Введение в обработку титана

Узнайте, как обрабатывать титан, это проще, чем вы думаете, особенно с нашим бесплатным контрольным списком.

Выхлоп из титана для спорткара McLaren…

Титан и его сплавы используются в аэрокосмической, медицинской, автомобильной и многих других областях. Преимущество металла - это следующие свойства:

• Устойчив к ржавчине и химическим веществам
• Он пригоден для вторичной переработки
• Возможно, его самая большая привлекательность в том, что он чрезвычайно прочен для своего веса. Это один из самых легких металлических элементов в периодической таблице Менделеева - лишь немногим более половины веса нержавеющей стали.

Эти свойства очень желательны для ряда конкретных целей:

• Авто, военная промышленность и авиакосмическая промышленность.   Любая авиакосмическая промышленность ценит высокую прочность и малый вес, но титан также обладает устойчивостью к коррозии и химическим воздействиям, что может сделать его ценным в силовых установках. Интересно, что из него также получается хорошая броня. Это экономит 15-35% веса по сравнению со стальной или алюминиевой броней с такой же баллистической стойкостью. Поскольку автопроизводители усерднее работают над уменьшением веса автомобилей, будь то из соображений производительности или экономии топлива, они рассматривают возможность увеличения количества титана. Некоторые свойства титана идеально подходят для таких вещей, как клапаны двигателя внутреннего сгорания.
• Корабли : коррозионная стойкость титана полезна в океанских применениях.
• Медицина и стоматология . Имплантаты, такие как тазобедренные и коленные суставы, костные пластины и кардиостимуляторы, являются одними из многих областей применения, которые приносят пользу. Титан является идеальным биосовместимым материалом, поскольку он имеет низкую электропроводность, высокую коррозионную стойкость и термодинамическое состояние при физиологических значениях pH. Он также способствует интеграции с костью.
• Спорт, ювелирные изделия и многое другое: давайте посмотрим правде в глаза: титан - один из тех «волшебных» материалов, за которые общественность будет платить независимо от того, действительно ли он нужен.

Но есть препятствия для работы с титаном, его довольно сложно обрабатывать. К счастью, есть решения для каждого препятствия. В этой статье вы узнаете, как выбрать подходящие инструменты, а также как использовать эти инструменты с правильными параметрами подачи и скорости, осевым и радиальным зацеплением и всеми остальными параметрами, необходимыми для успешной работы с титаном.

Почему титан так сложно обрабатывать?

Когда вы услышите полный список того, что делает Titanium настолько сложным для обработки, вы можете задаться вопросом, как мы вообще это делаем. Но наберитесь духа, у нас будет стратегия, чтобы справиться с каждым препятствием.

Препятствия титана

• Титановые сплавы имеют низкий модуль Юнга . Модуль Юнга - это, по сути, жесткость материала. На практике это означает, что титан будет больше страдать от упругого возврата и вибрации, чем другие материалы. Это может привести к ухудшению качества поверхности и другим проблемам с готовой работой.
• Титан липкий (так же, как алюминий липкий и хочет привариться к резцу). Такое сочетание механического упрочнения и липкости создает длинные стружки, которые хотят обернуть вокруг всего. Эти путаницы делают практически невозможной полную автоматизацию обработки титана. Непостоянная стружка, приставшая к режущей кромке, может быть причиной выкрашивания инструмента, особенно при входе или выходе из пропила.
• Титан плохо проводит тепло. Из-за прочности титана выделяется больше тепла, и от него сложнее избавиться. По сравнению с другими материалами, мы гораздо больше полагаемся на охлаждающую жидкость, а не на стружку, чтобы отвести это тепло до того, как оно повредит наши режущие инструменты.
• Титан, скорее всего, затвердеет. Деформационное упрочнение вызывается недостаточным контролем нагрева в резке.
• Давление резания титана очень высокое. Это означает, что резак получает сильный толчок при входе в разрез или выходе из него. Неспособность контролировать это приведет к чрезмерному выкрашиванию ваших инструментов при входе или выходе.

Титан и его сплавы

Как и большинство металлов, существует множество титановых сплавов (около 40 марок ASTM, а также несколько дополнительных сплавов).

Сорта с 1 по 4 в основном представляют собой технически чистый титан, градуированный по пределу прочности на разрыв. Марка 5 (Ti6Al4V или Ti 6-4) - наиболее распространенный титановый сплав. Он содержит 6% алюминия и 4% ванадия.

Титан обычно делится на 4 класса:

• Необработанный, технически чистый титан
• Альфа-сплавы: добавьте Al, O и / или N.
• Бета-сплавы: добавить Mb, Fe, V, Cr и / или Mn
• Смешанная альфа + бета позволяет: Присутствует смесь аддов для каждого.

Инструмент для обработки титана

Первое, что нужно сделать - это правильно выбрать инструмент для титана. Не берите первую обычную концевую фрезу, которую найдете, и надейтесь на хорошие результаты. Следуйте этим 6 правилам, чтобы выбрать инструменты, которые лучше подходят для Titanium.

1. Используйте больше канавок при обработке титана.

Свойства титана позволяют снизить частоту вращения и нагрузку на микросхему. Концевая фреза с 10 зубьями слишком тугая для тех нагрузок, с которыми может справиться большинство материалов, но она может отлично работать с титаном, особенно с учетом того, что вам нужно уменьшить радиальные зацепления. Увеличение количества канавок - единственный способ сократить время цикла до уровня производительности.

Возможность удерживать большее количество зубьев в резке также снижает вибрацию. Недостаточная жесткость титана делает его более восприимчивым к вибрации.

2. Сохраняйте резкость и избегайте прерывистых резов при обработке титана.

Титан одновременно жесткий и эластичный (вспомните низкие модули Юнга). Это означает, что нам нужен острый инструмент, чтобы эффективно и без трения проникнуть под поверхность и разрезать стружку.

К сожалению, этот острый край тонкий. Старайтесь избегать прерывистых резов, которые могут забить стружку в ваши инструменты с острыми краями.

3. Покрытия имеют значение при обработке титана.

Покрытия могут значительно повысить способность вашего инструмента выдерживать условия, в которых обрабатываются изделия из титана. Хорошим покрытием является TiAlN. Он особенно хорошо подходит для температур, характерных для обработки титана, и добавляет смазывающие свойства, помогая бороться с заеданием и сваркой стружки.

Если у вас возникли проблемы с TiAlN, вы также можете попробовать карбонитрид титана (TiCN). Алмазное PVD-покрытие тоже хорошо работает.

Избегайте керамики и CBN. Керамика не работает с охлаждающей жидкостью, а связка CBN слишком быстро разлагается при обработке титана.

4. Формы пластин для обработки титана.

Круглые пластины (тороидальные или ножницы для пуговиц) отлично подходят для титана, но такая форма подходит не для всех приложений. Попробуйте использовать фрезу, которая устанавливает пластину с некоторым углом в плане.  Торцевая фреза под 45 градусов предпочтительно под углом 90 градусов. Угол в плане способствует утонению стружки, как и круглые пластины.

5. Попробуйте фрезы с высокой подачей при обработке титана.

Призыв сохранять низкое зацепление с титаном как в осевом, так и в радиальном направлениях - это музыка для ушей энтузиастов High-Feed. Именно для этого предназначены эти инструменты.

6. Вторичное облегчение делает ваши инструменты жестче

Вам понадобится острая кромка для титана. Вторичный рельеф просто означает наличие немного говядины прямо за краем, чтобы поддержать его.

Советы по обработке титана

1. Уменьшите радиальное зацепление, чтобы контролировать тепло

Титан не проводит тепло, почти наоборот. Очень важно поддерживать низкое радиальное зацепление. Вы должны оставить время, на которое режущая кромка подвергнется воздействию тепла, и оставить время и зазор для работы охлаждающей жидкости.

Чистовая обработка титана требует, чтобы очень маленький процент радиуса инструмента находился в контакте (то есть небольшое радиальное зацепление), отточенная режущая кромка, которая очень острая, высокая скорость обработки (попадание в верхний предел диапазона) и очень минимальная подача на зуб .

Если вам необходимо вырезать паз, попробуйте использовать трохоидальную траекторию, а не захват на всю ширину. Для полных слотов вам придется набрать скорость вращения ПУТЬ обратно. Это будет зависеть от вашего инструмента и покрытия, но может снизиться до десятков SFM.

2. Предотвратить вырывание инструмента

Высокоточные гидравлические патроны Sandvik действительно надежно удерживают инструмент и предотвращают вырывание ...

При обработке титана обычно возникают огромные силы резания, удары и вибрация. Они также отлично подходят для вытаскивания хвостовика инструмента из держателя. Даже небольшое скольжение радикально увеличивает глубину резания, что увеличивает силы резания, что приводит к большему скольжению. Это порочный круг, и вы должны его избегать.

Используйте соответствующие процедуры с цангами, чтобы убедиться, что они держатся как можно плотнее. Держите все в чистоте и затяните цанги до оптимальных характеристик.

Держатели хвостовиков Weldon еще более надежны при выдергивании, как и патроны для гидравлических фрез.

3. Сделайте стружку более толстой: фрезерование с подъемом

Эта начальная толстая часть чипа будет уносить больше тепла. Избавление от тепла в стружке очень важно, потому что чем больше в стружке, тем меньше остается в заготовке инструмента. Тонкий конец стружки также с меньшей вероятностью приваривается к фрезу, поэтому Climb Milling дает двойной бонус при обработке титана.

4. Дуга в разрезе

Это хорошая стратегия для многих труднообрабатываемых материалов, таких как нержавеющая сталь или жаропрочные никелевые сплавы. Дуга снижает удар, поскольку инструмент входит в материал впервые. Если вы будете подавать прямо, ваш инструмент будет часто откалываться от ударов, и долго после этого он не прослужит.

5. Предварительное фрезерование фаски в конце резания.

Вы можете сделать дугу из пропила, как надрез на поверхности материала. Но сложнее сделать дугу из чего-то вроде щели, где резак выходит из стены. Создание фаски под углом 45 градусов в конце прохода - хороший способ минимизировать шок при выходе. Оставление этой фаски может означать планирование заранее и оставить материал для фаски, который будет обработан позже.

6. Выберите инструмент гораздо меньшего диаметра, чем минимальный радиус кармана.

В случае алюминия мы привыкли использовать инструмент, имеющий лишь немного меньший радиус (диаметр / 2), чем минимальный внутренний радиус кармана. Это может привести к тому, что инструмент будет сильно защищен от охлаждающей жидкости, что недопустимо при обработке титана. Вместо этого выберите инструмент, радиус которого (диаметр / 2) составляет не более 70% этого минимального внутреннего радиуса. Это гарантирует, что останется место для большого количества охлаждающей жидкости.

7. Изменяйте осевую глубину при каждом проходе.

Титан опасен, и место, где инструмент особенно сильно изнашивается, находится прямо в верхней части зоны резания. Тот интерфейс, где выпускаются чипы. Этот износ настолько серьезен, что вы значительно выиграете от изменения величины осевого зацепления на каждом проходе при обработке титана.

Правильно, не делайте 3 прохода одинаковой глубины, чтобы добраться до дна вашего кармана. Сделайте 3 прохода, каждый проход имеет разную глубину.

8. Ограничьте осевую глубину с помощью тонких стенок и изящных элементов.

Гибкость титана означает, что он хочет вибрировать и болтать. Тонкие стены и стройные детали только усугубляют ситуацию. Каждый раз, когда толщина стены более чем в 8 раз превышает ее толщину (или такая же проблема возникает у тонкой детали), вам нужно проявлять особую осторожность.

Лучший способ позаботиться о том, чтобы оставить достаточно большой припуск для чистовой обработки, чтобы учесть изгиб, а затем выполнить чистовой проход с малой осевой глубиной резания, но большой радиальной глубиной резания.

9. Используйте охлаждающую жидкость под высоким давлением.

Помните, что титан очень плохо проводит тепло. Возможно, ваша духовка лучше проводит тепло, LOL!

Трудно вывести тепло из рабочей зоны. Оставленный там, он приведет к разрушению наших режущих инструментов, а тепловые эффекты затруднят соблюдение допусков. Поэтому нам нужна наилучшая настройка охлаждающей жидкости, которую мы можем получить при обработке титана.

Система охлаждающей жидкости под высоким давлением действительно помогает . В зависимости от области применения, сквозной шпиндель также может иметь решающее значение.

Вы также можете обнаружить, что увеличение концентрации охлаждающей жидкости полезно для титана. Ему нужен дополнительный «сок» для смазывания и предотвращения приваривания стружки.

10. Используйте правильную подачу и скорость.

Я часто говорю о балансе скорости подачи и числа оборотов шпинделя в «зоне наилучшего восприятия»:

Сладкое пятно не показано в масштабе, потому что оно меняется от одного материала к другому. Сложные материалы имеют очень маленькую золотую середину. Диапазон значений, которые работают, невелик. Соответственно, вам нужны хорошие подачи и скорости, желательно сгенерированные с помощью высококачественного калькулятора подачи и скорости, такого как наш G-Wizard.

Эй, если вы не верите, что хорошая подача и скорость имеют значение, обратите внимание на этого клиента G-Wizard, который сделал нижний приемник Titanium AR-15 на крошечной фрезерной машине с ЧПУ.

11. Жесткая машина и жесткая оснастка.

А вот и гибкость Titanium снова. Поскольку он относительно гибкий, вы обнаружите, что ваши настройки должны быть как можно более жесткими, чтобы уменьшить вибрацию и дребезжание. Чем жестче ваш станок и чем жестче обрабатываемая деталь, тем лучше для обработки титана.

12. Попробуйте врезное фрезерование и HSM

Плунжерное фрезерование - одна из моих любимых траекторий черновой обработки для ситуаций касания, потому что оно передает максимально возможное усилие резания через ось инструмента, которая является наиболее жесткой частью инструмента и (обычно) станка с ЧПУ.

Единственным реальным недостатком является то, что все гребешки означают, что врезное фрезерование является строго черновой стратегией. Вам нужно будет выполнить чистовой проход, чтобы сделать стенки гладкими для обработки титана.

Заключение: планируйте заранее и будьте систематичными, и вы это поняли

Ого! Об этом нужно помнить!

Ждать. У тебя есть это. Вы знаете, что вам нужно делать, как выбрать правильный инструмент и как его использовать. Вы знаете, почему, какие препятствия необходимо преодолеть при обработке титана.

Тот факт, что есть много этапов, означает, что вам нужно заранее планировать и систематизировать обработку титана. Составьте контрольный список для титановых работ и убедитесь, что вы применяете все стратегии. Вскоре этот контрольный список станет вашей второй натурой.

Но до тех пор, пока это не произойдет, это поможет вам преодолеть проблемы и подводные камни.