Obróbka tytanu: początkowe właściwości materiału, trudności i rodzaje obróbki, zasada działania, techniki i zalecenia specjalistów

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-02 14:01

Dziś istnieje grupa metali, dla których konieczne jest stworzenie specjalnych warunków przed rozpoczęciem z nimi pracy. Obróbka tytanu należy do tej kategorii prac. Wszystkie trudności i cechy procesu wynikają z faktu, że materiał ten charakteryzuje się podwyższoną twardością.

Opis

Tytan charakteryzuje się dużą wytrzymałością, srebrzystym kolorem, a także wyjątkową odpornością na rdzewienie. Ze względu na fakt, że na powierzchni metalu tworzy się warstwa TiO_{2, ma on dobrą odporność na wszelkie wpływy zewnętrzne. Tylko wpływ substancji zawierających w swoim składzie zasady może negatywnie wpłynąć na właściwości tytanu. W kontakcie z tymi chemikaliami surowiec traci swoje właściwości wytrzymałościowe.}

Ze względu na dużą wytrzymałość produktu, podczas toczenia tytanu konieczne jest użycie narzędzia ze stopu ultratwardego oraz innych specjalnych warunków podczas pracy na tokarce CNC.

Co powinienem wziąć pod uwagę podczas przetwarzania?

Jeśli konieczna jest praca z tytanem, należy wziąć pod uwagę następujące właściwości:

• Pierwszy jest przyklejony. Obróbka tytanu za pomocą tokarki wytwarza wysokie temperatury, powodując stopienie materiału i przyklejenie go do narzędzia tnącego.
• Podczas przetwarzania pojawia się również drobno rozproszony pył. Może detonować, dlatego bardzo ważne jest ścisłe przestrzeganie wszystkich przepisów bezpieczeństwa podczas pracy.
• Aby przeprowadzić wysokiej jakości proces cięcia tak wytrzymałego metalu, potrzebne jest narzędzie, które zapewni odpowiedni tryb.
• Konieczny jest również wybór specjalnego narzędzia do cięcia, ponieważ tytan charakteryzuje się niską przewodnością cieplną.

Po zakończeniu obróbki tytanu, gotowa część jest zwykle podgrzewana, po czym pozostawiana do ostygnięcia na świeżym powietrzu. W ten sposób na powierzchni materiału powstaje film ochronny, który został opisany powyżej.

Klasyfikacja metod przetwarzania

Do cięcia takich surowców potrzebne jest specjalne narzędzie, a także tokarka CNC. Sam proces jest podzielony na kilka operacji, z których każda jest wykonywana według własnej technologii.

Jeśli chodzi o same operacje, mogą one być podstawowe, pośrednie lub wstępne.

Podczas obróbki tytanu na maszynach należy pamiętać, że w tym czasie występują wibracje. Aby częściowoAby rozwiązać ten problem, możesz przymocować obrabiany przedmiot w sposób wieloetapowy, a także zrobić to jak najbliżej wrzeciona. W celu zmniejszenia wpływu temperatury na proces obróbki zaleca się stosowanie niepowlekanych drobnoziarnistych frezów węglikowych oraz specjalnych płytek PVD. W tym miejscu warto zwrócić uwagę na fakt, że podczas obróbki tytanu przez cięcie od 85 do 90% całej energii zostanie zamienione na ciepło, które zostanie pochłonięte przez wióry, obrabiany przedmiot, frezy i płyn przeznaczony do chłodzenia. Zwykle temperatura w obszarze roboczym sięga 1000-1100 stopni Celsjusza.

Dostosuj parametry przetwarzania

Podczas przetwarzania tak wytrzymałego materiału należy wziąć pod uwagę trzy główne parametry:

• kąt mocowania narzędzia roboczego;
• szybkość posuwu;
• prędkość cięcia.

Jeśli dostosujesz te parametry, możesz ich użyć do zmiany temperatury przetwarzania. W różnych trybach przetwarzania obserwuje się różne parametry tych charakterystyk.

W przypadku obróbki wstępnej z cięciem górnej warstwy do 10 mm, dopuszcza się naddatek 1 mm. Aby pracować w tym trybie, zwykle ustawiane są następujące parametry. Po pierwsze kąt mocowania wynosi od 3 do 10 mm, a po drugie prędkość posuwu wynosi od 0,3 do 0,8 mm, a prędkość skrawania jest ustawiona na 25 m/min.

Pośrednia wersja obróbki tytanu polega na odcięciu wierzchniej warstwy od 0,5 do 4 mm, a także na utworzeniu równej warstwy z naddatkiem 1 mm. Kąt mocowania 0,5-4 mm, wymiar posuwu 0,2-0,5 mm, prędkość posuwu 40-80 m/min.

Główną opcją obróbki jest usunięcie warstwy 0,2-0,5 mm, a także usunięcie naddatków. Prędkość robocza 80-120 m/min, kąt mocowania 0,25-0,5 mm, a posuw 0,1-0,4 mm.

W tym miejscu bardzo ważne jest również, aby pamiętać, że obróbka tytanu na takim sprzęcie jest zawsze przeprowadzana tylko wtedy, gdy dostarczana jest specjalna emulsja chłodząca. Substancja jest dostarczana pod ciśnieniem do narzędzia roboczego. Jest to konieczne w celu stworzenia normalnego trybu pracy w temperaturze.

Narzędzie do przetwarzania

Wymagania dotyczące narzędzia do obróbki materiałów są dość wysokie. Najczęściej obróbka tytanu i stopów odbywa się za pomocą frezów, które mają zdejmowane głowice i są instalowane na maszynach CNC. Podczas pracy narzędzie robocze podlega zużyciu ściernemu, adhezyjnemu i rozproszonemu. Szczególną uwagę należy zwrócić na zużycie dyfuzyjne, gdyż w tym czasie zachodzi proces rozpuszczania zarówno materiału tnącego, jak i tytanowego bloczka. Procesy te są najbardziej aktywne, gdy temperatura mieści się w zakresie od 900 do 1200 stopni Celsjusza.

Wymagania dotyczące narzędzi

Cechą obróbki tytanu jest również konieczność doboru narzędzia roboczego w zależności od wybranego trybu pracy.

Do pracy w trybie wstępnym najczęściej używane są płytki okrągłe lub kwadratowe iC19. Płyty te są wykonane ze specjalnego stopu, który jest oznaczony jako H13A i nie ma powłoki.

Aby z powodzeniem przetwarzać tytan w sposób pośredni, już teraz konieczne jest stosowanie tylko okrągłych płytek z tego samego stopu H13A lub ze stopu GC1155 z powłoką PDV.

Dla najbardziej odpowiedzialnej, podstawowej metody obróbki stosowane są okrągłe dysze ze szlifowanymi krawędziami tnącymi, które są wykonane ze stopów H13A, GC 1105, CD 10.

Należy dodać, że podczas obróbki na tokarkach CNC dopuszczalna jest najmniejsza odchyłka od kształtu części, która została określona w specyfikacji istotnych warunków zamówienia. Najczęściej elementy wykonane z takiego stopu w ogóle nie mają odstępstw od normy.

Główny problem z przetwarzaniem

Głównym problemem napotykanym podczas przetwarzania tego surowca jest przywieranie i zacieranie się narzędzia. Z tego powodu obróbka cieplna tytanu jest bardzo trudna. Dodatkowo wiele problemów powoduje fakt, że metal ma bardzo niską przewodność cieplną. Ze względu na to, że inne metale są znacznie słabiej odporne na ciepło, w kontakcie z tytanem najczęściej tworzą stop. Jest to główny powód szybkiego zużycia narzędzi. Aby nieco zmniejszyć zarysowania i przywieranie, a także odprowadzić część generowanego ciepła, eksperci zalecają wykonanie następujących czynności:

• Najpierw należy użyć płynu chłodzącego;
• po drugie, podczas ostrzenianależy używać przedmiotów obrabianych, na przykład narzędzi z tych samych materiałów o dużej wytrzymałości;
• po trzecie, podczas obróbki surowców za pomocą noży, prędkość jest znacznie zmniejszona w celu zmniejszenia ciepła.

Utlenianie i azotowanie tytanu

Warto zacząć od azotowania tytanu, ponieważ ten rodzaj obróbki jest znacznie trudniejszy niż utlenianie. Proces technologiczny wygląda następująco. Produkt tytanowy jest podgrzewany do 850-950 stopni Celsjusza, po czym część musi być umieszczona w środowisku z czystym gazowym azotem na kilka dni. Następnie na powierzchni elementu tworzy się warstwa azotku tytanu w wyniku reakcji chemicznych, które zachodzą w tych dniach. Jeśli wszystko poszło dobrze, to na tytanie pojawi się złocisty film, który będzie wyróżniał się zwiększoną wytrzymałością i odpornością na ścieranie.

Jeśli chodzi o utlenianie tytanu, metoda jest bardzo powszechna i należy, podobnie jak poprzednia, do obróbki cieplnej tytanu. Początek procesu nie różni się od azotowania, część należy podgrzać do temperatury 850 stopni Celsjusza. Ale proces schładzania nie przebiega stopniowo i w środowisku gazowym, lecz skokowo i przy użyciu cieczy. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie filmu na powierzchni tytanu, który zostanie z nim mocno związany. Obecność tego typu folii na powierzchni prowadzi do 15-100-krotnego wzrostu wytrzymałości i odporności na ścieranie.

Części łączące

W niektórych przypadkach produkty z tytanu są częścią dużegoprojekty. Sugeruje to, że istnieje potrzeba łączenia różnych materiałów.

W celu połączenia produktów z tego surowca stosuje się cztery główne metody. Głównym jest spawanie, stosuje się również lutowanie, metoda łączenia mechanicznego polegająca na zastosowaniu nitów i połączeń śrubowych. Do tej pory główną metodą przetwarzania produktów w jedną strukturę jest spawanie w środowisku gazu obojętnego lub specjalnych topników beztlenowych.

Jeśli chodzi o lutowanie, ta metoda jest stosowana tylko wtedy, gdy spawanie jest niemożliwe lub niepraktyczne. Proces ten komplikują pewne reakcje chemiczne zachodzące w wyniku lutowania. Aby wykonać połączenie mechaniczne za pomocą śrub lub nitów, będziesz także potrzebował specjalnego materiału.