Raons per les quals l'aliatge de titani és difícil de processar i com tractar-lo

El titani és un metall estructural important desenvolupat a la dècada de 1950. Els aliatges de titani s'utilitzen àmpliament en diversos camps a causa de la seva alta resistència, bona resistència a la corrosió i alta resistència a la calor. Molts països del món han reconegut la importància dels materials d'aliatge de titani, han realitzat successivament investigació i desenvolupament sobre ells i han obtingut aplicacions pràctiques. A les dècades de 1950 i 1960 es van desenvolupar principalment aliatges de titani d'alta temperatura per a motors aeroespacials i aliatges estructurals de titani per a cèl·lules d'avió. A la dècada de 1970 es va desenvolupar un lot d'aliatges de titani resistents a la corrosió. Des de la dècada de 1980, els aliatges de titani resistents a la corrosió i els aliatges de titani d'alta resistència s'han desenvolupat encara més. desenvolupar.

L'aliatge de titani ha suposat certs reptes a la indústria manufacturera a causa de les seves característiques difícils de processar.

La densitat dels aliatges de titani és generalment d'uns 4,51 g/centímetre cúbic, que és només el 60% de l'acer. La densitat del titani pur només és propera a la densitat de l'acer normal. Alguns aliatges de titani d'alta resistència superen la resistència de molts acers estructurals d'aliatge. Per tant, la força específica (resistència / densitat) de l'aliatge de titani és molt més gran que la d'altres materials estructurals metàl·lics, i es poden produir peces amb una gran resistència unitària, bona rigidesa i pes lleuger. Els aliatges de titani s'utilitzen en components de motor d'avions, marcs, pells, elements de subjecció i trens d'aterratge. A més, els aliatges de titani també s'utilitzen àmpliament en peces d'automòbils, equips mèdics i indústries electròniques 3C.

La força de tall en processar aliatges de titani és només lleugerament superior a la de l'acer de la mateixa duresa, però els fenòmens físics de processament d'aliatges de titani són molt més complexos que el processament d'acer, de manera que el processament d'aliatges de titani s'enfronta a grans dificultats.
La conductivitat tèrmica de la majoria d'aliatges de titani és molt baixa, només 1/7 d'acer i 1/16 d'alumini. Per tant, la calor generada durant el tall de l'aliatge de titani no es transferirà ràpidament a la peça de treball ni s'emportarà pels xips. En lloc d'això, s'acumularà a la zona de tall i la temperatura generada pot arribar a més de 1000 graus, fent que la vora de tall de l'eina es desgasti ràpidament, s'esquerde i es generin vores acumulades i la vora de tall es desgasti ràpidament, cosa que genera més calor a la zona de tall i escurça encara més la vida útil de l'eina.

L'alta temperatura generada durant el procés de tall també destrueix la integritat superficial de les peces d'aliatge de titani, donant lloc a una disminució de la precisió geomètrica de les peces i un fenomen d'enduriment que redueix seriosament la seva resistència a la fatiga.
L'elasticitat dels aliatges de titani pot ser beneficiosa per al rendiment de la peça, però durant el procés de tall, la deformació elàstica de la peça de treball és una causa important de vibració. La pressió de tall fa que la peça "elàstica" s'allunyi de l'eina i reboti, fent que la fricció entre l'eina i la peça superi l'acció de tall. El procés de fricció també genera calor, la qual cosa agreuja el problema de la mala conductivitat tèrmica dels aliatges de titani.
Aquest problema és encara més greu quan es processen peces de parets primes o en forma d'anell que es deformen fàcilment. No és fàcil processar peces de paret primes d'aliatge de titani amb la precisió dimensional esperada. Com que quan l'eina allunya el material de la peça, la deformació local de la paret prima ha superat el rang elàstic i es produeix una deformació plàstica, la resistència i la duresa del material al punt de tall augmenten significativament. En aquest punt, la velocitat de tall determinada originalment es fa massa alta, provocant encara més un desgast ràpid de l'eina.

Per tant, el principal culpable de la dificultat de processar aliatges de titani és la "calor".

Per superar aquests reptes i mecanitzar amb èxit aliatges de titani, es poden utilitzar diversos enfocaments. Això inclou:

(1) Utilitzeu insercions de geometria d'angle positiu per reduir la força de tall, la calor de tall i la deformació de la peça.
(2) Mantenir una alimentació constant per evitar l'enduriment de la peça. L'eina ha d'estar sempre en estat d'alimentació durant el procés de tall. La quantitat de tall radial ae ha de ser el 30% del radi durant el fresat.
(3) Utilitzeu fluid de tall d'alta pressió i alt flux per garantir l'estabilitat tèrmica del procés de mecanitzat i evitar la degeneració de la superfície de la peça i el dany de l'eina causat per una temperatura excessiva.
(4) Mantingueu la vora de la fulla afilada. Les eines contundents són la causa de l'acumulació de calor i el desgast, que poden provocar fàcilment una fallada de l'eina.
(5) Processeu l'aliatge de titani en l'estat més suau tant com sigui possible, perquè el material es fa més difícil de processar després de l'extinció i el tractament tèrmic augmenta la resistència del material i augmenta el desgast de la fulla.
(6) Utilitzeu un radi d'arc de punta d'eina gran o xamfrà per inserir la major part de la vora de l'eina al tall com sigui possible. Això redueix la força de tall i la calor en cada punt i evita trencaments locals. Quan es fresa l'aliatge de titani, entre els paràmetres de tall, la velocitat de tall té el major impacte en la vida útil de l'eina vc, seguida de l'acoblament radial de l'eina (profunditat de fresat) ae.

En general, el desgast de la ranura de la fulla que es produeix en mecanitzar aliatges de titani és el desgast local de la part posterior i frontal al llarg de la direcció de la profunditat de tall. Sovint és causada per la capa endurida deixada pel processament anterior. La reacció química i la difusió entre l'eina i el material de la peça a una temperatura de processament superior als 800 graus també és una de les causes del desgast de la ranura. Com que durant el procés de mecanitzat, les molècules de titani de la peça de treball s'acumulen davant de la fulla i es "solden" a la fulla a alta pressió i temperatura, formant la vora acumulada. Quan la vora acumulada es desenganxa de la vora de tall, s'emporta el recobriment de carbur de la inserció, de manera que el mecanitzat de titani requereix materials i geometries d'inserció especials.

Les condicions de tall, incloses la velocitat de tall, la velocitat d'avanç i la profunditat de tall, també juguen un paper vital a l'hora de determinar el rendiment de l'eina de tall i la qualitat de la peça acabada. Els paràmetres de tall òptims poden variar segons el tipus d'aliatge de titani que s'està mecanitzant, però generalment es recomanen velocitats de tall més lentes i velocitats d'alimentació més altes per reduir la calor i evitar l'enduriment del treball.

L'ús d'un sistema de refrigeració adequat és fonamental per mantenir les eines de tall i les peces de treball a la temperatura adequada. Els refrigerants a base d'aigua, com les emulsions, s'utilitzen àmpliament en el mecanitzat de titani perquè proporcionen propietats efectives de refrigeració i lubricació sense provocar reaccions químiques amb el material.
Malgrat els seus reptes, el titani segueix sent un material molt buscat que és fonamental per a moltes aplicacions modernes. Mitjançant l'ús de les eines de tall, les condicions de tall, els sistemes de refrigeració i les tècniques de mecanitzat avançades adequades, es poden superar les dificultats de mecanitzar aquest material i alliberar tot el seu potencial.