Spracovanie titánu: počiatočné vlastnosti materiálu, ťažkosti a typy spracovania, princíp činnosti, techniky a odporúčania odborníkov

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-02 14:02

V súčasnosti existuje skupina kovov, pre ktoré je potrebné pred začatím práce s nimi vytvoriť špeciálne podmienky. Do tejto kategórie prác patrí obrábanie titánu. Všetky ťažkosti a vlastnosti procesu sú spôsobené tým, že tento materiál sa vyznačuje zvýšenou tvrdosťou.

Popis

Titan sa vyznačuje tým, že je veľmi pevný, má striebornú farbu a je tiež extrémne odolný voči procesu hrdzavenia. Vďaka tomu, že sa na povrchu kovu vytvorí film TiO_{2, má dobrú odolnosť voči všetkým vonkajším vplyvom. Iba vplyv látok, ktoré vo svojom zložení obsahujú alkálie, môže negatívne ovplyvniť vlastnosti titánu. Pri kontakte s týmito chemikáliami surovina stráca svoje pevnostné charakteristiky.}

Vzhľadom na vysokú pevnosť výrobku je pri sústružení titánu nutné použiť nástroj z ultratvrdej zliatiny a ďalšie špeciálne podmienky pri práci na CNC sústruhu.

Čo mám zvážiť pri spracovaní?

Ak je potrebné pracovať s titánom, treba brať do úvahy nasledujúce vlastnosti:

• Prvým je lepenie. Obrábanie titánu pomocou sústruhu vytvára vysoké teploty, ktoré spôsobujú roztavenie materiálu a prilepenie na rezný nástroj.
• Počas spracovania vzniká aj jemný rozptýlený prach. Môže vybuchnúť, a preto je veľmi dôležité počas prevádzky prísne dodržiavať všetky bezpečnostné predpisy.
• Na vykonávanie vysokokvalitného procesu rezania takéhoto ťažkého kovu je potrebný nástroj, ktorý dokáže poskytnúť vhodný režim.
• Na rezanie je tiež potrebné zvoliť špeciálny nástroj, pretože titán sa vyznačuje nízkou tepelnou vodivosťou.

Po dokončení spracovania titánu sa hotová súčiastka zvyčajne zahrieva a potom sa nechá vychladnúť na vzduchu. Na povrchu materiálu sa tak vytvorí ochranný film, ktorý bol popísaný vyššie.

Klasifikácia metód spracovania

Na rezanie takýchto surovín je potrebný špeciálny nástroj a tiež CNC sústruh. Samotný proces je rozdelený do niekoľkých operácií, z ktorých každá sa vykonáva podľa vlastnej technológie.

Pokiaľ ide o samotné operácie, môžu byť základné, stredné alebo predbežné.

Pri spracovaní titánu na strojoch musíte pamätať na to, že v tomto čase dochádza k vibráciám. Aby čiastočneNa vyriešenie tohto problému môžete obrobok upevniť viacstupňovým spôsobom a tiež to urobiť čo najbližšie k vretene. Na zníženie vplyvu teploty na proces obrábania sa odporúča používať nepovlakované jemnozrnné tvrdokovové frézy a špeciálne PVD doštičky. Tu stojí za to venovať pozornosť skutočnosti, že pri spracovaní titánu rezaním sa 85 až 90% všetkej energie premení na teplo, ktoré bude absorbované trieskami, spracovávaným obrobkom, frézami a kvapalinou. ktorý je určený na chladenie. Teplota v pracovnej oblasti zvyčajne dosahuje 1000-1100 stupňov Celzia.

Upravte parametre spracovania

Pri spracovaní takéhoto odolného materiálu je potrebné zvážiť tri hlavné parametre:

• uhol upevnenia pracovného nástroja;
• feed;
• rýchlosť rezania.

Ak tieto parametre upravíte, môžete ich použiť na zmenu teploty spracovania. Pri rôznych režimoch spracovania sa pozorujú rôzne parametre týchto charakteristík.

Pre predbežnú úpravu s odrezaním hornej vrstvy do 10 mm je povolená tolerancia 1 mm. Na prácu v tomto režime sú zvyčajne nastavené nasledujúce parametre. Po prvé, uhol upevnenia je od 3 do 10 mm a po druhé, rýchlosť posuvu je od 0,3 do 0,8 mm a rýchlosť rezu je nastavená na 25 m/min.

Stredná verzia spracovania titánu zahŕňa odrezanie vrchnej vrstvy od 0,5 do 4 mm, ako aj vytvorenie rovnomernej vrstvy s prídavkom 1 mm. Uhol fixácie 0,5-4 mm, rozmer posuvu 0,2-0,5 mm, rýchlosť posuvu 40-80 m/min.

Hlavnou možnosťou spracovania je odstránenie vrstvy 0,2-0,5 mm, ako aj odstránenie prídavkov. Pracovná rýchlosť je 80-120 m/min., uhol fixácie je 0,25-0,5 mm a rýchlosť posuvu je 0,1-0,4 mm.

Tu je tiež veľmi dôležité poznamenať, že obrábanie titánu na takýchto zariadeniach sa vždy vykonáva len vtedy, keď je dodaná špeciálna chladiaca emulzia. Látka sa privádza pod tlakom do pracovného nástroja. Je to potrebné na vytvorenie normálneho teplotného režimu prevádzky.

Nástroj na spracovanie

Požiadavky na nástroj na spracovanie materiálu sú pomerne vysoké. Najčastejšie sa spracovanie titánu a zliatin vykonáva pomocou fréz, ktoré majú odnímateľné hlavy a sú inštalované na CNC strojoch. Počas prevádzky je pracovný nástroj vystavený abrazívnemu, adhéznemu a difúznemu opotrebovaniu. Osobitná pozornosť by sa mala venovať difúznemu opotrebovaniu, pretože v tomto čase prebieha proces rozpúšťania rezného materiálu aj titánového polotovaru. Tieto procesy sú najaktívnejšie, ak je teplota v rozsahu od 900 do 1200 stupňov Celzia.

Požiadavky na nástroje

Vlastnosťou spracovania titánu je aj to, že je potrebné zvoliť pracovný nástroj v závislosti od zvoleného režimu prevádzky.

Na prácu v predbežnom režime sú najbežnejšie používané vložky okrúhle alebo štvorcové iC19. Tieto platne sú vyrobené zo špeciálnej zliatiny, ktorá je označená ako H13A a nemá žiadnu povrchovú úpravu.

Pre úspešné spracovanie titánu intermediárnym spôsobom je už potrebné používať iba kruhové doštičky z rovnakej zliatiny H13A alebo zo zliatiny GC1155 s PDV povlakom.

Na najzodpovednejší, základný spôsob spracovania sa používajú okrúhle trysky s brúsnymi reznými hranami, ktoré sú vyrobené zo zliatin H13A, GC 1105, CD 10.

Je dôležité dodať, že pri obrábaní na CNC sústruhoch je povolená najmenšia odchýlka od tvaru dielu, ktorá bola špecifikovaná v zadávacích podmienkach. Prvky vyrobené z takejto zliatiny sa najčastejšie vôbec neodchyľujú od normy.

Hlavný problém spracovania

Hlavným problémom, ktorý sa vyskytuje pri spracovaní tejto suroviny, je lepenie a odieranie nástroja. Z tohto dôvodu je tepelné spracovanie titánu veľmi náročné. Okrem toho veľa problémov spôsobuje skutočnosť, že kov má veľmi nízku tepelnú vodivosť. Vzhľadom na to, že iné kovy odolávajú teplu oveľa slabšie, pri kontakte s titánom najčastejšie tvoria zliatinu. To je hlavný dôvod rýchleho opotrebovania nástroja. Aby sa trochu obmedzilo odieranie a lepenie, ako aj odvádzanie časti generovaného tepla, odborníci odporúčajú urobiť nasledovné:

• Najprv musíte použiť chladiacu kvapalinu;
• po druhé, pri ostreníobrobky, mali by sa použiť napríklad nástroje z rovnakých materiálov na veľké zaťaženie;
• po tretie, pri spracovaní surovín frézami sa rýchlosť výrazne zníži, aby sa znížilo teplo.

Oxidácia a nitridácia titánu

Oplatí sa začať s nitridáciou titánu, pretože tento typ úpravy je oveľa náročnejší ako oxidácia. Technologický postup je nasledovný. Titánový produkt sa zahreje na 850-950 stupňov Celzia, potom musí byť diel na niekoľko dní umiestnený do prostredia s čistým dusíkom. Potom sa na povrchu prvku vytvorí film nitridu titánu v dôsledku chemických reakcií, ktoré budú prebiehať počas týchto dní. Ak všetko prebehlo dobre, na titáne sa objaví zlatistý film, ktorý sa bude vyznačovať zvýšenou pevnosťou a odolnosťou voči oderu.

Pokiaľ ide o oxidáciu titánu, metóda je veľmi rozšírená a patrí, rovnako ako predchádzajúca, k tepelnému spracovaniu titánu. Začiatok procesu sa nelíši od nitridácie, dielec je potrebné zahriať na teplotu 850 stupňov Celzia. Ale proces ochladzovania neprebieha postupne a v plynnom prostredí, ale náhle a s použitím kvapaliny. Tak je možné získať na povrchu titánu film, ktorý sa s ním pevne spojí. Prítomnosť tohto typu filmu na povrchu vedie k zvýšeniu pevnosti a odolnosti proti oderu 15-100 krát.

Spojovacie diely

V niektorých prípadoch sú titánové produkty súčasťou veľkéhodizajnov. To naznačuje, že je potrebné spojiť rôzne materiály.

Na spojenie produktov z tejto suroviny sa používajú štyri hlavné metódy. Hlavným je zváranie, používa sa aj spájkovanie, mechanický spôsob spájania zahŕňajúci použitie nitov a skrutkového spojenia. K dnešnému dňu je hlavnou metódou spracovania na spájanie výrobkov do jednej konštrukcie zváranie v prostredí inertného plynu alebo špeciálnych bezkyslíkových tavív.

Pokiaľ ide o spájkovanie, táto metóda sa používa iba vtedy, ak je zváranie nemožné alebo nepraktické. Tento proces je komplikovaný niektorými chemickými reakciami, ktoré sa vyskytujú v dôsledku spájkovania. Na vytvorenie mechanického spojenia pomocou skrutiek alebo nitov budete tiež musieť použiť špeciálny materiál.