر را در طول عمر ابزار در بین تمام پارامترهای برش دارد و به دنبال آن عمق برش شعاعی است.
با شروع تیغه مشکلات پردازش تیتانیوم را حل کنید
سایش شیار تیغه که هنگام پردازش آلیاژ تیتانیوم رخ می دهد، سایش موضعی در پشت و جلو در جهت عمق برش است. این اغلب به دلیل لایه سخت شده به جا مانده از پردازش قبلی ایجاد می شود. واکنش شیمیایی و انتشار بین ابزار و ماده قطعه کار در دمای پردازش بیش از 800 درجه نیز یکی از دلایل ایجاد سایش شیار است. زیرا در حین پردازش، مولکولهای تیتانیوم قطعه کار در جلوی تیغه جمع میشوند و تحت فشار و دمای بالا به تیغه جوش داده میشوند تا یک لبه ساختهشده را تشکیل دهند. هنگامی که لبه ساخته شده از تیغه جدا می شود، پوشش کاربید تیغه برداشته می شود. بنابراین، پردازش آلیاژ تیتانیوم به مواد تیغه و هندسه خاصی نیاز دارد.
ساختار ابزار مناسب برای پردازش تیتانیوم
تمرکز پردازش آلیاژ تیتانیوم گرما است. مقدار زیادی از مایعات برش فشار بالا باید به صورت به موقع و دقیق روی لبه برش اسپری شود تا به سرعت گرما را از بین ببرد. ساختارهای برش فرز منحصر به فرد به طور خاص برای پردازش آلیاژ تیتانیوم در بازار وجود دارد.
شروع از روش ماشینکاری خاص
چرخاندن
محصولات آلیاژ تیتانیوم هنگام چرخش به راحتی می توانند زبری سطح خوبی داشته باشند و سخت شدن کار جدی نیست، اما دمای برش بالا است و ابزار به سرعت فرسوده می شود. با توجه به این ویژگی ها، اقدامات زیر عمدتاً از نظر ابزار و پارامترهای برش انجام می شود:
مواد ابزار: YG6 ، YG8 و YG10HT با توجه به شرایط موجود کارخانه انتخاب می شوند.
پارامترهای هندسه ابزار: زاویه های جلو و عقب ابزار مناسب ، نوک ابزار گرد.
سرعت برش کم ، سرعت متوسط خوراک ، عمق برش عمیق ، خنک کننده کافی ، نوک ابزار نمی تواند هنگام چرخاندن دایره بیرونی از مرکز کار بالاتر باشد ، در غیر این صورت گیر کردن آن آسان است. هنگام اتمام و چرخاندن قطعات نازک دیواره ، زاویه اصلی انحراف ابزار باید بزرگ باشد ، به طور کلی 90 ~ 75 درجه.
آسیاب
فرز کردن محصولات آلیاژ تیتانیوم دشوارتر از تراشکاری است، زیرا فرز برش متناوب است و براده ها به راحتی به تیغه می چسبند. هنگامی که دندانه های تراشه چسبنده دوباره به قطعه کار برش می دهند، تراشه های چسبنده از بین می روند و قطعه کوچکی از مواد ابزار را از بین می برند و لبه ای شکسته را تشکیل می دهند که دوام ابزار را بسیار کاهش می دهد.
روش آسیاب: به طور کلی از آسیاب پایین استفاده کنید.
مواد ابزار: فولاد پر سرعت M42.
به طور کلی، در پردازش فولاد آلیاژی از آسیاب پایین استفاده نمی شود. به دلیل تاثیر شکاف بین پیچ ماشین ابزار و مهره، هنگام فرز پایین، فرز بر روی قطعه کار عمل می کند و نیرو در جهت تغذیه با جهت تغذیه یکسان است که می تواند به راحتی باعث ایجاد قطعه کار شود. میز دارای حرکت متناوب است که باعث شکستن کاتر می شود. برای فرز کردن، دندانهای کاتر وقتی شروع به برش میکنند به پوست سخت برخورد میکنند و باعث شکستن کاتر میشوند. با این حال، از آنجایی که تراشههای فرز معکوس از نازک به ضخیم هستند، کاتر در هنگام بریدن ابتدا مستعد اصطکاک خشک با قطعه کار است که چسبندگی و خرد شدن کاتر را تشدید میکند. به منظور آسیاب صاف آلیاژهای تیتانیوم باید به این نکته نیز توجه داشت که نسبت به فرز استاندارد عمومی باید زاویه جلو را کاهش و زاویه عقب را افزایش داد. سرعت فرز باید کم باشد و حتی الامکان از فرزهای تیز و تیز استفاده شود و از استفاده از فرزهای دندانه بیل پرهیز شود.
ضربه زدن
هنگام ضربه زدن به محصولات آلیاژ تیتانیوم ، از آنجا که تراشه ها کوچک هستند ، به راحتی می توانند به تیغه و قطعه کار بچسبند و در نتیجه یک مقدار زبری زیاد و گشتاور زیاد روی سطح ماشین کاری ایجاد شود. انتخاب نادرست و عملکرد نادرست شیر آب در حین ضربه زدن به راحتی می تواند باعث سخت شدن کار ، راندمان پردازش بسیار کم و شکستگی شیر شود.
لازم است در اولویت استفاده از شیر با یک نخ در محل اولویت داشته باشید. تعداد دندان ها باید کمتر از شیر استاندارد باشد ، به طور کلی 2 تا 3 دندان. زاویه برش برش باید بزرگ باشد و قسمت کمرنگ به طور کلی 3 تا 4 نخ طول دارد. برای تسهیل برداشتن تراشه ، زاویه منفی نیز می تواند در قسمت برش برش زمین باشد. سعی کنید از شیرهای کوتاه برای افزایش استحکام فشار استفاده کنید. قسمت معکوس Taper باید به طور مناسب بزرگتر از استاندارد باشد تا اصطکاک بین شیر و قطعه کار را کاهش دهد.
ریمینگ
هنگام استفاده مجدد از آلیاژهای تیتانیوم ، سایش ابزار جدی نیست و از هر دو کاربید و از فولاد پر سرعت استفاده می شود. هنگام استفاده از ریمرهای کاربید ، استحکام سیستم فرآیند شبیه به حفاری باید اتخاذ شود تا از تراش رامر جلوگیری شود. مشکل اصلی هنگام استفاده مجدد از آلیاژهای تیتانیوم این است که پایان مجدد خوب نیست. عرض تیغه reamer باید با یک سنگ نفتی باریک شود تا از چسبیدن تیغه به دیواره سوراخ جلوگیری شود ، اما باید از استحکام کافی اطمینان حاصل شود. به طور کلی ، عرض تیغه 0. 1 به 0 15 میلی متر است.
انتقال بین لبه برش و قسمت کالیبراسیون باید یک قوس صاف باشد. پس از سایش، باید به موقع ترمیم شود و اندازه قوس هر دندان باید ثابت باشد. در صورت لزوم می توان قسمت کالیبراسیون مخروطی پشت را افزایش داد.
حفاری
حفاری آلیاژ تیتانیوم دشوار است و پدیده سوختن و شکستن مته اغلب در حین پردازش رخ می دهد. این عمدتاً به دلایل مختلفی مانند سنگ زنی ضعیف مته، حذف نابهنگام تراشه، خنک کننده ضعیف و استحکام ضعیف سیستم فرآیند است. بنابراین در حفاری آلیاژهای تیتانیوم باید به سنگ زنی معقول مته، زاویه بالا بزرگ، کاهش زاویه جلوی لبه بیرونی، افزایش زاویه پشت لبه بیرونی و افزایش مخروطی پشتی به 2 تا 3 برابر بیشتر شود. مته استاندارد به طور مکرر ابزار را جمع کنید و به موقع تراشه ها را بردارید و به شکل و رنگ تراشه ها توجه کنید. اگر در حین سوراخ کاری براده ها پر به نظر می رسند یا تغییر رنگ می دهند، به این معنی است که مته صاف است و ابزار باید به موقع تعویض و تیز شود.
جیگ مته باید روی میز کار ثابت شود، سطح چاقوی راهنمای مته باید به سطح پردازش نزدیک باشد و سعی کنید از مته کوتاه استفاده کنید. موضوع دیگری که شایان ذکر است این است که وقتی تغذیه دستی اتخاذ می شود، مته نباید در سوراخ به جلو یا عقب حرکت کند، در غیر این صورت تیغه مته به سطح پردازش ساییده می شود و باعث سخت شدن کار و کند شدن مته می شود.
سنگ زنی
یک مشکل رایج در سنگ زنی قطعات آلیاژ تیتانیوم این است که تراشه های چسبنده باعث انسداد چرخ سنگ زنی و سوختگی سطح قطعات می شوند. دلیل آن این است که رسانایی حرارتی آلیاژ تیتانیوم ضعیف است، که باعث دمای بالا در ناحیه آسیاب می شود، به طوری که آلیاژ تیتانیوم و ماده ساینده به هم چسبیده، پخش می شوند و به شدت واکنش شیمیایی می دهند. تراشه های چسبنده و انسداد چرخ سنگ زنی منجر به کاهش قابل توجهی در نسبت سنگ زنی می شود. در اثر انتشار و واکنش شیمیایی، سطح قطعه کار میسوزد و در نتیجه استحکام خستگی قطعات کاهش مییابد که در هنگام آسیاب کردن قطعات ریختهگری آلیاژ تیتانیوم آشکارتر است.
برای حل این مشکل اقدامات انجام شده عبارتند از:
مواد چرخ سنگ زنی مناسب را انتخاب کنید: کاربید سیلیکون سبز TL. سختی چرخ سنگ زنی کمی کمتر: ZR1.
پردازش برش مواد آلیاژ تیتانیوم باید از جنبه های مواد ابزار، سیالات برش و پارامترهای پردازش کنترل شود تا کارایی جامع پردازش مواد آلیاژ تیتانیوم بهبود یابد.
ویدیوی پیشنهادی اکانت ویدیویی پردازش فلز را دنبال کنید و با نگرش به رسانه های صنعتی توجه کنید
