Керамічні напайки для обробки титану. Особливості фрезерування різних матеріалів

Основні особливості обробки різанням титанових сплавів такі.

Мала пластичність, що наближає їх за властивостями до міцних матеріалів. Це видно із значень, що характеризують пластичність матеріалів. За цим параметром (здатність до зміцнення) титанові сплави різко відрізняються від жароміцних, маючи приблизно вдвічі більші значення і значно нижчі б і ф. Тому при обробці титанових сплавів внаслідок їхньої зниженої пластичності величина складової сили різання на 20% нижче, ніж для сплавів на основі заліза.

Мала пластичність титанових сплавів призводить до того, що при їх обробці утворюється специфічна стружка, на вигляд схожа на зливну, що має тріщини, які поділяють її на дуже слабо деформовані елементи, міцно пов'язані між собою тонким і сильно деформованим контактним шаром. Утворення такої форми стружки пояснюється тим, що зі зростанням швидкості різання пластична деформація не встигає стружки менш пластичних титанових сплавів або при обробці з великими подачами відбувається при менших швидкостях різання. Так, при обробці сплаву титанового ВТ2 елементна стружка утворюється при менших швидкостях різання, ніж при обробці сплаву ВТ1.

Висока хімічна активність, що виражається при обробці різанням, здатністю титанових сплавів до активної взаємодії з навколишнім середовищем. Завдяки цьому у міру збільшення температури в зоні різання відбувається сильне поглинання кисню та азоту повітря, що сприяє підвищеному окиснення. Це викликає інтенсивне окалино-утворення і крихкість матеріалу внаслідок дифузії кисню в оброблюваний матеріал та його надорожчання. Тому при обробці різанням титанових сплавів виділяється відносно менша кількість тепла, ніж при обробці різанням жароміцних сплавів.

Разом з тим титанові сплави мають ще гіршу теплопровідність, ніж жароміцні сталі та сплави; Внаслідок цього при різанні титану виникає в середньому в 2,2 рази більша температура, ніж при обробці сталі 45. Тому температура в зоні різання внаслідок поганої теплопровідності титану продовжує залишатися високою, викликаючи цим структурні перетворення і сильну взаємодію з повітрям.

В результаті знижених пластичних властивостей титанових сплавів утворення в процесі деформації випереджаючих макро протікати в основному обсязі, концентруючись у контактному шарі, де виникають високі тиски та температури. У зв'язку з цим, на відміну від звичайних сталей, у титанових сплавів змінюється вид стружки зі зростанням швидкості різання у зворотному напрямку: зливна стружка переходить в елементну. Ця зміна форми та мікротріщин займає значне місце. Це також пояснює утворення при різанні титанових сплавів великих кутів зсуву з малою усадкою стружки; як правило, коефіцієнт усадки її за довжиною близький до одиниці. Це видно зі значень коефіцієнта усадки різних марок титанових та твердих сплавів, а також залежності поздовжньої деформації стружки від швидкості різання (б) та подачі. У ряді випадків в результаті поглинання кисню і азоту повітря при обробці титанових сплавів виходить так звана негативна усадка, тобто довжина стружки 1С, що утворюється, більше шляху різання. При обробці на тих же режимах різання, але в струмені аргону негативної усадки не спостерігається. Зменшення усадки.стружки зі зростанням швидкості різання пояснюється також різким зниженням сил тертя стружки про передню поверхню різальної частини різця. Титанові сплави характеризуються високими коефіцієнтами тертя, що обмежує їхнє застосування для рухомих сполук. Незважаючи на це, у процесі різання на контактних поверхнях коефіцієнт тертя знижується до 0,2-0,4. Це приблизно в 1,5 рази менше, ніж для жароміцної сталі ЕІ787. Мала усадка стружки призводить до підвищеної швидкості ковзання її по передній поверхні інструменту при тих же швидкостях різання.

Розглянуті вище особливості різання титанових сплавів і насамперед висока активність титану стосовно кисню та азоту повітря різко знижує площу контакту стружки з передньою поверхнею інструменту; в порівнянні з обробкою конструкційної сталі тієї ж твердості ця площа знижується в 2-3 рази. Окислення контактного шару стружки призводить до підвищення її твердості. Мала площа контакту стружки, поєднуючись з досить високою міцністю титанових сплавів, призводить до більших нормальних тисків і при підвищеній твердості стружки - до підвищеного зношування, а при малій теплопровідності титану - до високих температур, що викликає явища схоплювання та задираки. З іншого боку, активний вплив довкілля при обробці титану різанням викликає інтенсивне наростоутворення.

Так само як і при обробці нержавіючих і жароміцних матеріалів, титанові сплави надають високу абразивну дію на інструмент внаслідок утримання в них високотвердих включень у вигляді оксидів нітридів та карбідів; титанові метали характеризуються і зниженою вібростійкістю руху різання. При обробці титанових сплавів відбувається збільшення складових сили різання за відносно невеликою. На відміну від жароміцних титанові сплави сильно знижують свою міцність у разі підвищення температури. Інтенсивність зменшення міцності перевищує ці значення для сплавів на основі заліза.

Обробка різанням по кірці багатьох кованих, пресованих або литих заготовок з титанових або інших видів матеріалів, що важко обробляються, викликає додаткове погіршення оброблюваності. Це пов'язано з посиленим абразивним і ударним впливом на робочі поверхні інструменту неметалевих включень, оксидів сульфідів-силікатів, а також численних пор, що утворюються в поверхневому шарі при виливку або пресуванні. Останнє ще більше посилюється значними поверхневими нерівностями кірки.

При визначенні оптимальних режимів різання сплавів титанів особливу увагу слід приділяти питанням техніки безпеки. Утворення тонкої стружки, тим більше пилу, у процесі стружкоутворення призводить до її легкого займання з інтенсивним горінням. Титанова стружка, покрита олією, схильна до самозаймання. Пилоподібна стружка вибухонебезпечна та шкідлива для здоров'я обслуговуючого персоналу. Враховуючи викладене, не слід допускати скупчень титанової стружки; при обробці різанням титанових сплавів не слід призначати подачі менше 6,08 мм/об, працювати інструментом зі зношуванням більше 0,8-1,0 мм, зі швидкостями різання понад 100 мм/хв. При точенні титанового металу ВТ1 допускається більша швидкість різання - до 150 м/хв.

Слід враховувати, що електрохімічна оброблюваність. титанових сплавів залежить від величини пульсації випрямленого струму. Так, їхня обробка майже припиняється (за винятком використання електроліту № 4) при використанні генераторів типу АТН 5000/2500, що дають згладжену пульсацію. Навпаки, хороші результати дає пульсуюча форма струму, яка отримується від трифазного випрямляча типу ВКГЮОА.

Актуальність

Для виготовлення конструкцій та деталей із титанових сплавів застосовуються всілякі види механічної обробки: шліфування, точення, свердління, фрезерування, полірування.
Однією з важливих особливостей при механічній обробці деталей з титану та сплавів є те, що необхідно забезпечити ресурсні, особливо втомні характеристики, що значною мірою залежать від якостей поверхневого шару, що формується при холодній обробці. Через низьку теплопровідність та ін специфічні властивості титану, проведення шліфування як завершальної стадії обробкиутруднено. Під час шліфування дуже легко можуть утворюватися припали, у поверхневому шарі можуть виникати дефектні структури та залишкові напруження, розтягування, які суттєво впливають на зниження міцності втоми виробів. Тому, шліфування деталей з титану обов'язково проводиться при знижених швидкостях і в разі потреби може бути замінено на лезову або абразивну обробку низькошвидкісними методами. У разі застосування шліфування, воно має проводитися із застосуванням строго регламентованих режимів з проведенням подальшого контролю поверхні деталей на наявність припалів і супроводжуватися поліпшенням якостей деталі за рахунок зміцнення поверхневим пластичним деформуванням (ППД).

Складнощі

Через високі властивості міцності титанпогано піддаються обробці різанням. Він має високе співвідношення межі плинності на час опору розриву приблизно 0,85-0,95. Наприклад, для сталі цей показник не перевищує 0,75. Як результат, при механічній обробці титанових сплавів необхідні великі зусилля, що через низьку теплопровідність спричиняє значне підвищення температури в поверхневих шарах розрізу і ускладнює охолодження зони різання. Через сильну адгезію титан накопичується на ріжучій кромці, що значно підвищує силу тертя. Крім того, приварювання та налипання титану в місцях дотику поверхонь призводить до зміни геометрії інструменту. Такі зміни, що змінюють оптимальну конфігурацію, спричиняють подальше підвищення зусиль для обробки, що, відповідно, призводить до ще більшого підвищення температури в точці контакту та прискорення зносу. Найбільше на підвищення температури у робочій зоні впливає швидкість різання, меншою мірою це залежить від зусилля подачі інструменту. Найменший вплив на підвищення температури має глибина проведення різання.

Під дією високих температур при різанні відбувається окислення титановоїстружки та оброблюваноїдеталі. Це спричиняє стружки проблему, пов'язану з її утилізацією і переплавкою. Аналогічний процес для оброблюваної деталі надалі може призвести до погіршення її експлуатаційних характеристик.

Порівняльний аналіз

Процес холодної обробки титанових сплавівпо трудомісткості в 3-4 рази складніше, ніж обробка вуглецевих сталей, і в 5-7 разів - ніж обробка алюмінію. За інформацією ММПП «Салют», сплави титану ВТ5 і ВТ5-1 порівняно з вуглецевою сталлю (з 0,45% С), мають коефіцієнт відносної оброблюваності 0,35-0,48, а для сплавів ВТ6, ВТ20 та ВТ22 цей показник ще менше і становить 0,22-0,26. Рекомендується при механічній обробці використовувати низьку швидкість різання при невеликій подачі, використовуючи для охолодження велику кількість рідини, що охолоджує. При обробці виробів з титану застосовуються ріжучі інструменти з найбільш зносостійкої швидкорізальної сталі, перевага надається твердим сортам сплавів. Але навіть при виконанні всіх умов для різання, швидкості повинні бути зменшені, принаймні, в 3-4 рази, в порівнянні з обробкою сталі, що має забезпечити прийнятну стійкість інструменту, особливо це важливо при роботі на верстатах з ЧПУ.

Оптимізація

Температуру в зоні різання та зусилля для різання можна суттєво знизити, збільшивши вміст водню у сплаві, вакуумним відпалом та відповідною механічною обробкою. Проведення легування сплавів з титану за допомогою водню дає зрештою значне зниження температури в зоні різання, дає можливість знизити силу різання, підвищує стійкість твердосплавного інструменту до 10 разів залежно від природи сплаву та режиму різання. Цей спосіб дає можливість збільшити швидкість обробки у 2 рази без втрати якості, а також збільшувати зусилля та глибину під час проведення різання без зниження швидкості.

Для механічної обробки деталей із сплавів титанушироке застосування отримали технологічні процеси, які дозволяють поєднати кілька операцій на одну з допомогою багатоінструментального устаткування. Найбільш доцільно такі технологічні операції проводити на багатоопераційних верстатах (обробних центрах). Наприклад, виготовлення силових деталей зі штампувань застосовуються верстати МА-655А, ФП-17СМН, ФП-27С; деталей типу «кронштейн», «колонка», «корпус» з фасонного виливка та штампування - верстати «Горизонт», Me-12-250, МА-655А, листових панелей - верстат ВФЗ-М8. На цих верстатах при обробці більшості деталей реалізований принцип «максимальної» закінченості обробки в одній операції, що досягається завдяки послідовній обробці деталі з декількох сторін на одному верстаті за допомогою декількох встановлених на ньому пристроїв.

Фрезерування

Через необхідність застосування великих зусиль для механічної обробки сплавів титану застосовуються, як правило, великі верстати (ФП-7, ФП-27, ФП-9, ВФЗ-М8 тощо). Фрезерування є трудомістким процесом під час виготовлення деталей. Особливо великий обсяг таких робіт посідає виготовлення силових деталей каркасів літака: нервюри, шпангоути, балки, лонжерони, траверси.

При фрезеруванні деталей типу "траверса", "балки", "нервюра" використовується кілька методів. 1) За допомогою спеціальних гідравлічних чи механічних копірів на універсально-фрезерних верстатах. 2) По копірах на копірно-фрезерних гідравлічних верстатах. 3) На верстатах із ЧПУ типу МА-655С5, ФП-11, ФП-14. 4) За допомогою трикоординатних верстатів із ЧПУ. При цьому використовують: спеціальні збірні фрези із змінним під час обробки кутом; фасонні увігнуті та опуклі фрези радіаційного профілю; кінцеві фрези з підведенням до циліндричної поверхні деталі площини столу під необхідним кутом.

Для обробки авіаційних матеріалів у нашій країні створено безліч верстатів, які не поступаються світовим стандартам, а деякі з них не мають аналогів за кордоном. Наприклад, верстат ВФ-33 з ЧПУ (подовжньо-фрезерний тришпиндельний трикоординатний) призначення якого одночасна обробка трьома шпинделями панелей, монорейок, нервюр, балок та інших такого роду деталей для важких та легких літаків.
Верстат 2ФП-242 В, що має два рухомі портали і ЧПУ (подовжньо-фрезерний тришпиндельний чотирикоординатний) розроблений для обробки габаритних лонжеронів і панелей при важких і широкофюзеляжних літаків. Верстат ФРС-1, оснащений рухомою колоною, горизонтально-фрезерно-розточуваний, 15-ти координатний з ЧПУ - призначений для обробкистикових поверхонь центроплану та крила широкофюзеляжних літаків. СГПМ-320, гнучкий виробничий модуль, до складу якого входять токарний верстат, ЧПУ АТ-320, магазин на 13 інструментів, маніпулятор автоматичний для знімання та встановлення деталей для ЧПУ. Гнучкий виробничий комплекс АЛК-250 створений для виробництва прецизійних деталей для корпусу гідроагрегатів.

Інструменти

Щоб забезпечити оптимальні умови різання та високу якість поверхні деталей, необхідно суворе дотримання геометричних параметрів інструменту із твердих сплавів та швидкорізальних сталей. Різці з пластинками із твердого сплаву ВК8 застосовуються для точення кованих заготовок. Рекомендуються наступні геометричні параметри різців під час обробки газонасиченою кіркою: головний кут у плані φ1 =45°, допоміжний кут у плані φ =14°, передній кут γ=0°; задній кут ? Для проведення чистового і напівчистового безперервного точення можна застосувати інструменти з твердих сплавів ВК8, ВК4, ВКбм, ВК6 та ін. 1-1 мм/про. Можуть також застосовуватися інструменти з швидкорізальної сталі (Р9К5, Р9М4К8, Р6М5К5). Для різців, виготовлених із швидкорізальної сталі, розроблено наступну геометричну конфігурацію: радіус при вершині r = 1 мм, задній кут α = 10°, φ = 15°. Допустимі режими різання при точенні титану досягаються при глибині різання t = 0,5-3 мм, v = 24-30 м/хв, s<0,2 мм.

Тверді метали

Проведення фрезерних робіт з титаном ускладнює налипання титану на зуби фрези та їх викошування. Для виготовлення робочих поверхонь фрез використовуються тверді сплави ВК8, ВК6М, ВК4 та швидкорізальні сталі Р6М5К5, Р9К5, Р8МЗК6С, Р9М4К8, Р9К10. Для проведення фрезерування титану за допомогою фрез із пластинами зі сплаву ВК6М рекомендується використовувати наступний режим різання: t = 2 - 4 мм, v = 80 - 100 м/хв, s =0,08-0,12 мм/зуб.

Свердління

Проведення свердління титану ускладнює налипання стружки на робочу поверхню інструменту і її набивання в канавки, що відводять, свердла, що веде до підвищення опору різання і швидкому зносу ріжучої кромки. Для попередження цього рекомендується під час проведення глибокого свердління періодично проводити очищення інструменту від стружки. Для свердління застосовують інструменти з швидкорізальних сталей Р12Р9К5, Р18Ф2, Р9М4К8, Р9К10, Р9Ф5, Ф2К8МЗ, Р6М5К5 та твердого сплаву ВК8. При цьому рекомендуються наступні параметри геометрії свердлів: для кута нахилу спіральної канавки 25-30, 2φ0 = 70-80 °, 2φ = 120-130 °, α = 12-15 °, φ = 0-3 °.

Для підвищення продуктивності при обробці титанових сплавів різанням і збільшення стійкості інструменту використовують рідини типу РЗ СОЖ-8. Вони відносяться до галоидосодержащим змащувально-охолодним. Охолодження оброблюваних деталей проводиться шляхом рясного зрошення. Застосування галоїдовмісних рідин при обробці тягне за собою утворення сольової кірки на поверхні титанових деталей, яка з урахуванням нагріву та одночасної дії напруги може спричинити сольову корозію. Для запобігання цьому після обробки із застосуванням РЗ СОЖ-8 деталі зазнають облагороджуючого травлення, під час якого знімається поверхневий шар товщиною до 0,01 мм. Під час проведення складальних операцій застосування РЗ СОЖ-8 не допускається.

Шліфування

На оброблюваність титанових сплавів істотно впливає їх хімічний та фазовий склад, тип та параметри мікроструктури. Найбільш утруднена обробка титанових напівфабрикатів та деталей, що мають грубу пластинчасту структуру. Такі структура є у фасонних виливків. Крім того, фасонні виливки з титану мають газонасичену кірку на поверхні, яка сильно впливає на зношування інструменту.

Проведення шліфування титанових деталей утруднене через високу схильність контактного схоплювання під час тертя. Оксидна поверхнева плівка легко руйнується під час тертя під впливом питомих навантажень. У процесі тертя у місцях дотику поверхонь відбувається активне перенесення матеріалу з оброблюваної деталі інструмент («схоплювання»). Сприяють цьому також інші властивості сплавів титану: нижча теплопровідність, підвищення пружної деформації при порівняно низькому модулі пружності. Через виділення тепла на поверхні, що труться, потовщується оксидна плівка, що в свою чергу підвищує міцність поверхневого шару.

При обробці деталей із титанузастосовуються стрічкове шліфування та шліфування абразивними колами. Для промислових сплавів найбільш поширене застосування абразивних кіл із зеленого карбіду кремнію, який має велику твердість і крихкість при стабільності фізико-механічних властивостей з більш високими абразивними здібностями, ніж у чорного карбіду кремнію.

Купити, ціна

Компанія ТОВ «Електровік-сталь» реалізує металопрокатза оптимальною ціною. Вона формується з урахуванням ставок на LME (London metal exchange) і від технологічних особливостей виробництва без включення додаткових витрат. Поставляємо напівфабрикати з титану та його сплавів у широкому асортименті. Усі партії виробів мають сертифікат якості на відповідність вимогам стандартів. У нас ви можете купити оптом різноманітну продукцію для масштабних виробництв. Широкий вибір, вичерпні консультації наших менеджерів, доступні ціни та своєчасність постачання визначають обличчя нашої компанії. При оптових покупках діє система знижок

Високотемпературна міцність підвищує силу різання при механічній обробці. Високе зміцнення і велика швидкість деформації також збільшують енергію, необхідну видалення стружки, що призводить до вищих температур. Титан реагує практично з усіма матеріалами за високих температур, призводячи до хімічного зносу ріжучих інструментів.

Крім того, низька теплопровідність титанових сплавів є одним із факторів, що обмежують продуктивність. У більшості інших матеріалів тепло передається у стружку. Проте за низької теплопровідності титану тепло перетворюється на інструмент. Твердість карбіду знижується в міру підвищення температури, що означає, що швидкість різання і термін служби інструменту нижче обробки титану в порівнянні зі сталлю. Коли швидкість різання збільшується з 50 м/хв. до 100 м/хв. у титані аналіз FEA передбачає підвищення температури на 250ºC.

Тому для оптимізації продуктивності інструменти мають належним чином охолоджуватися. Правильна витрата охолоджуючої рідини означає покращений термін служби інструменту та вищі максимальні ефективні швидкості різання. Якщо вона не охолоджується належним чином, інструмент швидко нагрівається. Це може скоротити термін служби інструменту та вплинути на чистоту поверхні через появу наростів на ріжучій кромці, які виникають, коли матеріал заготовки липне на ріжучу кромку.

Традиційне зовнішнє охолодження, призначене для обробки, часто потрапляє за зону різання, а замовлення рішення високого тиску (1000 мм на квадратний метр або вище) можуть коштувати десятки тисяч рублів. Альтернативою є постачання охолоджуючої рідини через внутрішні отвори.
При такому підході СОЖ потрапляє туди, де інструмент ріже заготовку, забезпечуючи ефективну подачу холодоагенту, теплопередачу та змащувальну здатність. Випробування життєвого циклу інструменту, що порівнюють зовнішнє охолодження з внутрішньою подачею СОЖ на однакових геометріях ріжучих кромок, показують більш ніж удвічі збільшений термін служби інструменту при внутрішній поданні.

При токарних випробуваннях при 150 sfm, що порівнюють цей інструмент із зовнішньою подачею СОЖ при обробці титану, пластини Beyond Blast при тиску охолодної рідини 100 фунтів на квадратний дюйм забезпечували на 25 відсотків більше терміну служби інструменту, ніж стандартні пластини з використанням 0 .

При використанні вставних круглих фрезерних пластин внутрішня подача забезпечує більш ніж у 2,5 рази кращий термін служби інструменту. Збільшення швидкості також впливає на термін служби інструменту. Просте збільшення швидкості від 150 до 187 SFF на стандартному інструменті зменшує термін служби інструменту на 60 відсотків. За допомогою внутрішніх отворів для охолодної рідини термін служби інструменту зменшувався лише на 23 відсотки зі збільшенням швидкості. Термін служби цих фрезерних інструментів на вищій швидкості був майже вдвічі більшим, ніж стандартні інструменти на низькій швидкості. Це пов'язано з ефективним регулюванням температури, що забезпечується цим підходом до доставки холодоагенту.

Шпиндельні з'єднання

У системному підході важлива роль шпинделя. Обробні пристрої мають труднощі при досягненні високих швидкостей видалення металу, враховуючи низьку швидкість різання і високі сили різання, характерні для титану. Протягом багатьох років виробники верстатів покращували жорсткість та демпфування на шпинделях та верстатних конструкціях. Шпинделі спроектовані з високим моментом, що крутить, при низьких швидкостях обертання. Хоча всі ці досягнення підвищують продуктивність, з'єднання шпинделя часто залишається слабкою ланкою. У більшості випадків з'єднання інструменту-шпинделя визначає, скільки матеріалу можна видалити в даній операції.

Високопродуктивна обробка зазвичай характеризується використанням високих подач та агресивною глибиною обробки. Завдяки постійним досягненням у ріжучих інструментах існує потреба у шпиндельному з'єднанні, яке краще використовує доступну потужність верстата.

За останні кілька десятиліть кілька останніх типів шпиндельного з'єднання було розроблено або оптимізовано. Завдяки хорошій ціні/вигідній позиції конусність 7/24 ISO стала однією з найпопулярніших систем на ринку. Однак конструкція має низку обмежень, пов'язаних з точністю на високих швидкостях. Як правило, конус шпинделя починає прокручуватися від відцентрової сили, починаючи від швидкості обертання шпинделя в 20000 об/хв. Це дає похибки обробки, адже конус починає втрачати контакт, дозволяючи інструменту переміщатися вгору шпинделем.

Конструкція Kennametal, яка нещодавно була покращена для обробки титану, є інтерфейсом інструменту-шпинделя «KM», який закріплює тримач інструменту за допомогою кульового механізму, який діє на поверхню отвору. У новій KM4X-системі покращення пов'язане з обмеженням вигинів конструкції, що важливо при фрезеруванні матеріалів з високою силою, таких як титан.

У торцевих фрезеруваннях, де тривалість проектування довжина, обмежуючим фактором є вигин. Нова система KM4X забезпечує високу силу затиску та опір перешкодам для забезпечення високої жорсткості та високої згинальної здатності для підвищення продуктивності при обробці титанових сплавів.

Максимізація динамічної жорсткості системи

При механічній обробці з установками з подовженою довжиною можуть виникати небажані регенеративні коливання (вібрації) та викликати погану обробку поверхні, проблеми з контролем розмірів та передчасне зношування інструменту. Технологи часто змушені скорочувати параметри різання, щоб уникнути вібрації, зменшуючи продуктивність.

Це важливо, коли хвилястість на заготівлі, залишеної попереднім проходом, викликає коливання різання сил через зміни товщини стружки на наступній операції. Ця зміна сили різання потім залишає більше хвилястості на заготівлі, викликаючи більшу зміну сил різання, що призводить до регенеративної вібрації. Амплітуда вібрації зростає і може сягати рівнів, де інструмент відскакує від заготівлі або викликає катастрофічні відхилення.

Спосіб зменшити вібрацію та підтримувати високі швидкості видалення металу – збільшити динамічну жорсткість системи. У той час як статична жорсткість інструменту може бути збільшена за рахунок використання більш коротких налаштувань інструменту або більших діаметрів інструменту, система інструментів Kennametal забезпечує засоби для підвищення динамічної жорсткості за рахунок використання пасивного динамічного поглинача. Система розроблена так, що внутрішня маса вібруватиме на частоті, близькій до власної частоти найбільш домінуючого режиму вібрації системи. Рух внутрішньої маси розсіює енергію для запобігання вібрації.

Кожен верстатний інструмент має свої власні динамічні коливання, але адаптери, що налаштовуються, дозволяють налагоджувачу налаштовувати пасивний демпфер, налаштовуючи інструмент для конкретної сигнатури верстата, навіть якщо ці коливання змінюється з часом. Ця установка також важлива, коли використовуються фрези з різними масами, в яких може змінюватись власна частота системи.

У тестах металообробки спостерігалася хороша кореляція між динамічною жорсткістю та рівнями вібрації, виміряними на корпусі шпинделя. Вібрації можуть викликати передчасний збій інструменту, а й зменшувати термін служби підшипника шпинделя. Запобігання поширенню вібрації через машину сприятиме збільшенню терміну служби компонентів та підвищенню точності роботи машини з часом. Іншими словами, використання системного підходу до обробки титану дає переваги, що перевищують термін служби інструменту. Інші переваги включають більш послідовну та покращену якість деталей, покращену продуктивність шпинделя та більш високу точність верстатів.

Концепції свердління

Широкий запас противаг змушує діяти проти маятникового руху свердла.

Свердління в титані – ще одне складне завдання. Завдяки механічним та фізичним властивостям цього матеріалу створення отворів високої якості з погляду прямолінійності, циліндричності та округлості є складним завданням. Високі динамічні сили зазвичай пов'язані з швидкою сегментацією стружки, яка у разі титану відбувається за дуже низьких швидкостей різання.

У свердлі Y-Tech фірми Kennametal використовується нерівномірна відстань між канавками та канавками для управління цими динамічними силами, а також маятниковий рух свердла. Положення ріжучих кромок створює радіальну силу, врівноважену протилежну канавку, притиснуту до стінки отвору. Цей розподіл сил зменшує динамічний вплив сили, що призводить до кращої округлості та циліндричності просвердленого отвору.

Різання та мех.обробка

Титан та його сплави погано обробляються різанням, що з низкою фізико-механічних властивостей титану. Титанові сплави відрізняються високим ставленням межі плинності до тимчасового опору розриву. Це співвідношення становить титанових сплавів 0,85-0,95, тоді як сталей воно дорівнює 0,65-0,75. У результаті при механічній обробці титанових сплавів з'являються великі питомі зусилля, що призводить до високих температур у зоні різання, обумовлених низькою тепло- та температуропровідністю титану та його сплавів, що ускладнює відведення тепла із зони різання. Через сильну адгезію і високі температури титан налипає на ріжучий інструмент, що викликає значні сили тертя. Налипання і приварювання титану на поверхні ріжучого інструменту, що контактуються, призводять також до зміни його геометричних параметрів. Відхилення геометричних параметрів різального інструменту від оптимальних їх значень призводить до подальшого підвищення зусиль обробки та температури в зоні різання та зношування інструменту. Температура в зоні різання найбільше підвищується зі збільшенням швидкості різання, меншою мірою - зі збільшенням подачі. Глибина різання порівняно зі швидкістю та подачею має ще менший вплив.

Трудомісткість механічної обробки титанових сплавів у 3-4 рази більша, ніж для вуглецевих сталей, і в 5-7 разів вища, ніж для алюмінієвих сплавів.

За даними ММПП "Салют", коефіцієнт відносної оброблюваності по відношенню до сталі 45 становить 0,35-0,48 для титану та сплавів ВТ5 та ВТ5-1 та 0,22-0,26 для сплавів ВТ6, ВТ20 та ВТ22. При механічній обробці титанових сплавів рекомендуються малі швидкості різання при невеликих подачах з рясною подачею рідини, що охолоджує. Для обробки титанових сплавів різанням застосовують ріжучий інструмент з зносостійких швидкорізальних сталей, ніж для обробки сталей, віддаючи перевагу твердим сплавам. Однак навіть при дотриманні всіх описаних заходів режими різання, особливо швидкості, повинні бути знижені порівняно з обробкою сталей у 3-4 рази для забезпечення прийнятної стійкості інструменту, особливо при обробці верстатів з ЧПУ.

Зусилля різання і температури в зоні різання можуть бути суттєво знижені механововодневою обробкою, що включає надорожчання, механічну обробку і вакуумний відпал. Легування титанових сплавів воднем призводить до значного зниження температур у зоні різання, зменшення сил різання, підвищення стійкості твердосплавного інструменту в 2-10 разів залежно від режимів різання та природи сплаву. Цей дозволяє підвищити швидкість різання в 1,5-2 рази за збереження інших параметрів різання або застосовувати вищі подачі та глибини різання, не змінюючи швидкості різання.

При високих температурах, що розвиваються в зоні різання, титанова стружка та оброблювана деталь окислюються. Окислення стружки створює проблеми, пов'язані з її очищенням при залученні відходів у плавку та інших способах її утилізації. Окислення поверхні оброблюваних деталей у неприпустимою мірою може призвести до зниження експлуатаційних характеристик.

При виготовленні деталей та конструкцій з титанових сплавів застосовують усі види механічної обробки: точення, фрезерування, свердління, шліфування, полірування.

Важливою особливістю механічної обробки деталей з титанових сплавів є необхідність забезпечення ресурсних, особливо втомних, характеристик, які вирішально обумовлені якістю поверхневого шару, що утворюється після обробки різанням. Внаслідок низької теплопровідності та високої хімічної активності оброблюваного матеріалу застосування шліфування як процесу фінішної обробки для титанових сплавів обмежене. При шліфуванні титанових сплавів легко утворюються припали, які суттєво знижують міцність втоми. Крім того, при шліфуванні в поверхневому шарі виникають залишкові напруження розтягування і дефектні структури, що також знижують міцність втоми. Тому шліфування, якщо воно використовується при обробці деталей з титанових сплавів, має проводитися при знижених швидкостях і по можливості замінюватися лезовою обробкою або низькошвидкісними методами абразивної обробки, такими, наприклад, як хонінгування. Якщо ж застосовується шліфування, воно повинне виконуватися при строго регламентованих режимах з подальшим контролем на відсутність припалів та супроводжуватися зміцненням поверхневим пластичним деформуванням (ППД).

Через великі зусилля різання для механічної обробки титану та його сплавів застосовують, в основному, верстати великих моделей (ФП-7, ФП-9, ФП-27, ВФЗ-М8 та ін.). Найбільш трудомістким процесом під час виготовлення деталей є фрезерування. Особливо великі обсяги фрезерних робіт припадають виготовлення силових деталей каркасу літака: шпангоути, траверси, лонжерони, нервюри, балки.

При розробці та впровадженні технології механічної обробки деталей з титанових сплавів досить широко використовуються малоопераційні технологічні процеси за рахунок суміщення кількох операцій в одну при виконанні її на одно- та багатоінструментальному обладнанні. Ці технологічні операції найдоцільніше виконувати на багатоопераційних верстатах (обробних центрах). Так, наприклад, силові деталі із штампувань виготовляють на верстатах ФП-27С, ФП-17СМН, МА-655А; деталі типу "корпус", "колонка", "кронштейн" із штампування та фасонної виливки - на верстатах МА-655А, Me-12-250, "Горизон", панелі з листа - на верстаті ВФЗ-М8. На цих верстатах при обробці багатьох деталей реалізується принцип "максимальної" закінченості обробки в одній операції, що досягається установкою на стіл верстата одночасно декількох різних пристосувань з послідовною обробкою деталі з двох і більше сторін за однією програмою.

Фрезерування змінних молок під час виготовлення деталей типу "нервюра", "балка", "траверса" здійснюється декількома методами:
1) на універсально-фрезерних верстатах за допомогою спеціальних механічних чи гідравлічних копірів;
2) на гідравлічних копірно-фрезерних верстатах по копірах;
3) на трикоординатних верстатах із ЧПУ:
- спеціальними збірними фрезами із змінним у процесі обробки кутом;
- фасонними опуклими та увігнутими радіаційного профілю фрезами;
- кінцевими фрезами із приведенням до циліндричної поверхні шляхом нахилу деталі до площини столу під певним кутом;
4) на багатокоординатних верстатах із ЧПУ типу ФП-14, ФП-11, МА-655С5.

Для механічної обробки авіаційних матеріалів у нашій країні розроблено ряд верстатів, що відповідають кращим світовим зразкам, а іноді і не мають аналогів у світовій практиці:
- поздовжньо-фрезерний трикоординатний тришпиндельний верстат ВФ-33 з ЧПУ, призначений для одночасної обробки трьома шпинделями монорейок, панелей, балок, нервюр та інших деталей легких та важких літаків;
- поздовжньо-фрезерний чотирикоординатний тришпиндельний верстат 2ФП-242В з двома рухомими порталами та ЧПУ, призначений для обробки великогабаритних панелей та лонжеронів змінною малкою для широкофюзеляжних та важких літаків;
- горизонтально-фрезерно-розточуваний п'ятнадцяти координатний з ЧПУ верстат ФРС-1 з рухомою колоною; він призначений для обробки стикових поверхонь крила та центроплана широкофюзеляжних літаків;
- гнучкий виробничий модуль СГПМ-320, що включає токарний верстат з ЧПУ АТ-320 з магазином на 13 інструментів і автоматичний маніпулятор установки і знімання деталі, керовані від ЧПУ;
- гнучкий виробничий комплекс АЛК-250, призначений виготовлення прецизійних корпусних деталей гидроагрегатов.

Для забезпечення оптимальних умов різання та високої якості поверхні деталей слід суворо дотримуватися геометричних параметрів інструменту з швидкорізальних сталей та твердих сплавів.

Точення кованих заготовок здійснюється різцями з пластинками із твердого сплаву ВК8. При обробці газонасиченої кірки рекомендують наступні геометричні параметри різців: передній кут γ=0°; задній кут α = 12 °; головний кут у плані φ1= 45°, допоміжний кут у плані φ = 14 °. Режими різання: швидкість різання v= 25 - 35 м/хв, подача s= 0,5 - 0,8 мм/об, глибина різання tне менше ніж 2 мм.

При чистовому та одержуваному безперервному точенні застосовують інструмент із твердих сплавів ВК4, ВК6, ВКбм, ВК8 та ін. s= 0,1 - 1,0 мм/об, швидкості різання v= 40 - 100 мм/хв та глибині різання t= 1 – 10 мм. Можливе також застосування інструменту зі швидкорізальної сталі (Р9К5, Р6М5К5, Р9М4К8). Рекомендовані геометричні параметри різців із швидкорізальної сталі: задній кут α = 10 °, φ = 15 °, радіус при вершині r= 1 мм. Режими різання при точенні титану v= 24 - 30 м/хв, s t = 0,5 – 3 мм.

Фрезерування титану та його сплавів утруднено через налипання титану на зуби фрези та їх фарбування. Для робочих частин фрез застосовують тверді сплави ВК4, ВК6М, ВК8 та швидкорізальні сталі Р8МЗК6С, Р9К5, Р9К10, Р6М5К5, Р9М4К8. При фрезеруванні титану фрезами з пластинками зі сплаву ВК6М рекомендують наступні режими різання: s= 0,08 - 0,12 мм/зуб, v= 80 - 100 м/хв, t= 2 – 4 мм.

Свердління титану та його сплавів також здійснюється важко через налипання стружки титану на робочі поверхні інструменту та її скупчення у відвідних канавках свердла, що призводить до сильного підвищення опору різання та швидкого зносу свердлів. Тому при свердлінні глибоких отворів необхідно періодично виводити інструмент для очищення від стружки. Для свердління застосовують інструмент із швидкорізальних сталей Р9К5, Р9К10, Р18Ф2, Р9Ф5, Р6М5К5, Р9М4К8, Р12Ф2К8МЗ та твердого сплаву ВК8. Рекомендовані геометричні параметри свердлів: φ = 0 - 3 °, α = 12 - 15 °, 2φ= 120 - 130 °, 2φ0= 70 - 80 °, кут нахилу спіральної канавки 25-30 °.

Для збільшення продуктивності механічної обробки титанових сплавів різанням і підвищення стійкості ріжучого інструменту застосовують галоїдовмісні змащувально-охолодні рідини типу РЗ СОЖ-8. Охолодження оброблюваних деталей здійснюють шляхом рясного поливу. Використання галоїдовмісних рідин при механічній обробці призводить до утворення на поверхні титанових деталей сольової кірки, яка при підвищених температурах і одночасної дії напруги викликає сольову корозію. Тому деталі, що обробляються із застосуванням РЗ СОЖ-8, після механічної обробки піддають облагороджуючого травлення зі зняттям поверхневого шару товщиною 0,005-0,010 мм. При складальних та механозбірних операціях не допускають застосування РЗ СОЖ-8.

Оброблюваність титанових сплавів різанням істотно залежить від їх хімічного та фазового складу, типу та параметрів мікроструктури. Найбільш важко обробляються різанням титанові напівфабрикати та деталі з грубою пластинчастою структурою. Таку структуру мають, зокрема, фасонні виливки. Крім того, фасонне лиття з титану та його сплавів має на поверхні газонасичену кірку, яка сильно зношує інструмент.

Шліфування титанових деталей пов'язане з певними труднощами, що зумовлено високою схильністю до контактного схоплювання при терті. Щодо тонка оксидна плівка на титані легко руйнується при терті під впливом високих питомих навантажень у точках контакту через більш високу пластичність титану в порівнянні з оксидною плівкою. При терті в точках контакту двох поверхонь відбувається активне перенесення оброблюваного матеріалу на інструмент - "схоплювання". Цьому сприяють інші властивості титану: підвищена пружна деформація через порівняно низького модуля пружності, нижча теплопровідність. Завдяки виділенню теплоти поверхня, що труться, збагачується газами з навколишнього середовища і відбувається утворення оксидних плівок, що підвищує міцність поверхневого шару.

При обробці титанових сплавів застосовують шліфування абразивними колами та стрічкове шліфування. Для титанових сплавів найбільшого поширення у промисловості набули абразивні кола із зеленого карбіду кремнію, що володіє великими твердістю і крихкістю, стабільністю фізико-механічних властивостей та більш високою абразивною здатністю, ніж чорний карбід кремнію.

Основним способом остаточної обробки складних криволінійних поверхонь деталей із титанових сплавів є стрічкове шліфування. До переваг застосування абразивних стрічок при формоутворенні складних фасонних поверхонь відноситься можливість обробки з лінійним або поверхневим контактом між інструментом та оброблюваною поверхнею, що значно скорочує кількість формотворних рухів верстата.

Обробку деталей з лінійним контактом здійснюють шляхом обкатки. При обробці деталей методом обкатки форма інструменту пов'язана з формою поверхні, що обробляється деталі. Формоутворення оброблюваної поверхні відбувається шляхом обкатки деталі заданої траєкторії навколо.

Шліфування методом обкатки, наприклад, лопаток компресора ВМД, проводять абразивними колами (сполучене шліфування) або широкою абразивною стрічкою на верстатах ХШ-185, ХШ-186, MB-885, 381ЗД. При відповідному підборі ширини стрічки одночасно шліфується вся поверхня, що обробляється з одного боку. Цей метод відрізняється високою продуктивністю, і його широко застосовують у промисловості під час шліфування деталей невеликих розмірів. Для лопаток з довжиною пера більше 120 мм найбільш раціональним є рядковий метод обробки вузькою абразивною стрічкою, що дозволяє досягати великої точності. Рядковий метод шліфування застосовується у верстатах 4ШСЛ-7, ЛШ-1, ЛШ1А, ЛШ2. Обробку на них проводять поздовжніми рядками, причому напрямок подачі деталі перпендикулярно площині переміщення абразивної стрічки.

Поздовжня подача деталі здійснюється за рахунок зворотно-поступального переміщення столу верстата. Дискретне обертання заготовки навколо осі забезпечує кругову подачу. s. При обробці на верстаті ЛШ-1 встановлюється певна сила контактного тиску Р між оброблюваною заготовкою та абразивною стрічкою, яка регулюється компенсуючими пружинами.
Складною операцією є шліфування поверхонь деталей, що перетинаються, сполучених по радіусу (наприклад, поверхонь прикомлевих ділянок лопаток компресора), яке виконують методами обкатки та копіювання. При формоутворенні поверхонь методом копіювання робочі поверхні контактного копіра повинні бути еквідистантними на товщину абразивної стрічки оброблюваним поверхням. Ширина стрічки може перевищувати ширину оброблюваної поверхні або становити її частину. У разі формоутворення радіусних ділянок проводиться поперечним рухом стрічок щодо деталі. У промисловості за цим принципом працює багато верстатів: ЗЛШ-5 (ЗЛШ-52), ЗЛШ-9 (ЗЛШ-91) та ін. Оброблювана деталь подається за нормаллю до поверхні на врізання під дією сили 50-100 Н до контактного копіру, який огинає абразивна нескінченна стрічка. Сила натягу стрічки становить 10-30 Н на 10 мм ширини стрічки. При обробці поверхонь з малим радіусом сполучень стійкість стрічок суттєво зменшується.

До останнього часу вважали, що шліфувати титанові сплави алмазними колами неефективно через хімічну спорідненість титану та вуглецю, що призводить до сильного зношування ріжучих кромок алмазних зерен та подальшого засолювання поверхні інструменту. До того ж при алмазному шліфуванні в поверхневому шарі формуються залишкові напруги, що розтягують. До теперішнього часу вдалося створити алмазні кола на спеціальних металевих зв'язках, які синхронізували процес згладжування ріжучих кромок зерен з їх фарбуванням із зв'язки та оновлення робочої поверхні інструменту, тобто. забезпечили самозагострення алмазного кола. Алмазне шліфування успішно застосовується на ММВП "Салют" при шліфуванні пера лопаток компресора.

Різновидом алмазного шліфування є обробка деталі із накладанням постійного струму. Шліфування здійснюють в електроліті, при цьому алмазне коло служить анодом. Анодне розчинення зв'язки кола та титану на поверхні кола дозволяє підтримувати постійні ріжучі властивості кола. Електрохімічне алмазне шліфування, як правило, формує в поверхневому шарі оброблюваної деталі сприятливу стискаючу напругу.

Завдяки особливій геометрії ріжучої кромки високошвидкісна фреза дозволяє використовувати утончення стружки для досягнення більш високих швидкостей подачі.

Декілька простих принципів допоможуть зробити фрезерування титанових сплавів ефективнішим. За заявами компанії, конструкція зображеної на малюнку високошвидкісної фрези при обробці високотемпературних аерокосмічних сплавів забезпечує швидкість подачі, що перевищує швидкість фрезерних інструментів традиційної конструкції вп'ятеро.

Титанові та алюмінієві сплави в певному відношенні схожі: обидва метали застосовуються в конструктивних елементах літаків, і в обох випадках для виготовлення деталі може вимагатися видалення 90 відсотків вихідного матеріалу.

Мабуть, більшість виробників хотіли б, щоб ці метали мали більші спільні риси. Традиційно оброблювальні алюміній постачальники авіадеталей тепер здебільшого працюють з титаном, оскільки в новітніх авіаційних конструкціях все більше використовується саме цей метал.

Менеджер компанії-постачальника різальних інструментів Stellram Джон Палмер, відповідальний за роботу з провідними виробниками авіакосмічної галузі, зазначає, що багато таких підприємств насправді мають більший потенціал обробки титану, ніж вони реалізують на даний момент. Багато цінних і ефективних технологій обробки титану досить просто впровадити, але лише деякі з них використовуються для підвищення продуктивності. Проконсультувавшись із виробниками з питань ефективності фрезерування різних аерокосмічних сплавів, включаючи сплави титану, Палмер дійшов висновку, що робота з титаном – не такий складний процес. Найголовніше – продумати весь процес обробки, оскільки будь-який елемент може вплинути на загальну ефективність.

За словами Палмера, ключовим фактором є стабільність. При контакті інструменту із заготівлею утворюється так званий «замкнене коло», до якого входить інструмент, державка, шпиндель, станина, напрямні, робочий стіл, затискний пристрій та заготівля. Від усіх цих елементів залежить стійкість процесу. Крім того, важливими аспектами є тиск, обсяг і спосіб подачі мастильно-охолоджувальної рідини, а також питання методики та застосування, висвітлені у цій статті. Для максимальної реалізації потенціалу даних процесів, здатних підвищити продуктивність обробки титану, Палмер рекомендує:

Однією з основних проблем титану є його низька теплопровідність. У цьому металі лише відносно мала частина тепла, що виробляється, відводиться разом зі стружкою. У порівнянні з іншими металами, при обробці титану більший відсоток тепла передається на інструмент. Внаслідок цього ефекту вибір робочої площі контакту визначає вибір швидкості різання.

Цю залежність демонструє крива малюнку 1. Повний контакт – врізання по дузі 180º – можливий лише за відносно низької швидкості різання. У той же час зменшення площі контакту скорочує період виділення тепла ріжучою кромкою та забезпечує більше часу для охолодження перед новим врізанням у матеріал. Таким чином, зменшення зони контакту зумовлює можливість підвищення швидкості різання із збереженням температури у точці обробки. Фрезерування з вкрай малою площею контакту та гостро заточеною ріжучою кромкою при високій швидкості та мінімальній подачі на зуб може забезпечити неперевершену якість чистової обробки.

Звичайні кінцеві фрези мають чотири або шість зубів. Для титану цього може бути замало. Найбільшу ефективність обробки даного металу забезпечує інструмент із десятьма або більше зубами (див. рисунок 2).

Збільшення кількості зубів усуває необхідність зниження подачі на зуб. При цьому в більшості випадків дуже близьке розташування зубів у десятизубій фрезі не забезпечує достатньо простору для відведення стружки. Тим не менш, продуктивному фрезерування титану сприяє мала площа контакту (див. пораду № 1), і тонка стружка, що утворюється в результаті, дає можливість використовувати багатозубі кінцеві фрези для підвищення продуктивності.

Порада № 3. Дотримуйтесь принципу «від товстої стружки до тонкої»

Ця ідея пов'язана з терміном «попутне фрезерування» і передбачає таке розташування інструмента, при якому край врізається в матеріал у напрямку подачі.

Цьому методу протиставляється «зустрічне фрезерування», що супроводжується утворенням тонкої стружки на вході та товстої на виході. Такий метод відомий як «традиційний» і відрізняється високою силою тертя при знятті стружки на початку різання, у результаті чого утворюється тепло. Тонка стружка не може поглинути і відвести це вироблене тепло, і воно передається на інструмент. Потім на виході, де товщина максимальна, ріжуче зусилля, що зросло, створює небезпеку налипання стружки.

Попутне фрезерування, або спосіб формування стружки "від товстої до тонкої", передбачає вхід у заготовку з максимальною товщиною зрізу, а вихід - з мінімальною (див. рисунок 3). При фрезеруванні периферією фреза «підминає» під себе заготовку, створюючи товсту стружку на вході для максимального поглинання тепла та тонку стружку на виході для запобігання налипанню стружки.

Фасонне фрезерування вимагає ретельного контролю траєкторії інструменту, щоб інструмент продовжував входити в заготовку і виходити на обробленій поверхні потрібним чином. Для цього слід не вдаватися до складних маніпуляцій, а просто подавати вправо матеріал.

При роботі з титаном та іншими металами термін служби інструменту скорочується в моменти різких коливань зусилля, особливо під час заготівлі. При прямому врізанні в матеріал (що характерно практично для будь-якої траєкторії інструменту) ефект можна порівняти з ударом по ріжучій кромці молотком.

Натомість слід акуратно проходити ріжучою кромкою по дотичній. Потрібно вибрати таку траєкторію руху, щоб інструмент входив у матеріал дугою, а не під прямим кутом (див. рисунок 4). При фрезеруванні від товстої стружки до тонкої дуги врізання повинна збігатися з напрямком обертання інструменту (за годинниковою або проти годинникової стрілки). Дугова траєкторія забезпечує поступове збільшення сили різання, запобігаючи ривкам і підвищуючи стійкість інструменту. При цьому виділення тепла та товщина стружки також поступово зростають до моменту повного занурення у заготівлю.

Різкі зміни зусилля можуть і на виході інструменту з матеріалу. Як би не було ефективно фрезерування від товстої стружки до тонкої (рада № 3), проблема даного методу полягає в раптовій зупинці поступового утончення стружки, коли інструмент досягає кінця проходу і починає шліфувати метал. Такий різкий перехід супроводжується відповідною різкою зміною сили, внаслідок чого на інструмент виявляється ударне навантаження, здатне викликати пошкодження поверхні деталі. Щоб знизити різкість, прийміть запобіжні заходи – зніміть 45-градусну фаску в кінці проходу, забезпечивши поступове зменшення радіальної глибини різання (див. малюнок 5).

Порада № 6. Вибирайте фрези з великим допоміжним заднім кутом

Гостра кромка ріжуча мінімізує зусилля різання титану, але при цьому вона повинна бути достатньо міцною, щоб витримати тиск різання.

Конструкція інструмента з великим допоміжним заднім кутом, де перша область кромки з позитивним кутом нахилу приймає на себе навантаження, а наступна за нею друга область з більшим кутом збільшує зазор, дозволяє вирішити ці завдання (див. малюнок 6). Така конструкція досить широко поширена, але саме у випадку титану експериментування з різними величинами допоміжного заднього кута дозволяє досягти суттєвого збільшення продуктивності та терміну служби інструменту.

Ріжуча кромка інструменту може зазнавати окислення та впливу хімічних реакцій. Багаторазове використання інструменту з однією і тією ж глибиною врізання може призвести до передчасного зношування в зоні контакту.

В результаті послідовних осьових врізань пошкоджена область інструменту викликає деформаційне зміцнення та утворення зазубрин, наявність яких неприпустимо на деталях аерокосмічного обладнання, оскільки цей поверхневий ефект може викликати необхідність передчасної заміни інструменту. Цього можна уникнути, захистивши інструмент шляхом зміни осьової глибини різання для кожного проходу і розподіливши цим проблемну область по різних точках зубів (див. малюнок 7). У процесі точення аналогічного результату можна досягти обточування конічної поверхні при першому проході і обробкою циліндричної поверхні при подальшому - це дозволить запобігти утворенню проточин.

Порада № 8. Обмежте осьову глибину обробки тонких елементів

Під час фрезерування тонкостінних та видатних елементів титанових деталей важливо пам'ятати про співвідношення 8:1. Щоб уникнути викривлення стінок пазів, фрезеруйте їх послідовно в осьовому напрямку замість обробки по всій глибині за один прохід кінцевої фрези. Зокрема, осьова глибина різання при кожному проході повинна перевищувати кінцеву товщину стінки більш ніж 8 раз (див. малюнок 8). Наприклад, для досягнення товщини стінки 2 мм осьова глибина відповідного проходу має становити максимум 16 мм.

Незважаючи на обмеження глибини, це правило все ж таки дозволяє зберегти продуктивність фрезерування. Для цього тонкі стінки потрібно фрезерувати так, щоб навколо них залишалася необроблена область, а товщина елемента в 3-4 рази перевищувала кінцеву товщину. Якщо потрібно отримати стінку завтовшки 7 мм, згідно з правилом 8:1 осьова глибина може досягати 56 мм. При обробці товстих стінок слід дотримуватися невеликої глибини проходу до досягнення остаточного розміру.

Порада № 9. Використовуйте інструмент значно менший за паза

З огляду на велику кількість тепла, поглинається під час обробки титану, фрезі потрібен простір для охолодження. При фрезеруванні невеликих пазів діаметр інструменту не повинен перевищувати 70 відсотків від діаметра (або зіставного розміру) паза (див. рис. 9). При меншому зазорі істотно зростає ризик обмеження доступу охолодної рідини до інструменту, а також затримування стружки, яка могла б відводити хоча б частину тепла.

Це правило також застосовується при фрезеруванні відкритої поверхні. При цьому ширина елемента становитиме 70 відсотків від діаметра інструменту. Зміщення інструменту складає 10 відсотків, що сприяє потоншенню стружки.

Високошвидкісні фрези, спочатку розроблені для обробки інструментальної сталі при виготовленні прес-форм, останні роки почали активно використовуватися у виробництві титанових деталей. Високошвидкісна фреза не вимагає великої осьової глибини різання і на такій глибині швидкість подачі перевищує показники фрез традиційної конструкції.

Дані характеристики зумовлені утонченням стружки. Ключова особливість високошвидкісних фрез - пластини з великим радіусом закруглення кромки (див. малюнок 10), що сприяє розподілу стружки, що утворюється, по збільшеній площі контакту. Завдяки цьому при осьовій глибині різання 1 мм можливе утворення стружки завтовшки всього 0,2 мм. У разі титану така тонка стружка усуває необхідність низької подачі на зуб, що зазвичай використовується для даного металу. Таким чином, стає можливим встановлення швидкостей подачі значно вище стандартних.

Джерело матеріалу: переклад статті
10 Tips for Titanium,
Modern Machine Shop