Am 13. September veröffentlichte Apple die iPhone 15-Handyserie. Es ist erwähnenswert, dass dies das erste Mal ist, dass Rahmen aus Titanlegierung auf Smartphones erscheinen.
Titanlegierung ist ein leichtes, korrosionsbeständiges und hochfestes Material. Bei der Verwendung in Smartphones kann es die Gesamtfestigkeit, Fallfestigkeit und Kratzfestigkeit des Telefons verbessern. Allerdings ist Titanlegierung ein schwer zu bearbeitendes Material, und die Einführung von Rahmen aus Titanlegierung stellt auch in der CNC-Technologie eine Herausforderung dar.
Warum glauben wir, dass Titanlegierungen ein schwer zu bearbeitendes Material sind? Erfahren Sie mehr über die damit verbundenen Schneidverarbeitungseigenschaften.
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„Hitze“ ist der „Übeltäter“, der die Verarbeitung von Titanlegierungen erschwert
Die Schnittkraft bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist nur geringfügig höher als die von Stahl gleicher Härte, allerdings sind die physikalischen Phänomene bei der Bearbeitung von Titanlegierungen viel komplexer als bei der Bearbeitung von Stahl, was die Bearbeitung von Titanlegierungen vor große Schwierigkeiten stellt.
Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Titanlegierungen ist sehr gering, sie beträgt nur 1/7 von Stahl und 1/16 von Aluminium. Daher wird die beim Schneiden von Titanlegierungen entstehende Wärme nicht schnell auf das Werkstück übertragen oder von den Spänen abgeführt, sondern im Schneidbereich konzentriert. Die erzeugte Temperatur kann bis zu über 1000 Grad betragen, was dazu führt, dass sich die Schneidkante des Werkzeugs schnell abnutzt, reißt und sich verformt. Aufbauschneide, eine schnell abgenutzte Schneidkante, erzeugt mehr Wärme im Schneidbereich, was die Lebensdauer des Werkzeugs weiter verkürzt.
Die beim Schneidvorgang entstehenden hohen Temperaturen zerstören auch die Oberflächenintegrität von Titanlegierungsteilen, was zu einer Verschlechterung der geometrischen Genauigkeit der Teile und einem Kaltverfestigungsphänomen führt, das ihre Ermüdungsfestigkeit erheblich verringert.
Die Elastizität von Titanlegierungen kann sich positiv auf die Leistung des Teils auswirken, während des Schneidvorgangs ist jedoch die elastische Verformung des Werkstücks eine wichtige Ursache für Vibrationen. Durch den Schneiddruck bewegt sich das „elastische“ Werkstück vom Werkzeug weg und prallt zurück, wodurch die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück die Schneidwirkung überwiegt. Durch den Reibungsprozess entsteht außerdem Wärme, was das Problem der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen verschärft.
Noch gravierender ist dieses Problem bei der Bearbeitung dünnwandiger oder ringförmiger Teile, die sich leicht verformen. Es ist nicht einfach, dünnwandige Teile aus Titanlegierungen mit der erwarteten Maßgenauigkeit zu bearbeiten. Da beim Wegdrücken des Werkstückmaterials durch das Werkzeug die lokale Verformung der dünnen Wand den elastischen Bereich überschritten hat und zu einer plastischen Verformung führt, erhöhen sich die Materialfestigkeit und Härte der Schneidspitze deutlich. Zu diesem Zeitpunkt wird die ursprünglich festgelegte Schnittgeschwindigkeit zu hoch, was zu einem weiteren schnellen Werkzeugverschleiß führt.
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Prozess-Know-how zur Verarbeitung von Titanlegierungen
Auf der Grundlage des Verständnisses des Verarbeitungsmechanismus von Titanlegierungen und der Einbeziehung früherer Erfahrungen ist das Hauptprozess-Know-how für die Verarbeitung von Titanlegierungen wie folgt:
(1) Verwenden Sie Wendeschneidplatten mit positiver Winkelgeometrie, um Schnittkraft, Schnittwärme und Werkstückverformung zu reduzieren.
(2) Halten Sie einen konstanten Vorschub ein, um eine Verhärtung des Werkstücks zu vermeiden. Das Werkzeug sollte sich während des Schneidvorgangs immer im Vorschubzustand befinden. Der radiale Schnittbetrag ae sollte beim Fräsen 30 % des Radius betragen.
(3) Verwenden Sie Schneidflüssigkeit mit hohem Druck und hohem Durchfluss, um die thermische Stabilität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen und eine Degeneration der Werkstückoberfläche und Werkzeugschäden durch zu hohe Temperaturen zu verhindern.
(4) Halten Sie die Klingenkante scharf. Stumpfe Werkzeuge sind die Ursache für Hitzestau und Verschleiß, die leicht zum Ausfall des Werkzeugs führen können.
(5) Verarbeiten Sie Titanlegierungen im möglichst weichen Zustand, da das Material nach dem Abschrecken schwieriger zu verarbeiten ist und die Wärmebehandlung die Festigkeit des Materials erhöht und den Klingenverschleiß erhöht.
(6) Verwenden Sie einen großen Bogenradius oder eine große Fase an der Werkzeugspitze, um so viel wie möglich von der Werkzeugkante in den Schnitt einzuführen. Dies reduziert Schnittkraft und Hitze an jeder Stelle und verhindert lokale Brüche. Beim Fräsen von Titanlegierungen hat unter den Schnittparametern die Schnittgeschwindigkeit den größten Einfluss auf die Standzeit vc, gefolgt vom radialen Werkzeugeingriff (Frästiefe) ae.
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Beginnen Sie mit Klingen, um Probleme bei der Titanverarbeitung zu lösen
Der Klingennutverschleiß, der bei der Bearbeitung von Titanlegierungen auftritt, ist der lokale Verschleiß der Vorder- und Rückseite entlang der Schnitttiefenrichtung. Die Ursache liegt oft in der verhärteten Schicht, die durch die vorherige Bearbeitung entstanden ist. Auch die chemische Reaktion und Diffusion zwischen Werkzeug und Werkstückmaterial bei Verarbeitungstemperaturen über 800 Grad sind eine der Ursachen für Nutverschleiß.
Denn während des Bearbeitungsprozesses sammeln sich die Titanmoleküle des Werkstücks vor der Klinge an und werden unter hohem Druck und hoher Temperatur mit der Klinge „verschweißt“, wodurch eine Aufbauschneide entsteht. Wenn sich die Aufbauschneide von der Schneidkante ablöst, wird die Hartmetallbeschichtung der Wendeschneidplatte mitgerissen. Daher erfordert die Bearbeitung von Titan spezielle Wendeschneidplattenmaterialien und -geometrien.
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Für die Titanbearbeitung geeignete Werkzeugstruktur
Bei der Verarbeitung von Titanlegierungen steht die Wärme im Mittelpunkt. Eine große Menge Hochdruck-Schneidflüssigkeit muss schnell und präzise auf die Schneidkante gesprüht werden, um die Wärme schnell abzuleiten. Speziell für die Bearbeitung von Titanlegierungen gibt es auf dem Markt einzigartige Fräserstrukturen.
