Por que o titânio é difícil de usinar?

As quatro características das ligas de titânio, incluindo baixa condutividade térmica, endurecimento severo, alta afinidade com ferramentas de corte e pequena deformação plástica, são as razões essenciais pelas quais as ligas de titânio são difíceis de processar. Seu índice de corte equivale apenas a 20% do aço de corte livre.

Baixa condutividade térmica

A condutividade térmica da liga de titânio é apenas cerca de 16% daquela do aço 45#. O calor não pode ser dissipado a tempo durante o processamento, causando altas temperaturas locais na aresta de corte (a temperatura da ponta da ferramenta durante o processamento é mais que o dobro da do aço 45#), o que pode facilmente causar desgaste por difusão da ferramenta.

Endurecimento por trabalho severo

O fenômeno de endurecimento por trabalho da liga de titânio é óbvio, e a camada de endurecimento superficial é mais severa do que a do aço inoxidável, o que causará certas dificuldades no processamento subsequente, como aumento de danos ao limite da ferramenta.

Alta afinidade com facas

Colagem severa com metal duro contendo titânio.

Pequena deformação plástica

É cerca de 1/2 do módulo de elasticidade do aço 45, então a recuperação elástica é grande e o atrito é sério. Ao mesmo tempo, a peça de trabalho também está sujeita a deformações de fixação.

Conhecimento de processo para processamento de ligas de titânio

Com base na compreensão do mecanismo de processamento de ligas de titânio e na adição de experiência anterior, o principal know-how do processo para processamento de ligas de titânio é o seguinte:

(1) Use pastilhas com geometria de ângulo positivo para reduzir a força de corte, o calor de corte e a deformação da peça de trabalho.

(2) Mantenha um avanço constante para evitar o endurecimento da peça. A ferramenta deve estar sempre no estado de avanço durante o processo de corte. A quantidade de engate radial da ferramenta ae durante o fresamento deve ser 30% do raio.

(3) Use fluido de corte de alta pressão e alto fluxo para garantir a estabilidade térmica do processo de usinagem e evitar a degeneração da superfície da peça e danos à ferramenta causados ​​por temperatura excessiva.

(4) Mantenha o fio da lâmina afiado. Ferramentas cegas são a causa do acúmulo de calor e do desgaste, o que pode facilmente levar à falha da ferramenta.

(5) Processe a liga de titânio no estado mais macio possível, porque o material se torna mais difícil de processar após a têmpera e o tratamento térmico aumenta a resistência do material e aumenta o desgaste da lâmina.

(6) Use um raio de arco ou chanfro grande na ponta da ferramenta para cortar o máximo possível na aresta de corte. Isto reduz a força de corte e o calor em todos os pontos e evita quebras locais. No fresamento de liga de titânio, entre os parâmetros de corte, a velocidade de corte tem o maior impacto na vida útil da ferramenta, seguida pelo engate radial da ferramenta (profundidade de fresamento).

Comece com lâminas para resolver problemas de processamento de titânio

O desgaste da ranhura da lâmina que ocorre durante a usinagem de ligas de titânio é o desgaste local na parte traseira e frontal ao longo da direção da profundidade de corte. Muitas vezes é causado pela camada endurecida deixada pelo processamento anterior. A reação química e a difusão entre a ferramenta e o material da peça a uma temperatura de processamento superior a 800 graus também é uma das causas do desgaste da ranhura. Porque durante o processo de usinagem, as moléculas de titânio da peça se acumulam na frente da lâmina e são “soldadas” à lâmina sob alta pressão e alta temperatura, formando arestas postiças. Quando a aresta postiça se desprende da aresta de corte, ela leva consigo o revestimento de metal duro da pastilha, portanto, a usinagem de titânio requer materiais e geometrias especiais da pastilha.

Estrutura da ferramenta adequada para usinagem de titânio

O foco do processamento da liga de titânio é o calor. Uma grande quantidade de fluido de corte de alta pressão deve ser pulverizada na aresta de corte com rapidez e precisão para remover o calor rapidamente. Existem estruturas exclusivas de fresas no mercado específicas para processamento de ligas de titânio.

Comece com métodos específicos de processamento mecânico

girando

Ao tornear produtos de liga de titânio, é fácil obter melhor rugosidade superficial e o endurecimento por trabalho não é sério, mas a temperatura de corte é alta e a ferramenta se desgasta rapidamente. Em resposta a estas características, são tomadas principalmente as seguintes medidas em termos de ferramentas e parâmetros de corte:

Material da ferramenta: YG6, YG8, YG10HT são selecionados de acordo com as condições existentes na fábrica.

Parâmetros geométricos da ferramenta: ângulos dianteiro e traseiro adequados e arredondamento da ponta da ferramenta.

Velocidade de corte mais baixa, avanço moderado, profundidade de corte mais profunda, resfriamento suficiente. Ao girar o círculo externo, a ponta da ferramenta não pode ficar mais alta que o centro da peça de trabalho, caso contrário é fácil amarrar a ferramenta. Ao terminar o torneamento e torneamento de peças de paredes finas, a deflexão principal da ferramenta O ângulo deve ser grande, geralmente de 75 a 90 graus.

Fresagem

O fresamento de produtos de liga de titânio é mais difícil do que o torneamento, porque o fresamento é um corte intermitente e os cavacos são fáceis de unir à lâmina. Quando os dentes colantes cortam a peça de trabalho novamente, os cavacos são arrancados e retiram um pequeno pedaço do material da ferramenta, formando uma lâmina de lascamento que reduz muito a durabilidade da ferramenta.

Método de fresamento: Geralmente, o fresamento descendente é usado.

Material da ferramenta: aço rápido M42.

Geralmente, o fresamento descendente não é usado no processamento de ligas de aço. Devido à influência da folga entre o parafuso e a porca da máquina-ferramenta, durante o fresamento descendente, a fresa atua sobre a peça de trabalho, e a força componente na direção de avanço é a mesma que a direção de avanço, o que facilmente faz com que a mesa da peça de trabalho colapso. Ocorre movimento intermitente, resultando em espancamento de faca. No fresamento descendente, os dentes da fresa atingem a pele dura quando começam a cortar, causando a quebra da fresa. No entanto, como os cavacos de fresamento ascendente mudam de finos para grossos, a ferramenta está sujeita ao atrito seco com a peça durante o corte inicial, o que agrava o travamento dos cavacos e o lascamento da borda da ferramenta. Para fresar a liga de titânio suavemente, também deve-se notar que, em comparação com as fresas padrão gerais, o ângulo de saída deve ser reduzido e o ângulo de alívio deve ser aumentado. A velocidade de fresagem deve ser baixa. Tente usar fresas com dentes afiados e evite usar fresas com dentes tipo pá.

Tocando

Ao rosquear produtos de liga de titânio, os cavacos são pequenos e fáceis de unir à lâmina e à peça de trabalho, resultando em grande rugosidade superficial e alto torque. A seleção inadequada do macho e a operação inadequada durante o rosqueamento podem facilmente levar ao endurecimento por trabalho, eficiência de processamento extremamente baixa e quebra ocasional do macho.

É necessário dar prioridade ao toque do fio saltador com o fio certo. O número de dentes deve ser menor que o do macho padrão, geralmente 2 a 3 dentes. O ângulo cônico de corte deve ser grande e a parte cônica geralmente tem 3 a 4 comprimentos de rosca. Para facilitar a remoção de cavacos, um ângulo de inclinação negativo também pode ser retificado no cone de corte. Tente usar toques curtos para aumentar a rigidez do toque. A parte cônica reversa do macho deve ser apropriadamente maior que o padrão para reduzir o atrito entre o macho e a peça de trabalho.

alargamento

O desgaste da ferramenta não é sério ao alargar liga de titânio, e tanto alargadores de metal duro quanto de aço rápido podem ser usados. Ao usar alargadores de metal duro, deve-se adotar uma rigidez do sistema de processo semelhante à da perfuração para evitar que o alargador lasque. O principal problema que ocorre ao alargar ligas de titânio é que o acabamento do alargamento não é bom. A largura da lâmina do alargador deve ser reduzida com uma pedra de amolar para evitar que a lâmina grude na parede do furo. No entanto, deve ser garantida resistência suficiente. Geralmente, a largura da lâmina é 0,1~0,15mm. também.

O ponto de transição entre a aresta de corte e a peça de calibração deve ser um arco suave. Deve ser retificado a tempo após o desgaste, e o tamanho do arco de cada dente deve ser consistente; se necessário, a conicidade traseira da peça de calibração pode ser aumentada.

Perfuração

A perfuração de ligas de titânio é difícil e muitas vezes ocorrem desgaste e quebra da broca durante o processo de usinagem. Isto se deve principalmente a vários motivos, como má afiação da broca, remoção prematura de cavacos, resfriamento insuficiente e baixa rigidez do sistema de processo. Portanto, ao perfurar ligas de titânio, deve-se prestar atenção à afiação razoável da broca, ângulo de vértice grande, ângulo de inclinação da borda externa reduzido, ângulo de alívio da borda externa aumentado e conicidade traseira aumentada para 2 a 3 vezes maior que as brocas padrão. Retraia a ferramenta com frequência e remova os cavacos imediatamente, prestando atenção ao formato e à cor dos cavacos. Se os cavacos parecerem embaçados ou mudarem de cor durante a perfuração, isso indica que a broca está cega e a ferramenta deve ser trocada e afiada a tempo.

A matriz de perfuração deve ser fixada na bancada, a superfície guia da matriz de perfuração deve estar próxima à superfície de processamento e uma broca curta deve ser usada tanto quanto possível. Outra questão que vale a pena observar é que quando a alimentação manual é utilizada, a broca não deve avançar ou recuar no furo, caso contrário a borda da broca irá roçar na superfície usinada, causando endurecimento e tornando a broca romba.

esmerilhamento

Problemas comuns na retificação de peças de liga de titânio são o entupimento do rebolo devido a lascas presas e queimaduras na superfície das peças. A razão é que a condutividade térmica da liga de titânio é baixa, o que provoca alta temperatura na zona de retificação, causando ligação, difusão e forte reação química entre a liga de titânio e o abrasivo. Lascas pegajosas e entupimento do rebolo levam a uma diminuição significativa na taxa de retificação. Como resultado da difusão e das reações químicas, a peça queima na superfície retificada, resultando na redução da resistência à fadiga da peça. Isto é mais óbvio ao retificar peças fundidas de liga de titânio.

Para resolver este problema, as medidas tomadas são:

Escolha o material do rebolo apropriado: carboneto de silício verde TL. Dureza do rebolo ligeiramente inferior: ZR1.

O corte de materiais de liga de titânio deve ser controlado a partir dos aspectos dos materiais da ferramenta, fluidos de corte e parâmetros do processo de processamento, a fim de melhorar a eficiência geral do processamento de materiais de liga de titânio.