Обработка титана на токарном станке режимы резания

Обработка титана на токарном станке

Существует группа металлов обработка которых требует создание особых условий с учетом повышенной твердости их структуры. Одним из элементов данной группы является титан, обладающий высокой прочностью и требующий применения специальной технологии обработки, с использованием токарных станков с ЧПУ и особо прочный инструмент. Обработка титана на токарном станке широко используется в технологических процессах для изготовления необходимых изделий в различных отраслях промышленности. Титан применяется в аэрокосмической отрасли, где его использование достигает 9 % от общего объема материалов.

Особые условия обработки металла

Титан – особо прочный, легкий, серебристый метал стойкий к воздействию процесса ржавления. Высокая устойчивость к воздействию внешней среды обеспечивается за счет образования на поверхности материала защитной пленки TiO2. Негативное воздействие на титан могут оказывать вещества содержащие щелочь, что приводит к потере прочностных характеристик.

Высокая прочность титана требует создания особых условий во время резания детали с использованием токарного станка с ЧПУ и инструмент из сверхпрочного сплава.

В обязательном порядке необходимо учитывать:

  • металл очень вязкий и когда производится его токарная обработка с использованием токарного станка, сильно нагревается, что приводит к налипанию титановых отходов на режущий инструмент;
  • мелкая дисперсная пыль, образующаяся во время обработки, может детонировать, что требует особой осторожности и соблюдения мер безопасности;
  • для резания титана требуется специальное оборудование, обеспечивающее необходимый режим резания;
  • титан обладает низкой теплопроводностью, что требует для резания специально подобранный режущий инструмент.

После выполнения процесса, когда завершена обработка изделия из титана для создания прочной защитной пленки деталь нагревают, а затем охлаждают на открытом воздухе.

Соблюдение технологии обработки титановых сплавов

Для резания заготовок из титана применяются токарные станки с ЧПУ и специальный режущий инструмент, а процесс делится на ряд операций, каждая из которых выполняется по особой технологии.

Операции обработки на токарных станках делятся:

  • предварительные;
  • промежуточные;
  • основные.

Необходимо также учитывать возникающую вибрацию при обработке заготовок из титановых сплавов, появляющуюся при операциях на токарных станках. Частично эту проблему удается решить с помощью многоступенчатого крепежа заготовок с расположением как можно ближе к шпинделю. Для уменьшения влияния температуры при обработке лучшим вариантом является использование резцов из мелкозернистых твердых сплавов без покрытия и пластин со специальным покрытием PVD.

При резании 85-90% всей энергии превращается в тепловую энергию, которая поглощается частично стружкой, резцом, обрабатываемой деталью и охлаждающей жидкостью. Температура в зоне обработки детали может достигать 1000-1100 °С.

При обработке заготовок на токарном станке учитываются три основных параметра:

  • угол фиксации инструмента (Kr);
  • размерность подачи (Fn);
  • скорость резания (Ve).

С помощью регулирования данных параметров производится изменение температурного режима резания. Для различных режимов, когда проводится обработка, устанавливаются и регулирующие параметры:

  • предварительного – до 10 мм производится снятие верхнего слоя с титановой заготовки с образованием припуска 1 мм (Kr -3 -10 мм, Fn – 0,3 — 0,8 мм, Ve — 25 м/мин);
  • промежуточного – 0,5 – 4 мм, удаляется верхний слой с образованием ровной поверхности с припуском 1 мм (Kr – 0,5 – 4 мм, Fn – 0,2 – 0,5 мм, Ve — 40 — 80 м/мин).
  • основного – 0,2 – 0,5 мм, чистовая обработка с удалением припуска (Kr – 0,25 – 0,5 мм, Fn – 0,1 – 0,4 мм, Ve — 80 — 120 м/мин).

Обработка заготовок из титана ведется с обязательной подачей специальной эмульсии охлаждающей инструмент под давлением для обеспечения нормального температурного режима. При использовании более глубокого реза необходимо снижать скорость обработки титана, меняя режимы работы.

Подбор необходимого инструмента

Требования к обрабатывающему инструменту для титана достаточно высоки и для работы в основном применяются резцы, со сменными головками используемые на станках с ЧПУ. Инструмент в ходе рабочего процесса подвергается изнашиванию: абразивному, адгезийному и диффузному. При диффузном изнашивании происходит взаимное растворение материала режущего инструмента и титановой заготовки. Особо активно эти процессы протекают при температуре 900 — 1200 °С.

Подборка ведется с учетом режима обработки:

  • при предварительном процессе используются пластины круглой или квадратной формы (iC 19) изготовленные из специального сплава H 13 A без покрытия;
  • при промежуточном процессе, используются пластины круглой формы, изготовленные из сплава H 13 A, GC 1115 с покрытием PDV;
  • при основном процессе, используются пластины со шлифовальными режущими кромками изготовленные из сплавов H 13 A, GC 1105 и CD 10.

При процессе воздействия на титановую заготовку с использованием специальных резцов применяются высокоточные токарные станки с ЧПУ и различные режимы обеспечивающие автоматизацию проводимых операций и высокое качество изготавливаемых деталей. Размеры готовой детали должны иметь нулевое или минимальное отклонение от заданных параметров согласно техническому заданию.

Особенности обработки титана

Титан — один из самых интересных и сложных для обработки металлов. Его уникальные свойства нашли широкое применение в разных отраслях промышленности. Механическая обработка титана, в сравнении с обычной сталью, более чем в пять раз сложнее, поэтому для создания из него изделий применяют специальные приемы и оборудование.

Основные проблемы, возникающие при обработке титана, и средства их решения

Основной проблемой, возникающей при обработке титана, является его склонность к задиранию и налипанию на инструмент. Также одним из усложняющих факторов является его низкая теплопроводность. Большинство металлов сопротивляются плавлению в гораздо меньшей степени, поэтому при контакте с титаном растворяются в нем, образуя сплавы. Это приводит к быстрому износу применяемого инструмента.

Чтобы уменьшить задирание и налипание, а также для отвода выделяемого тепла, применяют следующие способы:

  • при резке, а также иной обработке титана используют охлаждающие жидкости;
  • заточку изделий выполняют с применением инструментов, изготовленных из твердых сплавов металлов;
  • обработку металла резцами выполняют при гораздо меньших скоростях, чтобы избежать излишнего нагрева.

Эффекты налипания и задирания титана обусловлены его высоким коэффициентом трения, который относят к серьёзным недостаткам этого металла. В своем большинстве изделия из титана быстро поддаются износу, поэтому чистый состав этого металла редко используются для изготовления изделий, которые применяются в условиях трения и скольжения. При трении титан налипает на трущуюся поверхность, вызывая связывающий эффект и уменьшая скорость движения сообщающихся деталей. Способами, которые устраняют этот негативный эффект, выступают азотирование и оксидирование титана.

Азотирование титана — технологический процесс, который заключается в нагреве изделия из титанового сплава до температуры 850 0 С — 950 0 С и его выдержке в течение нескольких суток в среде чистого газообразного азота. В результате происходящих химических реакций на поверхностях изделия образуется пленка из нитрида титана, имеющая золотистый оттенок и обладающая большей твердостью, а также большим сопротивлением к стиранию. Изделия, прошедшие такую обработку, обладают повышенной износостойкостью и не уступают по своим характеристикам изделиям, изготовленным из поверхностно упрочнённых специальных сталей.

Оксидирование титана — распространенный метод, заключающийся в нагреве титанового изделия до 850 0 С и его резком охлаждении в водной среде, что вызывает образование на поверхности обрабатываемой детали плотной пленки, которая хорошо связывается с основным слоем материала. При этом сопротивление стиранию и общая прочность изделия возрастает в 15-100 раз.

Некоторые особенности резки и сверления титана

Нарезка заготовок является очень сложным технологическим процессом, сопровождающимся использованием специальных инструментов и оборудования. Листы разрезаются гильотинными ножницами, а заготовки из сортового проката — распиливаются механической пилой. Небольшие по диаметру пруты нарезают с помощью токарных станков.

Фрезерование титана остается наиболее сложным способом его обработки. Он налипает на зубьях инструмента (фрезы), что значительно затрудняет работу с заготовкой. Поэтому для такого способа применяют инструменты, изготовленные из твердого сплава металлов, а процесс обработки сопровождают использованием охлаждающих смазок и жидкостей, которые обладают большой вязкостью.

При выполнении операций сверления важно, чтобы стружка, образующаяся в результате сверления, не накапливалась в отводных каналах, в противном случае это может привести к преждевременному износу и поломке инструмента. При сверлении применяют фрезы, изготовленные из быстрорежущей стали.

Особенности соединения титановых изделий и их элементов

Если титановое изделие выступает элементом конструкции, то соединить детали, изготовленные из титановых сплавов, позволяет применение таких методов:

  • сварка;
  • пайка
  • механическое соединение с использованием заклепок
  • соединение с применением болтового крепления.

Основным методом соединения выступает сварка, представляющая обычную промышленную технологию. Чтобы обеспечить прочность сварного шва соединение элементов выполняют в среде инертного газа или специальных бескислородных флюсов. Также для этого оберегают шов с применением различных защитных элементов. Взаимодействие расплавленного титана с такими химическими элементами как водород, кислород и азот, содержащимися в воздушной смеси, при нагреве приводит к росту зерна металла, изменению его микроструктуры и хрупкости сварного шва. Сварочные работы выполняют на большой скорости.

Также существует метод сварки в контролируемой среде, который применяется для выполнения работ, требующих большой ответственности. При необходимости соединить небольшие по своим размерам элементы, их помещают в специальные камеры, заполненные инертным газом. В случае соединения элементов большего размера сварочные работы выполняют в специальных герметично изолированных помещениях. Сварка титана — ответственная работа, которая доверяется исключительно подготовленным специалистам, имеющим необходимый практический опыт и навыки.

Пайка титана применяется в случаях, когда проведение сварочных работ невозможно или нецелесообразно. Она также осложнена химическими реакциями. Титан в расплавленном состоянии демонстрирует высокую химическую активность и прочно связан с пленкой окиси, формируемой на поверхностях обрабатываемой детали. Большинство распространенных металлов непригодны в качестве припоя для соединения титановых элементов, для этих целей используются только чистые по своему составу алюминий и серебро.

Читайте также  Лучшие мотоблоки для обработки земельных участков

Механическое соединение элементов из титана с помощью клепок и болтовых креплений также выполняется с применением специальных материалов. В большинстве случаев заклепки изготавливают из алюминия, а применяемые болты покрываются напылением серебра или синтетического тефлона. Это вызвано тем, что при завинчивании титан проявляет свое свойство налипания и задирается, в результате соединения элементов становятся ненадежными, не обеспечивают прочной фиксации.

Некоторые особенности механической обработки титановых сплавов Текст научной статьи по специальности « Технологии материалов»

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Дорофеева Е.С., Литвиненко Д.С., Янковская Н.Ф., Амельченко Н.А.

Выявлены основные проблемы процесса обработки титановых сплавов при изготовлении изделий РКТ. Исследовано влияние технологических параметров и условий резания на эффективность процесса и точность деталей.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Дорофеева Е.С., Литвиненко Д.С., Янковская Н.Ф., Амельченко Н.А.

SOME FEATURES OF MECHANICAL PROCESSING TITANIUM ALLOYS

The main problems of the processing titanium alloys in the manufacture of RKT products are revealed. The influence of technological parameters and cutting conditions on the efficiency of the process and the accuracy of the details are studied.

Текст научной работы на тему «Некоторые особенности механической обработки титановых сплавов»

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Е. С. Дорофеева, Д. С. Литвиненко, Н. Ф. Янковская, Н. А. Амельченко

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Выявлены основные проблемы процесса обработки титановых сплавов при изготовлении изделий РКТ. Исследовано влияние технологических параметров и условий резания на эффективность процесса и точность деталей.

Ключевые слова: титановые сплавы, свойства, прочность, процесс резания, технология обработки, точность изделий, эффективность процесса.

SOME FEATURES OF MECHANICAL PROCESSING TITANIUM ALLOYS

E. S. Dorofeeva, D. S. Litvinenko, N. F. Yankowskay, N. A. Amelchenko

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: k.e.s.1990@inbox.ru

The main problems of the processing titanium alloys in the manufacture of RKT products are revealed. The influence of technological parameters and cutting conditions on the efficiency of the process and the accuracy of the details are studied.

Keywords: titanium alloys, properties, strength, cutting process, processing technology, product accuracy, process efficiency.

Широкое использование титановых сплавов в аэрокосмической и оборонной промышленности в первую очередь связано с их уникальными свойствами, среди которых следует выделить малую плотность, высокую удельную прочность, коррозиестойкость, технологичность при обработке давлением и свариваемость, хладостойкость, немагнитность и ряд других ценных физико-механических характеристик, приведенных в таблице [1].

Механические свойства титана существенно зависят от содержания примесей в металле и характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности. На формирование структуры и, следовательно, свойств титановых сплавов решающее влияние оказывают фазовые превращения, связанные с полиморфизмом титана. Это имеет важное значение при необходимости назначения термической обработки деталей в соответствии с требованиями чертежа.

Основные марки и химический состав отечественных титановых сплавов приведены в стандартах [2].

По технологии изготовления титановые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные; по уровню механических свойств — на сплавы невысокой прочности и повышенной пластичности, средней прочности, высокопрочные; по условиям применения — на хладостойкие, жаропрочные, коррозие-стойкие. По способности упрочняться термообработкой они делятся на упрочняемые и неупрочняемые.

В производстве изделий ракетно-космической техники (РКТ) сегодня применяется практически вся номенклатура титановых сплавов. Например, титановые трубы из высокопрочных сплавов ВТ14, ВТ6, ВТ22, ОТ4 и др. с пределом прочности св > 1000 МПа используются при изготовлении твердотопливных и жидкостных корпусов и элементов ракетных двигателей. Указанные сплавы наряду с высокой прочностью сохраняют хорошую (ВТ6) и удовлетворительную (ВТ14, ВТ3-1, ВТ22) технологическую пластичность в горячем состоянии, что позволяет получать из них различные полуфабрикаты: листы, прутки, плиты, поковки, штамповки, профили и др. Из титановых сплавов ВТ23, ВТ23М, ВТ43, обладающих высокой трещиностойкостью, изготавливают монолитные и сварные шаробаллоны в качестве емкостей для хранения топлива импульсных плазменных двигателей спутников [3].

Не смотря на хорошие пластические свойства и свариваемость, при механической обработке титановых сплавов возникают проблемы, которые резко снижают эффективность процесса резания. Основная проблема заключается в высоких прочностных характеристиках этого металла. До недавнего времени считалось, что невозможно выполнить эффективный процесс резания титана на обычном токарном станке. В большинстве случаев инструмент быстро изнашивается, а качество обработки оставляет желать лучшего [3].

Технология и мехатроника e машиностроении

Физико-механические свойства титана

Плотность при 20 °С, кг/м3 4510

Температура плавления, К 1941 (1668 °С)

Коэффициент линейного расширения ах 10-6, град-1 8,9

Теплопроводность X, Вт/(м х град) 16,76

Предел прочности при растяжении ов, МПа 300-450

Условный предел текучести а02, МПа 25 380

Модуль нормальной упругости Е, х10-3 МПа 110,25

Модуль сдвига О, х10-3 МПа 41

Твердость, НВ 130. 150

Это напрямую связано со следующими факторами

— высокий показатель вязкости сплавов способствует значительному повышению температуры в зоне резания и вызывает наростообразование частиц металла на поверхности режущих инструментов, снижая ресурс его работы;

— мелкая дисперсная пыль, образующаяся во время обработки, может детонировать, что требует особой осторожности и соблюдения мер безопасности;

— для резания титана требуется специальное оборудование, обеспечивающее необходимый режим резания;

— титан обладает низкой теплопроводностью, что требует применения для процесса резания специально подобранных режущих инструментов.

Для достижения заданной точности и качества поверхности процесс обработки разделяется на операции предварительной, промежуточной и основной обработки. Практика показывает, что на параметры точности могут оказывать также возникновение вибрации при обработке заготовок и высокий уровень температуры в зоне резания, который может достигать порядка 850-1100 °С. Это вызывает необходимость поиска путей для решения данных проблем [5].

Исследованиями установлено, что эффективность процесса обработки титановых сплавов в значительной степени зависит от жесткости применяемого оборудования и конструкций режущего инструмента. В этой связи для проведения экспериментов использовали монолитный и сборный твердосплавный осевой инструмент и вертикальный фрезерно-сверлиль-но-расточной станок VMC635 ecoline с системой ЧПУ TNC620 Heidenhain производства фирмы DMG-MORI, установленный в НОЦ РКТ. В качестве образцов использовали заготовки из титанового сплава ВТ14 и ВТ23.

Реализуемые скорости резания при черновом фрезеровании назначали от 40 до 80 м/мин. и чистовом от 90 до 120 м/мин. Подачу на зуб задавали от 0,05 до 0,3 мм, при этом учитывали рекомендации [6]. Установлено влияние формы режущей части твердосплавных сменных пластин и вида покрытия, давления и расхода охлаждающей жидкости, а также влияние схемы обработки. Рекомендуется исключить или минимизировать схему встречного фрезерования

В работе также проводилась оценка стойкости спиральных сверл из твердого сплава при сверлении отверстий диаметром от 3 до 3,5 мм. При формообразовании отверстий назначали цикл глубокого сверления G83, режимы резания S1000 (мин.-1) и подачу F40 мм/мин. Стойкость инструмента предварительно оценивали по суммарной длине обработки. По мере затупления проводили замеры геометрии инструмента.

Характер разрушения и износа инструмента оценивали на приборе для настройки инструмента VIO 210 Microvizion III. Исследованиями установлено, что основной причиной выхода инструмента из строя является выкрашивание твердого сплава по режущей кромке.

Вместе с тем, степень влияния тепловых явлений и уровня вибраций на точность и качество обработки на предварительном этапе исследований выявить пока не удалось по техническим причинам. Однако эксперименты по поиску путей для повышения эффективности процесса обработки титановых сплавов будут продолжены.

Таким образом, в ходе предварительных исследований выявлены основные проблемы, возникающие при обработке титановых сплавов и определены основные направления возможного их решения.

1. Метотехника [Электронный ресурс]. URL: http://www.metotech.ru/art_titan_2.htm (дата обращения: 08.09.2017).

2. ГОСТ 19807-91. Титан и титановые сплавы деформируемые. Марки. М. : Госстандарт, 1991.

3. Метотехника [Электронный ресурс]. URL: http://www.metotech.ru/titan-opisanie.htm (дата обращения: 09.09.2017).

4. Электронная библиотека. Наука и техника [Электронный ресурс]. URL: http://n-t.ru/ri/ps/ pb022.htm (дата обращения: 09.09.2017).

5. SIGMA-TEST.RU [Электронный ресурс]. URL: http://www.sigma-test.ru/publitsistic/titan/40/index.shtml (дата обращения: 11.09.2017).

6. Каталог фирмы Hoffmann Group. GARANT. Справочник по обработке резанием. 2016. 857 с. Режим доступа: www.garant-tools.com.

1. Metotechnika. Available at: http://www. metotech.ru/art_titan_2.htm (accessed: 08.09.2017).

2. GOST 19807-91. Titan i titanovyye splavy defor-miruyemyye. Marki. M. : Gosstandart, 1991.

3. Metotechnika. Available at: http://www.meto-tech.ru/titan-opisanie.htm (accessed: 09.09.2017).

4. Electronic library. Science and Technology. Available at: http://n-t.ru/ri/ps/pb022.htm (accessed: 09.09.2017).

5. SIGMA-TEST.RU. Available at: http://www. sigma-test.ru/publitsistic/titan/40/index.shtml (accessed: 11.09.2017).

6. Каталог фирмы Hoffmann Group. GARANT. Справочник по обработке резанием. 2016. 857 с. Available at: www. garant-tools.com.

© Дорофеева Е. С., Литвиненко Д. С., Янковская Н. Ф., Амельченко Н. А., 2017

Режимы резания при токарной обработке титана

По сравнению с другими металлами, механическая обработка титана нуждается в более высоком требовании и выполняется в больших ограничениях. Сплавы из титана обладают некоторыми свойствами, которые способны значительно влиять как на процесс резания, так и на материал, который подвергается резанию. Если режим и инструмент выбраны правильно, а так же надежно закреплена заготовка, процесс металлообработки титана . будет высокоэффективным. Так же можно избежать многих проблем, которые часто возникают при обработке титана , просто нужно преодолеть влияние, которое оказывает титан на процесс металлообработки .

Читайте также  Чистовая обработка деталей при токарной обработке

    Многие свойства, которые придают титану статус привлекательного материала для изготовления деталей, оказывают значительный эффект на его обрабатываемость, а именно:

  • имеет более низкую упругость и легче подвергается упругости, в отличие от стали;
  • высокая прочность по отношению к своему весу, причем его плотность составляет 60% плотности стали;
  • низкая теплопроводность;
  • более высокая стойкость к коррозии, чем нержавеющая сталь;
  • Все свойства перечисленные выше означают, что титан обладает высокими и концентрированными силами при его обработке. Это часто производит вибрацию при обработке и ведет к быстрому износу режущей детали. Кроме этого, титан плохо проводит тепло. Поэтому обработка титана требует от качества инструмента высокой стойкости.

    Трудности механической обработки титана

    Но стабильные и идеальные условия не всегда присутствуют при фрезеровании. Кроме этого, многие детали из титана имеют сложную форму узкими, мелкими или глубокими и большими карманами, тонкими фасками и стенками. Для правильной и успешной обработки этих форм неизбежно потребуется инструмент более длинного размера, что быстрее может вести к деформации инструмента. Да и потенциальные проблемы с вибрации часто возникают при обработке металла.

    Технология профессиональной токарной обработки титана сопряжена с рядом трудностей. Они обусловлены изначальными свойствами материала, которые напрямую влияют на выбор режима работы и инструмента.

    Трудности обработки титана

    Титан — это легкий металл с серебристым оттенком. Помимо превосходной механической стойкости практически не подвержен ржавлению. Это связано с формированием пассивирующей оксидной пленки TiO2. Процесс разрушения происходит только в щелочных средах.

    Перед обработкой титана следует ознакомиться с его свойствами. Главная проблема заключается в высоких прочностных характеристиках этого металла. До недавнего времени считалось, что невозможно выполнить эффективный процесс резания титана на обычном токарном станке. В большинстве случаев инструмент быстро изнашивался, а качество обработки оставляло желать лучшего.

    Это напрямую связано со следующими факторами:

    • высокий показатель вязкости. В процессе резания происходит значительное повышение температуры в узкой области. В результате этого происходит налипание частиц металла на фрезу или сверло;
    • титановая пыль имеет свойство взрываться. Это же относится и к стружке. Поэтому во время обработки следует соблюдать все меры безопасности;
    • минимальная мощность оборудования. Для оптимизации процессов рекомендовано применять комплексные обрабатывающие станки. Они выполняют одновременно несколько операций, тем самым уменьшая вероятность появления вышеописанных факторов. Однако это влечет за собой удорожание оборудования.

    Кроме этого, следует учитывать низкую теплопроводность материала. Практически все марки металлов и абразивов растворяются в титане. Поэтому следует выбрать специальный режущий инструмент, а также предварительно рассчитать режим его применения.

    После окончательного изготовления детали она должна пройти процесс высокотемпературного оксидирования. Заготовку нагревают, а затем она проходит процесс охлаждения на открытом воздухе, это повышает износоустойчивость.

    Режимы токарной обработки титана

    Токарная обработка изделий из титана выполняется с применением специальных режущих инструментов. Существуют три основных этапа работ: предварительный, промежуточный и окончательный.

    Для выбора оптимального режима работы необходимо знать основные технические параметры обработки. Они зависят от угла расположения инструмента в плане (Kr), величины подачи (Fn) и скорости резания (Ve). Для контроля температурного нагрева можно изменять скорость вращения заготовки, толщину образовавшейся стружки и глубину резания.

    Рекомендации по значениям основных параметров токарной обработки титана в зависимости от области применения:

    • черновая – до 10 мм. Она применяется для удаления неравномерной корки на титане. С ее помощью происходит формирование кольца-свидетеля, которое отрезается для анализа состояния материала по всей глубине заготовки. Рекомендуемые параметры: Kr – 3-10 мм; Fn – 0,3-0,8 мм; Ve – 25 м/мин;
    • промежуточная – от 0,5 до 4 мм. Этот этап необходим для подготовки детали к окончательному резанию. В процессе может изменяться глубина резания, материал не должен содержать корки. Обязательно необходимо оставить припуск 1 мм для окончательного этапа. Рекомендуемые параметры: Kr – 0,5-4 мм; Fn – 0,2-0,5 мм; Ve – 40-80 м/мин;
    • окончательная – 0,2-0,5 мм. На этом этапе выполняется окончательное удаление припусков, происходит формирование детали. К нему предъявляются высокие требования. Во время его выполнения следует максимально точно рассчитать режимы: Kr – 0,25-0,5 мм; Fn – 0,1-0,4 мм; Ve – 80-120 м/мин.

    Для всех вышеописанных режимов рекомендуется применять специальные охлаждающие жидкости. Это позволит уменьшить влияние температурного налипания стружки к поверхности резца.

    При увеличении глубины резания необходимо снижать значение подачи. На криволинейных участках значение этого параметра может составить 50% от номинального.

    Выбор инструмента для токарной обработки титановых сплавов

    Важным моментом является правильный выбор токарного инструмента. Зачастую для этого применяют резцы со сменной режущей частью. Они могут иметь различную форму, которая определяет угол и степень обработки титана.

    Выбор определенной модели резца зависит от текущего режима работы и характеристик оборудования. Но существуют общие рекомендации по форме и материалу изготовления режущего инструмента:

    • предварительная. Применяются пластины квадратной или круглой формы (с большим диаметром). Рекомендуемый размер — iC19. В качестве материала изготовления лучше всего использовать сплав H13A без покрытия;
    • промежуточная. Оптимальным вариантом являются круглые пластины. Для уменьшения теплового эффекта глубина вхождения резца не должна превышать 25% от диаметра инструмента. Используемые сплавы для изготовления — H13A (без покрытия) и GC1115 с PDV покрытием. Последний вариант позволит добиться оптимального соотношения точности и износоустойчивости инструмента;
    • окончательная. Применяются пластины с шлифованными режущими кромками. Применяемые сплавы: H13A (без покрытия); GC1105 (PVD, с острыми кромками); CD10 (PCD).

    Для выполнения последнего этапа необходим точный станок с функцией подачи охлажденной жидкости под высоким давлением. При формировании тонкостенных деталей снижается радиальная составляющая силы резания.

    В видеоматериале даются практические советы по обработке титана:

    К механическим видам обработки титана предъявляются определенные требования, в данном процессе также присутствует много дополнений. Есть в промышленности титановые виды сплавов. Они способны влиять на резание, на материал, которым это выполняется. Если перед выполнением работы показательные моменты выбраны были верно, то работы получаются отличными.

    Также применяемый для работ станок должен иметь хорошую жесткость , высокое качество закрепления заготовки.

    Только при таких ситуациях работа получается качественной.

    Есть определенные проблемы во время обработки титана, но их можно просто исключить.

    Для этого необходимо уменьшить влияние, которое может он оказать на процессы выполнения работы.

    Производим обработку титана:

    Некоторые характеристики титана, могут оказывать прямое воздействие на вид его обрабатываемости. Среди них: отношение характеристик прочности и веса. Титан податливый материал с ним работать легче, чем с прочими материалами. Его характеризует устойчивость к коррозии. По этой причине при работе появляется моменты вибрации, она ведет к износу его кромки.

    Сложность механической обработки титана

    Специалисты утверждают, титан трудно подвергается обработке механического вида. Только современных инструментов это утверждение не касается. Трудности с ним могут возникнуть лишь оттого, что работа с ним – сфера совершенно новая! Опыта при работе в ней мало или совсем недостаточно.

    Кроме этого, проблемы, возникающие при работе, иногда носят только относительный характер. Особенно тогда, когда это касается чугуна или же низколегированных сталей. Именно они вызывают заниженные требования. Естественно, его иногда считают трудным для обработки, если сравнивать материал только со сталью.

    Просто с ним необходимо работать при совершенно других подачах, скоростях, соблюдая определенные предосторожности. Если сравнивать его с прочими материалами, то иногда в обработке он бывает не трудным. Если только деталь, выполненная из данного материала, будет крепко зажатой в мощном станке, то тогда никаких посторонних вопросов не будет. Если при оборудовании еще есть шпиндель с конусом марки ISO 50 и наличием инструмента короткого вылета.

    При его фрезеровании тоже не всегда есть совершенные условия, которые могут быть постоянными. Кроме этого его некоторые детали имеют различную форму. Для эффективной обработки таких форм требуется определенный инструмент, который иногда может подвергаться процессу деформаций. Возможны также вопросы с вибрацией, но они бывают при его обработке.

    Расчеты режимов по резанию

    Если вдруг окажется, что пластины устанавливаются во фрезы неверно. То появятся изъяны режущих кромок, причем всех. На инструмент могут повлиять низкие допуски. Они могли быть еще раньше:

    • после производства фрез или державок;
    • при изношенности;
    • от присутствия дефектов;
    • от низкого качества державки;
    • при износе его шпинделя, прочее.

    Из-за перечисленных фактов уменьшение характеристик стойкости материала доходило почти до 80 %. Аналитический способ определения режимов резания не очень трудоемкий. Но он обычно выполняется во время учебного проектирования технологий по обработке механического вида резанием.

    Выполняется определение всех значений в соответствии с формулами, силой, мощностью резания и ее глубиной. До выполнения работы надо располагать паспортом определенного станка, значениями подачи, частоты вращения его шпинделя. Если на определенное оборудование паспорт не имеется, то все значения выполняют в соответствии со справочной литературой!

    Читайте также  Обработка кузова автомобиля от коррозии своими руками

    Борьба с теплом и вибрацией

    Многие применяемые станки оснащаются шпинделями с конусами марки ISO 40. Конструктивные их особенности таковы, что их трудно качественно закрепить по месту. Предполагаемые операции, такие, как нарезание канавок, виды контурных обработок и прочее – приводят оборудование к вибрациям. На основании этого следует повышать жесткость крепления детали.

    Или выполнять многоступенчатое закрепление обрабатываемых деталей, при нем они могут быть расположенными близко к шпинделю. Именно это может несколько снизить моменты вибрации. Учитывая, что он может быть прочным и твердым даже при значительных показателях температуры, на пластины могут действовать значительные силы и такие же нагрузки. Поэтому в сфере резания может вырабатываться значительное тепло. Это повышает опасность для деформации детали.

    Обработка резанием титановых сплавов

    ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ПРИ РЕЗАНИИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

    Упруго-пластическое деформирование при резании метал­лов весьма сложно. Оно находится во взаимной связи с дру­гими факторами и явлениями, сопутствующими процессу реза­ния. Поэтому более полная характеристика физических основ резания титановых сплавов может быть получена лишь при комплексном исследовании тепловых явлений, деформаций по­верхностных слоев, сил резания, износа режущего инструмента и качества обработанной поверхности.

    ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ

    Тепло, возникающее в процессе резания, оказывает влияние на состояние, слоя под обработанной поверхностью, шерохо­ватость поверхности, точность обработки, а также на износ и стойкость режущего инструмента. Под влиянием тепла изме­няются условия трения на передней и задней поверхностях ин­струмента, деформация срезаемого слоя, наростообразование и другие явления.

    Исследованию был под­вергнут высокопрочный титановый сплав отечественного произ­водства ВТЗ-1. Химический состав, механические и теплофизи-ческие свойства заготовки этого сплава взяты в пределах, ука­занных в табл. 1 и 2. Выбор сплава ВТЗ-1 обусловлен тем, что он имеет (α +β)-структуру, т. е. занимает среднее положение между а- и β-сплавами, поэтому полученные при исследовании результаты являются наиболее типичными. Кроме того, сплав ВТЗ-1 получил наибольшее распространение.

    Для получения сравнительных данных были исследованы также сплавы -на основе железа (ЗОХГСА) и никеля (ХН70ВМТЮ). Заготовки этих сплавов находились в состоянии поставки. Химический состав и физико-механические свойства их удовлетворяли техническим условиям.

    ВТЗ-1 почти в 2 раза превышает температуру, возникающую при обработке стали 30ХГСА. Она близка к температуре, раз­вивающейся при точении в тех же условиях жаропрочного сплава ХН70ВМТЮ, процесс резания которого характеризуется весьма напряженным тепловым режимом. Сравнение получен­ных результатов с данными, приведенными в работе [56], пока­зывает, что температура при резании титанового сплава ВТЗ-1 в среднем в 2 раза выше температуры резания стали 40Х и в 3—4 раза выше температуры, возникающей при обработке алюминиевых сплавов. Это свидетельствует о том, что резание титановых сплавов характеризуется весьма высокими темпера­турами, физическая сущность возникновения которых изложена ниже.

    При резании пластичных материалов, к которым относится технический титан и его сплавы, работы упругих деформаций и диспергирования незначительны, поэтому основными источниками тепловыделения следует считать пла­стическую деформацию и трение.

    Титановые сплавы по сравнению со сплавами на основе никеля и железа, как было показано выше, характеризуются меньшей пластической деформацией. Подобное заключение следует также из сравнения коэффициен­тов усадки стружки титановых и никелевых сплавов (рис. 19). Следовательно, можно предполо­жить, что при резании титановых сплавов выделяется меньшее ко­личество тепла, чем при обработ­ке сталей и сплавов на основе никеля.

    Согласно приведенным данным интенсивность выделения тепла в деталь при обработке титановых сплавов ниже, чем при. обработке сплавов на основе никеля со сталью 45 выделении тепла у тита­нового сплава ВТ2 при точении сви­детельствуют и кривые на рис. 20. Можно было ожидать, что при реза­нии температура в деформированной зоне титановых сплавов должна быть ниже, чем у сталей. Однако рассмот­ренные ранее результаты эксперимен­тального исследования температуры резания показывают обратное. Темпе­ратура резания титанового сплава (см. рис. 17, б) достигает 800° С уже при υ = 40 м/мин, s = 0,17 мм/об и t — = 1,5 мм; при резании же стали 45, по данным исследования [2], анало­гичная температура возникает при значительно более высоких параметрах режима резания, а именно: v= 100 м/мин, s = = 0,29 мм/об и t=2 мм.

    Таким образом, высокой температуре резания титановых сплавов, значительно превосходящей температуру три анало­гичной обработке сталей, соответствует сравнительно неболь­шое количество выделившегося тепла, меньшее, чем при резании в тех же условиях сплавов на основе железа и никеля.

    ИЗНОС РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА ПРИ ПОЛУЧИСТОВОЙ И ЧИСТОВОЙ ОБРАБОТКЕ.

    При чистовом и полулистовом непрерывном точении исследуемых титановых сплавов резцами, оснащенными пла­стинками из однокарбидного твердого сплава, процесс износа может быть представлен в следующем виде. В начальный пе­риод резания на задней поверхности резца, вдоль режущей кромки, наблюдается появление характерных штрихов износа, являющихся результатом трения между соответствующим кон­тактным участком резца и поверхностями обрабатываемой за­готовки. Износ по передней поверхности при этом представляет след сходящей стружки и имеет вид лунки, более или менее оформленной в зависимости от условий обработки (режима ре­зания и марки твердого сплава). При дальнейшем резании происходит развитие износа как по передней, так и особенно по задней поверхности (рис. 57, д—ж; 58, д). На передней поверх­ности развитие износа проявляется в окончательном оформлении лунки, увеличении ее размеров, сопровождающемся устранением перемычки между лункой и режущей кромкой (рис. 57,а), в возникновении местного прорыва кромки (рис. 57,6 и г) и, на­конец, в разрушении лунки, при котором по ее наружному кон­туру выкрашивается кромка (рис. 58,а), вследствие чего передний угол в зоне контакта оказывается отрицательным. Так как при выкрошенной режущей кромке требуемое качество об­работанной поверхности и. прилегающего к ней слоя не может быть гарантировано, то при чистовой обработке деталей из титановых сплавов износ передней поверхности, определяющий необходимость переточки резцов, следует характеризовать ста­дией исчезновения перемычки или началом образования местного прорыва кромки. Этим этапам износа по передней поверхно­сти, как показывают наблюдения и результаты исследования (рис. 57,6 и г), соответствует износ по задней поверхности, равный 0,3—0,4 мм. При получистовом точении, основываясь на результатах проведенных исследований остаточных напря­жений первого рода и наклепа, а также исходя из требований точности и чистоты обработки, оказывается возможным допу­щение большего износа по передней поверхности, определяе­мого прорывом перемычки и наличием выкрашиваний режущей кромки в зоне контактных поверхностей. Такому затуплению соответствует износ по задней поверхности, равный 0,4—0,5 мм (рис. 58, д).

    Согласно приведенным данным (рис. 59—62) износ по зад­ней поверхности указанных резцов по мере увеличения продол­жительности резания характеризуется закономерным измене­нием, возрастанием от узкой, не всегда четко оформленной ленточки штрихов до явно выраженной фаски износа, величина которой не превосходит указанного значения, установленного в качестве критерия за­тупления. Дальнейшее резание сопровождается наиболее ин­тенсивным развитием износа. При этом происходит не только

    истирание, но и выкрашивание кромки по наружному контуру разрушенной лунки (см. рис. 58, а) —наиболее характерное для резцов, оснащенных пластинками из твер­дых сплавов ВКЗМ, ВК4 и ВК6М (см. рис. 58,б и в), и приводящее их к катастрофическому износу по задней поверх­ности в виде отслаиваний и сколов (см. рис. 58, г).

    Износ резцов, оснащенных пластинками из двух- и трехкарбидных твердых сплавов, по внешнему виду (см. рис. 57, а; 58, е и ж) аналогичен износу, наблюдаемому у резцов с пластинками из сплавов ВК2, ВКЗМ, ВК4, ВК6, ВК6М, ВК8, ВК8Та, ВК12Та. Однако процесс износа у этих резцов протекает значительно интенсивнее. Это заключение следует из сравнения фотографий резцов (см. рис. 57, α, в; 58, д, е, ж) и кривых износа (см. рис. 60, а, б).

    Резцы из быстрорежущей стали раз­личных марок (Р18, Р9Ф5 и др.), по­добно рассмотренным, характеризуются износом, происходящим на передней и задней поверхностях, причем преобла­дание износа на задней поверхности выражено более харак­терно (рис. 63). При средних скоростях резания для резцов с пластинками из сплавов ВК2 и ,ВК4 быстрорежущие резцы подвергаются настолько значительному износу, что не могут быть сравнимы с указанными резцами, оснащенными пластинками из твердых сплавов. Поэтому быст­рорежущий инструмент находит применение лишь при работе на небольших скоростях резания, в среднем не превышающих 10—15 м/мин (см. рис. 61,6), причем в тех случаях, когда не представляется возможным изготовить режущий инструмент, оснащенный твердым сплавом. Проведенное исследование износа ин­струмента, применяемого при выполнении этих видов обработки, показало, что общей особенностью затупления сверл и раз­верток, оснащенных пластинками, из твердого сплава ВК8, а также быстрорежущих сверл, разверток, метчиков и протяжек является преобладание износа по задней поверхности (рис. 64). Однако у быстрорежущих инструментов наряду со значительным износом по задней поверхности происходит быстрое притупление режущих кромок, в то время как у сверл, разверток и протяжек, оснащенных пластинками из твердого сплава ВК8, режущие кромки практически остаются острыми и при наличии износа по задней поверхности. Притупление кромок приводит не только к увеличению износа по задней поверхности, но и к потере (уменьшению) размера развернутого отверстия или протяну­того паза. Указанное явление связано с низким модулем упру­гости титановых сплавов и, следовательно, значительной склон­ностью их к упругому деформированию. Вследствие этого воз­росшие при обработке затупленным инструментом силы резания вызывают существенные упругие деформации обрабатываемой детали.