Titanium legeringenhebben veel voordelen. Bijvoorbeeld: hoge corrosieweerstand, lage dichtheid en hoge sterkte, niet-magnetische eigenschappen, biocompatibiliteit en hoge- temperatuurbestendigheid. Titaniumlegeringen zijn echter eigenlijk moeilijk te bewerken en vereisen speciale snijgereedschappen. In dit artikel worden de redenen besproken waarom titaniumlegeringen moeilijk te bewerken zijn en welke tegenmaatregelen kunnen worden genomen.
1. Redenen waarom titaniumlegeringen moeilijk te bewerken zijn
Ten eerste: warmteconcentratie
De meeste titaniumlegeringen hebben een zeer lage thermische geleidbaarheid-slechts 1/7 van die van staal, 1/16 van die van aluminium en 1/25 van die van koper. Als gevolg hiervan wordt de warmte die ontstaat tijdens het bewerken van titaniumlegeringen niet snel overgedragen op het werkstuk of afgevoerd door de spanen, maar concentreert zich in plaats daarvan in de snijzone.
De temperaturen aan de snijkant kunnen oplopen tot wel 1000 graden, wat snelle slijtage en barsten van de snijkant van het gereedschap veroorzaakt, wat leidt tot spaanopbouw en een verkorting van de levensduur van het gereedschap.
De hoge temperaturen die tijdens het snijden worden gegenereerd, brengen ook de integriteit van het oppervlak van onderdelen van titaniumlegeringen in gevaar, wat resulteert in een verminderde geometrische nauwkeurigheid en verharding, waardoor hun vermoeiingssterkte ernstig wordt verminderd.
Ten tweede, elastische vervorming
De elastische modulus van titaniumlegeringen is niet erg hoog; De elasticiteitsmodulus van TC4 is bijvoorbeeld slechts 110 GPa, terwijl die van 45 staal 210 GPa is, en die van roestvrij staal zoals 303, 304 en 316 ook ongeveer 200 GPa is. Daarom is het waarschijnlijk dat elastische vervorming optreedt bij het bewerken van titaniumlegeringen.
Dit probleem is zelfs nog ernstiger bij het bewerken van dun-wandige of ring- onderdelen. Het is niet eenvoudig om dun-wandige onderdelen van titaniumlegeringen met de gewenste maatnauwkeurigheid te bewerken. Dit komt omdat wanneer het werkstukmateriaal door het snijgereedschap wordt weggeduwd, de lokale vervorming in de dun{5}}wandige gebieden de elastische limiet overschrijdt, wat resulteert in plastische vervorming, waardoor de sterkte en hardheid van het materiaal op het snijpunt aanzienlijk toeneemt.
De snijdruk zorgt ervoor dat het "elastische" werkstuk van het gereedschap af beweegt en terugkaatst, wat resulteert in wrijving tussen het gereedschap en het werkstuk die de snijkracht overschrijdt. Deze wrijving genereert warmte, wat het probleem van de slechte thermische geleidbaarheid van titaniumlegeringen verergert.
Ten derde hebben titaniumlegeringen een hoge affiniteit, wat leidt tot de vorming van lange, continue spanen tijdens het draaien en boren. Deze spanen kunnen zich rond het gereedschap wikkelen en de werking ervan belemmeren. Een te grote snijdiepte kan resulteren in het vastlopen van het gereedschap, het verbranden van het gereedschap en het breken van het gereedschap.
Uiteraard is deze hoge affiniteit ook heel nuttig in andere toepassingen; bijvoorbeeld in ionenpompen, waar titanium wordt gebruikt voor kathodeplaten. Wanneer titaniumatomen op de wand van de anodebuis worden gesputterd, adsorberen ze gas, waardoor een ultra-hoog vacuüm ontstaat.
Ten vierde: trillingen
Hoewel de elasticiteit van titaniumlegeringen de prestaties van het onderdeel ten goede kan komen, is de elastische vervorming van het werkstuk tijdens het snijproces een belangrijke oorzaak van trillingen.
De trillingen die worden gegenereerd bij het bewerken van titaniumlegeringen zijn ongeveer 10 keer zo groot als die van staal. Omdat de snijwarmte zich in de snijzone concentreert, ontstaan er gekartelde spanen en ontstaan er schommelingen in het snijvermogen.
2. Tegenmaatregelen voor de moeilijke bewerkbaarheid van titaniumlegeringen
Ten eerste: koeling
Er kan koelvloeistof worden gebruikt om de hoge temperaturen die tijdens het snijproces ontstaan te verminderen. Normaal gesproken worden koelmiddelen op basis van niet-oplosbare olie- gebruikt voor snijden en knippen met lage- snelheid en zware- belasting, terwijl oplosbare snijkoelmiddelen worden gebruikt voor snijden en knippen met hoge- snelheid.
Bovendien kunnen cryogene snijmethoden worden toegepast, waarbij vloeibare stikstof (-180 graden) of vloeibare CO₂ (-76 graden) als snijvloeistof wordt gebruikt om de temperatuur in de snijzone te verlagen. Deze methode kan de hoofdsnijkracht met 20% verminderen en de snijtemperatuur met meer dan 300 graden verlagen. Tegelijkertijd verdwijnt de snijkantopbouw, verbetert de kwaliteit van het bewerkte oppervlak en neemt de standtijd toe met een factor 2 tot 3.
Ten tweede: het selecteren van de juiste snijgereedschappen
Het kiezen van de juiste snijgereedschappen kan aanzienlijke verbeteringen opleveren.
Omdat warmte moet worden afgevoerd via de snijkant en het koelmiddel-in plaats van via de spaan, zoals het geval is bij staal-moet een klein deel van de snijkant extreem hoge thermische en mechanische spanningen weerstaan. Het gebruik van een scherpe snijkant vermindert de snijkrachten.
Bovendien kan de snijdruk worden verminderd door het gebruik van geslepen wisselplaten met gepolijste groeven en hoge positieve spaanhoeken.
Indien nodig kunnen gecoate gereedschappen ook worden gebruikt om de hechting aan de legering tegen te gaan en lange spanen af te breken, waardoor de wrijving tijdens de spaanafvoer wordt geminimaliseerd-, wat allemaal helpt bij het voorkomen van warmteontwikkeling tijdens de bewerking.
Ten derde: handhaaf een constante voedingssnelheid of verhoog de voedingssnelheid
Titanium is gevoelig voor verharding door bewerking-dat wil zeggen dat het harder wordt naarmate het wordt bewerkt, wat leidt tot verhoogde slijtage van het gereedschap. Een constante voedingssnelheid zorgt ervoor dat de werkverharding tot een minimum wordt beperkt.
Als de machine het toelaat, kan de voedingssnelheid uiteraard worden verhoogd. Dit betekent dat het gereedschap minder tijd in een specifiek gebied doorbrengt, waardoor er minder tijd overblijft voor warmteopbouw en uitharding.
Ten vierde: verlaag de snijsnelheid
Gebruik bijvoorbeeld een-derde of minder van de snijsnelheid die voor staal wordt gebruikt om de warmteontwikkeling onder controle te houden.
Ten vijfde: verander de tools volgens het proces
Gereedschappen met keramische, titaniumcarbide- en titaniumnitridecoatings die worden gebruikt voor het bewerken van titaniumlegeringen zullen een kortere levensduur hebben.
E-mail:garychen3215@hotmail.com
Adres: No.35, Baoti Rd, Baoji-stad, provincie Shaanxi, China
Contactpersoon: de heer Gary Chen
Telefoon: +86-917-8883215
Mobiel/WhatsApp: +86 13092900605
