Преимущества титана, как материала, сфера применения
Этот металл обладает целым рядом бесспорных достоинств:
- незначительная (до 4500 кг/м3) плотность, позволяет уменьшить массу требуемого материала;
- чрезвычайная коррозионная стойкость, благодаря формируемой тончайшей защитной поверхностной плёнке оксида титана (5-15 мкм);
- значительная механическая прочность. При температурах от 250°С до 500°С сплавы титана, по рассматриваемому показателю, превосходят магниевые, алюминиевые;
- удельная прочность качественных сплавов на основе титана может превышать 35 (вдвое больше, чем у сталей легированных марок).
Всё это обусловило постоянно расширяющуюся сферу применения данного металла (сплавов). Продукция востребована при изготовлении авиационных двигателей, планеров летательных аппаратов, в химическом машиностроении, в хлорной промышленности.
Материалы активно востребованы при производстве медицинских инструментов, в электронике, атомной промышленности, автомобилестроении, для изготовления опреснительных установок.
Реальные преимущества
заказы
работы
Нюансы и трудности обработки
Осуществление механообработки титановых сплавов сопровождается существенными удельными усилиями.
В результате, в зоне реза резко возрастают температуры, чему способствует также малая теплопроводность металла, титановых сплавов.
Большая адгезия, в совокупности с высокими температурами, провоцирует налипание титана на поверхность режущего инструмента. Сила трения возрастает, меняется геометрия фрезы.
Отклонение показателей от оптимальных провоцирует дальнейший рост температуры, ускоренный износ режущего инструмента. Возникает необходимость увеличения усилий обработки.
В результате, трудоёмкость механообработки материала почти в четыре раза больше аналогичного значения для углеродистых марок стали, в семь – для алюминиевых.
Процесс предусматривает небольшую подачу, малые частоты вращения, активное применение СОЖ. В сравнении со сталью, упомянутые показатели ≤4 раза ниже.
Ощутимого снижения температуры, усилия реза позволяет добиться выполнение механоводородной обработки материала заготовки.
Процесс включает комплекс мероприятий: вакуумный отжиг, механообработку, наводороживание. Процедура легирования водородом обеспечивает существенное падение температур в месте реза, потребных сил резания. Показатель стойкости твёрдосплавного инструмента растёт от 2 до 10 раз (зависит от используемого сплава, выбранного режима реза). В результате скорость выполнения работ возрастает почти вдвое (при сохранении иных параметров). Альтернативное решение – увеличение глубины реза, подачи при неизменной частоте вращения.
Кроме этого следует отметить:
- Окисление стружки, материала заготовки в зоне резания. Следствие – проблемы с утилизацией отходов, падение эксплуатационных параметров готовой детали.
- Требуется неукоснительно соблюдать ресурсные характеристики;
- Имеются существенные ограничения для выполнения финишных шлифовальных работ;
- Работы проводятся исключительно на крупных станках типа ФП-9 (аналогов);
- Штатным решением является объединение нескольких малооперационных процессов в один, выполняемый на многоинструментальном (многооперационном) оборудовании.
Рекомендации при обработке титана
Важнейшим параметром, учитываемым при фрезерной обработке титана, является высокая пожаро и взрывоопасность титанового порошка/стружки. В АО «НПФ «СПЕЦМАШ» меры безопасности соблюдаются в полном объёме.
В целях достижения высокого качества производимых деталей, минимизации энергозатрат реализуется комплекс следующих операций:
- Использование твёрдосплавных износоустойчивых фрез высокого качества;
- Осуществление обработки заготовки на минимальных частотах вращения;
- Непрерывная подача в зону резания СОЖ.
Для надёжной фиксации заготовки на станке используется конусный шпиндель ISO 50, имеющий укороченный вылет.
Максимальную сложность представляют заказы по обработке внутренних пазов, тонких стенок, карманов, выемок, фасок.
В процессе работ с титаном в обязательном порядке учитывают торцевое, радиальное биение фрезы. Кроме этого, при составлении ТК, наши технологи принимают во внимание:
- Требования к материалу режущего инструмента;
- Прочность обрабатываемого материала;
- Стойкость к образованию лунок на фрезе;
- Разницу рекомендованной подачи резца/скорости резания (любое точение);
- Среднюю контактную температуру;
- Интенсивность износа.
При этом неукоснительно соблюдается следующий подход – рост трудоёмкости обработки изделия снижает допустимый диапазон режимов резания, признаваемых целесообразными.
Наши фрезеровщики, операторы станков с ЧПУ, при выполнении заказа на обработку упомянутых материалов резанием, руководствуются рядом простых рекомендаций:
- При работе требуется сохранять незначительную площадь контакта резца и поверхности обрабатываемой заготовки (уменьшение последнего позволяет повысить частоту вращения при сохранении const значения т5емп5ературы в месте резания);
- Для работы с титаном рекомендуется применять фрезы с большим количеством зубьев (≥ 10). Это позволяет отказаться от минимизации подачи на зуб;
- Строим работу от толстой первичной стружки к тонкой финишной (при попутном фрезеровании).
При встречном – наоборот. Отдельно учитывается фасонная фрезеровка титана.
- Оптимальным решением является врезка по дуге (по касательной);
- В конце каждого прохода необходимо снимать фаску в 45°, что плавно минимизирует радиальную глубину реза, исключая возникновение ударной нагрузки при завершении проходки;
- Обрабатывать титан, сплавы на его основе, рекомендуется с использованием фрез со значительными задними вспомогательными углами;
- Для каждого прохода желательно менять осевую глубину реза, что позволяет перераспределять проблемные области приложения нагрузки по разным точкам имеющихся зубьев;
- Осевая глубина выборки материала тонких элементов выполняется с неукоснительным учётом соотношения 8:1, что исключит вероятность искривления тонких стенок детали
Диаметр фрезы, применяемой в процессе работы по выборке небольших пазов, должен быть ≤ 70% сопоставимого размера выбираемого паза.