Warum denken wir, dass Titanlegierungen ein schwierig zu bearbeitendes Material sind? Aufgrund des Mangels an tiefem Verständnis seines Verarbeitungsmechanismus und -phänomens.
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"Hitze" ist der "Täter" für die Schwierigkeit, Titanlegierungen zu bearbeiten
Die Schneidkraft der Titanlegierungsverarbeitung ist nur geringfügig höher als die von Stahl mit der gleichen Härte, aber das physikalische Phänomen der Titanlegierungsverarbeitung ist viel komplizierter als das der Stahlverarbeitung, wodurch die Titanlegierungsverarbeitung großen Schwierigkeiten gegenübersteht.
Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Titanlegierungen ist sehr gering, nur 1/7 von Stahl und 1/16 von Aluminium. Daher wird die beim Schneiden von Titanlegierungen erzeugte Wärme nicht schnell auf das Werkstück übertragen oder durch Späne abgeführt, sondern im Schneidbereich angesammelt, und die erzeugte Temperatur kann bis zu 1000 Grad C betragen, was dazu führt Schneidkante des Werkzeugs verschleißt, reißt und stirbt schnell ab. Aufbauschneidenbildung, schnelles Auftreten verschlissener Kanten, erzeugt wiederum mehr Wärme in der Schneidzone, was die Standzeit des Werkzeugs weiter verkürzt.
Die während des Schneidvorgangs erzeugte hohe Temperatur zerstört auch die Oberflächenintegrität von Teilen aus Titanlegierung, was zu einer Verringerung der geometrischen Genauigkeit des Teils und einem Kaltverfestigungsphänomen führt, das seine Ermüdungsfestigkeit ernsthaft verringert.
Die Elastizität von Titanlegierungen kann für die Teileleistung von Vorteil sein, aber während des Schneidens ist die elastische Verformung des Werkstücks eine wichtige Ursache für Vibrationen. Durch den Schneiddruck verlässt das „elastische“ Werkstück das Werkzeug und prallt zurück, sodass die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück größer ist als die Schneidwirkung. Der Reibungsprozess erzeugt auch Wärme, was das Problem der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen verschlimmert.
Dieses Problem ist noch gravierender, wenn dünnwandige oder ringförmige Teile verarbeitet werden, die sich leicht verformen. Es ist keine leichte Aufgabe, dünnwandige Teile aus Titanlegierungen mit der erwarteten Maßhaltigkeit zu bearbeiten. Denn beim Wegdrücken des Werkstückmaterials durch das Werkzeug hat die lokale Verformung der dünnen Wand den elastischen Bereich zur plastischen Verformung überschritten und die Materialfestigkeit und -härte an der Schnittstelle nehmen deutlich zu. Zu diesem Zeitpunkt wird die Bearbeitung mit der ursprünglich bestimmten Schnittgeschwindigkeit zu hoch, was weiter zu einem starken Verschleiß des Werkzeugs führt.
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Prozess-Know-how für die Bearbeitung von Titanlegierungen
Basierend auf dem Verständnis des Verarbeitungsmechanismus von Titanlegierungen, gepaart mit Erfahrungen aus der Vergangenheit, ist das hauptsächliche Prozess-Know-how für die Verarbeitung von Titanlegierungen wie folgt:
(1) Wendeschneidplatten mit positiver Winkelgeometrie zur Reduzierung von Schnittkraft, Schnittwärme und Verformung des Werkstücks.
(2) Behalten Sie einen konstanten Vorschub bei, um eine Verhärtung des Werkstücks zu vermeiden. Das Werkzeug sollte sich während des Schneidvorgangs immer im Vorschubzustand befinden. Der radiale Schnittbetrag ae soll beim Fräsen 30 Prozent des Radius betragen.
(3) Schneidflüssigkeit mit hohem Druck und großem Durchfluss wird verwendet, um die thermische Stabilität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen und eine Degeneration der Werkstückoberfläche und eine Beschädigung des Werkzeugs aufgrund zu hoher Temperatur zu verhindern.
(4) Halten Sie die Schneide der Klinge scharf, stumpfe Messer sind die Ursache für Hitzestau und Verschleiß, was leicht zum Ausfall der Messer führen kann.
(5) Verarbeitung in möglichst weichem Zustand der Titanlegierung, da das Material nach dem Härten schwieriger zu verarbeiten ist, eine Wärmebehandlung die Festigkeit des Materials verbessert und den Verschleiß der Klinge erhöht.
(6) Verwenden Sie einen großen Nasenradius oder eine Fase, um so viel wie möglich in die Schneidkante zu schneiden. Dies kann die Schneidkraft und Hitze an jeder Stelle reduzieren und lokale Brüche verhindern. Beim Fräsen von Titanlegierungen hat unter den Schnittparametern die Schnittgeschwindigkeit den größten Einfluss auf die Standzeit vc, gefolgt vom radialen Schnittbetrag (Frästiefe) ae.
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Ausgehend von der Klinge, um das Problem der Titanverarbeitung zu lösen
Der während der Bearbeitung von Titanlegierungen auftretende Verschleiß der Schneidrillen ist der örtliche Verschleiß an der Vorder- und Rückseite entlang der Schnitttiefenrichtung, der oft durch die gehärtete Schicht verursacht wird, die von der vorherigen Bearbeitung übrig geblieben ist. Die chemische Reaktion und Diffusion zwischen dem Werkzeug und dem Werkstückmaterial bei einer Bearbeitungstemperatur von über 800 Grad ist auch einer der Gründe für die Bildung von Rillenverschleiß.
Denn bei der Bearbeitung reichern sich die Titanmoleküle des Werkstücks im vorderen Bereich der Schneide an und werden unter hohem Druck und hoher Temperatur mit der Schneide „verschweißt“ und bilden eine Aufbauschneide. Wenn sich die Aufbauschneide von der Schneidkante ablöst, wird die Hartmetallbeschichtung der Wendeschneidplatte entfernt, sodass die Titanbearbeitung spezielle Wendeschneidplattenmaterialien und -geometrien erfordert.
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Werkzeugstrukturen für die Titanbearbeitung
Bei der Verarbeitung von Titanlegierungen steht die Wärme im Mittelpunkt. Eine große Menge Hochdruck-Schneidflüssigkeit muss rechtzeitig und genau auf die Schneidkante gesprüht werden, um Wärme schnell abzuführen. Auf dem Markt gibt es einzigartige Strukturen von Fräsern, die speziell für die Bearbeitung von Titanlegierungen verwendet werden.
