+7 (911) 986-8249
Санкт-Петербург, п. Горелово, ул. Заречная, д. 2

"ПРОМКОР" ООО

токарные и фрезерные работы по металлу

Особенности механообработки титана

Особенности механообработки титана

Легкий и твердый титан, обладающий коррозионной стойкостью и пластичностью, широко применяется в различных областях промышленности как в чистом виде, так и в виде добавок в легированных сталях и различных сплавах специального назначения. Рассмотрим специфические затруднения, с которыми связана механообработка титана.

Затруднения при обработке титана

Изготовление деталей из титана приобрело широкое распространение на рынке не так давно. Как отмечают многие специалисты, недостаток опыта в использовании данного материала часто приводит к тому, что токарные и фрезерные работы проводятся без учета специфических особенностей титана и его сплавов, оказывающих значительное влияние на методику обработки.

В связи со значительной прочностью титана его обработка всегда сопряжена с возникновением высоких сил резания и сильной вибрации, снижающей срок эксплуатации режущего инструмента. Из-за значительных усилий, прилагаемых для механообработки, область резания перегревается и требует дополнительного охлаждения. Как отмечают специалисты, наибольшее влияние на температуру во время производства работ влияет скорость резания, а вот влияние усилия подачи и глубины резания оценивается как незначительное.

Высокий показатель вязкости титана приводит к тому, что при обработке металл может налипать на режущую кромку, в результате чего образуются наросты и другие дефекты поверхности заготовки, сила трения вырастает в несколько раз, а геометрия детали может значительно измениться. Для исправления конфигурации заготовки требуется дополнительная металлообработка, в ходе которой титан дополнительно перегревается, а станок и особенно режущие инструменты подвергаются значительной нагрузке.

Титановый порошок и титановая стружка пирофорны (могут взрываться и пожароопасны), что требует точного соблюдения техники безопасности при точении. К характерным особенностям изделий из титана также относится их способность окисляться под воздействием высокой температуры, возникающей во время обработки. Из-за окисления такая деталь может изменить свои эксплуатационные характеристики, а титановая стружка – перестать быть пригодной для дальнейшей переплавки и использования.

Из-за низкой теплопроводности при обработке титана и его сплавов также необходимо использовать режущие инструменты с высокой красностойкостью, способные выдерживать экстремально высокие температуры.

Условия обработки титана

Механообработка титана является в 3-4 раза более сложным технологическим процессом, чем обработка углеродистой стали или алюминия. Специфические особенности материала не только затрудняют сам процесс обработки, но и предъявляют высокие требования к износостойкости используемого оборудования и профессионализму оператора.

В процессе работы с титаном и его сплавами рекомендуется применять резку на низких скоростях и небольшой подаче, обильно используя охлаждающую жидкость. Режущие кромки для механообработки титана обычно изготовляются из твердых сплавов или сверхпрочной стали. Даже при использовании соответствующего оборудования скорость обработки должна быть в 3-4 раза ниже, чем скорость обработки стали (особенно важно соблюдать это требование при использовании высокотехнологичных станков с ЧПУ).

В ходе обработки деталь из титана должна быть надежно зафиксирована на станке. Наиболее оптимальным выбором для работы с титаном и сплавами являются станки, имеющие шпиндель с конусом ISO 50 с укороченным вылетом. Особую сложность представляет собой фрезерование титановых заготовок, зачастую имеющих внутренние пазы, выемки, карманы, фаски и тонкие стенки. Для того, чтобы провести качественную чистовую обработку подобных изделий, требуется применить длинный режущий инструмент, который может легко деформироваться в процессе работы.

Борьба с вибрацией и повышением температуры

Первостепенное значение при обработке титана приобретает снижение уровня вибрации – главной причины быстрого износа оборудования. Помимо описанных выше специфических особенностей материала как материала, существуют дополнительные причины возникновения вибрации:

  • Сложная конфигурация деталей из титана и сплавов, затрудняющая надежное крепление заготовки в станке;
  • Необходимость создания пазов и выемок, в процессе вырезания которых детали сообщается дополнительная вибрация.

Специалисты рекомендуют максимально повысить надежность фиксации детали в станке. Одним из лучших способов на данный момент считается многоступенчатое крепление, позволяющее надежно зафиксировать даже заготовку сложной криволинейной формы. При многоступенчатом креплении деталь также располагается на минимальном расстоянии от шпинделя, что дополнительно снижает вибрацию.

Риск деформации режущего инструмента и образования дефектов на поверхности детали усиливается из-за высоких температур, возникающих в процессе работы. Из-за повышенной твердости титана в точке обработки выделяется значительное количество тепла, поэтому подбору подходящего материала режущей кромки необходимо уделить пристальное внимание. На данный момент наиболее удачным выбором являются твердые мелкозернистые сплавы и режущие инструменты с покрытием PVD.

Дополнительные причины снижения стойкости инструмента

  • Повреждение режущих граней из-за установки пластин в неправильное положение;
  • Сильный износ шпинделя оборудования;
  • Фрезы и державки низкого качества, изношенные или изготовленные с нестрогими допусками;
  • Неправильно подобранная частота вращения шпинделя.

Разработка режимов резания

Фрезерование деталей из титана и его сплавов в большинстве случаев выполняется на моделях крупных станков типа ФП-27, ВФЗ-M8, ФП-9 и пр. Фрезерование высокотехнологичных изделий для самолетостроения осуществляется на станках с ЧПУ, снабженных сборными, фасонными и концевыми фрезами. При создании глубоких карманов рекомендуется применять режущие инструменты различной длины в комбинации с адаптерами, подача должна составлять не менее 0,01 см. на зуб. В том случае, когда деталь стабильно зафиксирована в станке, частота вращения и подача могут быть повышены для достижения большей производительности.