Desde a descoberta do titânio em 1790, os humanos exploram há um século para obter as suas propriedades extraordinárias. Em 1910, os humanos produziram pela primeira vez titânio metálico, mas o caminho para a aplicação de ligas de titânio foi longo e árduo. Somente 40 anos depois, em 1951, a produção industrial foi finalmente realizada.
As ligas de titânio têm características de alta resistência específica, resistência à corrosão, resistência a altas temperaturas e resistência à fadiga. O peso das ligas de titânio do mesmo tamanho é apenas 60% do peso do aço, mas é mais forte que o aço-liga. Devido às suas boas propriedades, as ligas de titânio têm sido cada vez mais utilizadas na aviação, aeroespacial, equipamentos de geração de energia, energia nuclear, navios, produtos químicos e equipamentos médicos.
Razões para a dificuldade no processamento de ligas de titânio
As quatro características das ligas de titânio, como baixa condutividade térmica, endurecimento severo, alta afinidade com ferramentas de corte e pequena deformação plástica, são as razões essenciais para a dificuldade no processamento de ligas de titânio. Seu índice de corte equivale apenas a 20% do aço fácil de cortar.
Baixa condutividade térmica
A condutividade térmica da liga de titânio é apenas cerca de 16% daquela do aço 45#. O calor não pode ser dissipado a tempo durante o processamento, resultando em alta temperatura local da aresta de corte (a temperatura da ponta durante o processamento é mais de 1 vez maior que a do aço 45#), o que facilmente causa desgaste difuso da ferramenta.
Endurecimento por trabalho severo
O fenômeno de endurecimento por trabalho da liga de titânio é óbvio, e a camada de endurecimento superficial é mais séria do que a do aço inoxidável, o que causará certas dificuldades no processamento subsequente, como aumento de danos ao limite da ferramenta.
Alta afinidade com ferramentas
Adesão severa com metal duro contendo titânio.
Pequena deformação plástica
É cerca de 1/2 do módulo de elasticidade do aço 45, então a recuperação elástica é grande e o atrito é sério. Ao mesmo tempo, a peça de trabalho também está sujeita a deformações de fixação.
Dicas técnicas para processamento de liga de titânio
Com base na compreensão do mecanismo de processamento da liga de titânio e na experiência anterior, as principais dicas de processo para processamento da liga de titânio são as seguintes:
(1) Use uma lâmina com geometria de ângulo positivo para reduzir a força de corte, o calor de corte e a deformação da peça.
(2) Mantenha um avanço constante para evitar o endurecimento da peça. A ferramenta deve estar sempre em avanço durante o processo de corte. A profundidade de corte radial ae durante o fresamento deve ser 30% do raio.
(3) Use fluido de corte de alta pressão e alto fluxo para garantir a estabilidade térmica do processo de usinagem e evitar degeneração da superfície e danos à ferramenta devido à temperatura excessiva.
(4) Mantenha o fio da lâmina afiado. Ferramentas cegas são a causa do acúmulo de calor e do desgaste, o que pode facilmente levar à falha da ferramenta.
(5) Processe a liga de titânio em seu estado mais macio, tanto quanto possível, porque o material se torna mais difícil de processar após o endurecimento. O tratamento térmico aumenta a resistência do material e aumenta o desgaste da lâmina.
(6) Use um raio de ponta de ferramenta grande ou chanfro para cortar e colocar o máximo possível da lâmina no corte. Isto pode reduzir a força de corte e o calor em cada ponto e evitar danos locais. Ao fresar liga de titânio, a velocidade de corte tem o maior impacto na vida útil da ferramenta entre todos os parâmetros de corte, seguida pela profundidade de corte radial.
Resolva problemas de processamento de titânio começando pela lâmina
O desgaste da ranhura da lâmina que ocorre quando a liga de titânio é processada é um desgaste local na parte traseira e frontal ao longo da direção da profundidade de corte. Muitas vezes é causado pela camada endurecida deixada pelo processamento anterior. A reação química e a difusão entre a ferramenta e o material da peça a uma temperatura de processamento superior a 800 graus também é uma das razões para a formação de desgaste da ranhura. Porque durante o processamento, as moléculas de titânio da peça se acumulam na frente da lâmina e "soldam-se" à lâmina sob alta pressão e alta temperatura para formar uma aresta postiça. Quando a aresta postiça é removida da lâmina, o revestimento de carboneto da lâmina é removido. Portanto, o processamento da liga de titânio requer materiais e geometrias especiais da lâmina.
Estrutura da ferramenta adequada para processamento de titânio
O foco do processamento da liga de titânio é o calor. Uma grande quantidade de fluido de corte de alta pressão deve ser pulverizada na aresta de corte de maneira oportuna e precisa para remover rapidamente o calor. Existem no mercado estruturas exclusivas de fresas específicas para processamento de liga de titânio.
A partir do método de usinagem específico
Virando
Os produtos de liga de titânio são fáceis de obter boa rugosidade superficial ao tornear, e o endurecimento por trabalho não é sério, mas a temperatura de corte é alta e a ferramenta se desgasta rapidamente. Tendo em conta estas características, são tomadas principalmente as seguintes medidas em termos de ferramentas e parâmetros de corte:
Material da ferramenta: YG6, YG8 e YG10HT são selecionados de acordo com as condições existentes na fábrica.
Parâmetros de geometria da ferramenta: ângulos frontais e traseiros apropriados da ferramenta, ponta arredondada da ferramenta.
Baixa velocidade de corte, avanço moderado, profundidade de corte profunda, resfriamento suficiente, a ponta da ferramenta não pode ser mais alta que o centro da peça ao girar o círculo externo, caso contrário, é fácil ficar preso. Ao finalizar e tornear peças de paredes finas, o ângulo de deflexão principal da ferramenta deve ser grande, geralmente 75 ~ 90 graus.
Fresagem
O fresamento de produtos de liga de titânio é mais difícil do que o torneamento, porque o fresamento é um corte intermitente e os cavacos são fáceis de aderir à lâmina. Quando os dentes pegajosos dos cavacos cortam a peça de trabalho novamente, os cavacos pegajosos são arrancados e removem um pequeno pedaço do material da ferramenta, formando uma borda quebrada, o que reduz bastante a durabilidade da ferramenta.
Método de fresamento: geralmente usa fresamento descendente.
Material da ferramenta: aço rápido M42.
Geralmente, o processamento de ligas de aço não utiliza fresamento descendente. Devido à influência da folga entre o parafuso de avanço da máquina-ferramenta e a porca, durante o fresamento descendente, a fresa atua na peça de trabalho, e a força na direção de avanço é a mesma que a direção de avanço, o que pode facilmente causar a peça de trabalho mesa tenha movimento intermitente, causando a quebra do cortador. Para fresamento descendente, os dentes da fresa atingirão a superfície dura quando começarem a cortar, causando a quebra da fresa. No entanto, como os cavacos do fresamento reverso são finos a grossos, a fresa está sujeita ao atrito seco com a peça de trabalho quando faz o primeiro corte, o que agrava o travamento e lascamento da fresa. Para fresar suavemente ligas de titânio, também deve ser observado que o ângulo frontal deve ser reduzido e o ângulo traseiro deve ser aumentado em comparação com a fresa padrão geral. A velocidade de fresagem deve ser baixa e fresas com dentes afiados devem ser usadas tanto quanto possível, e o uso de fresas com dentes de pá deve ser evitado.
Tocando
Ao rosquear produtos de liga de titânio, como os cavacos são pequenos, eles são fáceis de aderir à lâmina e à peça, resultando em um grande valor de rugosidade e alto torque na superfície usinada. A seleção inadequada e a operação inadequada dos machos durante o rosqueamento podem facilmente causar endurecimento por trabalho, eficiência de processamento extremamente baixa e quebra ocasional do macho.
É necessário dar prioridade ao uso de torneira com uma rosca colocada. O número de dentes deve ser menor que o de um macho padrão, geralmente 2 a 3 dentes. O ângulo cônico de corte deve ser grande e a parte cônica geralmente tem de 3 a 4 fios de comprimento. Para facilitar a remoção de cavacos, um ângulo negativo também pode ser retificado na parte cônica de corte. Tente usar toques curtos para aumentar a rigidez do cone. A parte cônica reversa do cone deve ser apropriadamente maior que a padrão para reduzir o atrito entre o macho e a peça de trabalho.
Alargamento
O desgaste da ferramenta não é sério ao alargar ligas de titânio, e tanto alargadores de metal duro quanto de aço rápido podem ser usados. Ao usar alargadores de metal duro, a rigidez do sistema de processo semelhante à perfuração deve ser adotada para evitar que o alargador lasque. O principal problema ao alargar ligas de titânio é que o acabamento do alargamento não é bom. A largura da lâmina do alargador deve ser estreitada com uma pedra de óleo para evitar que a lâmina grude na parede do furo, mas deve ser garantida resistência suficiente. Geralmente, a largura da lâmina é de 0,1 a 0,15 mm.
A transição entre a aresta de corte e a peça de calibração deve ser um arco suave. Após o desgaste, deve ser reparado a tempo, e o tamanho do arco de cada dente deve ser consistente; se necessário, a parte de calibração da conicidade traseira pode ser aumentada.
Perfuração
A perfuração da liga de titânio é difícil e o fenômeno de queima e quebra da broca ocorre frequentemente durante o processamento. Isto se deve principalmente a vários motivos, como retificação inadequada da broca, remoção prematura de cavacos, resfriamento deficiente e rigidez insuficiente do sistema de processo. Portanto, na furação de ligas de titânio, deve-se prestar atenção à retificação razoável da broca, ângulo superior grande, ângulo frontal da borda externa reduzido, ângulo traseiro da borda externa aumentado e a conicidade traseira deve ser aumentada para 2 a 3 vezes maior que a do broca padrão. Retraia a ferramenta com frequência e remova os cavacos a tempo, prestando atenção ao formato e à cor dos cavacos. Se os cavacos parecerem embaçados ou mudarem de cor durante a perfuração, isso significa que a broca está cega e a ferramenta deve ser trocada e afiada a tempo.
O gabarito de perfuração deve ser fixado na bancada, a superfície da faca guia do gabarito de broca deve estar próxima à superfície de processamento e tente usar uma broca curta. Outra questão digna de nota é que quando a alimentação manual é adotada, a broca não deve se mover para frente ou para trás no furo, caso contrário a lâmina da broca irá esfregar contra a superfície de processamento, causando endurecimento e tornando a broca cega.
Moagem
Um problema comum na retificação de peças de liga de titânio é que cavacos pegajosos causam bloqueio do rebolo e queimaduras na superfície da peça. A razão é que a condutividade térmica da liga de titânio é baixa, o que causa altas temperaturas na área de retificação, de modo que a liga de titânio e o abrasivo são ligados, difundidos e reagem fortemente quimicamente. Lascas pegajosas e bloqueio do rebolo levam a uma diminuição significativa na taxa de moagem. Como resultado da difusão e da reação química, a superfície da peça é queimada, resultando em uma diminuição na resistência à fadiga das peças, o que é mais evidente na retificação de peças fundidas em liga de titânio.
Para resolver este problema, as medidas tomadas são:
Selecione o material do rebolo adequado: carboneto de silício verde TL. Dureza do rebolo ligeiramente inferior: ZR1.
O processamento de corte de materiais de liga de titânio deve ser controlado a partir dos aspectos dos materiais da ferramenta, fluidos de corte e parâmetros de processamento para melhorar a eficiência abrangente do processamento de materiais de liga de titânio.
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