Warum glauben wir, dass Titanlegierungen ein schwer zu bearbeitendes Material sind? Weil es an einem tiefen Verständnis der Verarbeitungsmechanismen und -phänomene mangelt. Die Materialeigenschaften von Titanlegierungen machen sie jedoch für viele zu einer Herausforderung Präzisionsmaschinenwerkstatt, und viele Ingenieure suchen nach geeigneten Lösungen für dieses Material. Richconn, wir haben eine Fülle von Erfahrungen in der Titan CNC-Bearbeitung, wählen Sie unsere Titan CNC-Bearbeitungsservice, wir können es zu Ihrer Zufriedenheit erledigen.
Titan-Gewindebohrer (wie TC4) sind schwieriger zu bearbeiten als die meisten Legierungsmaterialien, aber die Wahl des richtigen Gewindebohrers ist dennoch möglich. Titan ist sowohl hart als auch leicht, was es zu einem sehr attraktiven Metall für die Luft- und Raumfahrt, die Medizin und andere Branchen macht.
01. „Hitze“ ist der „Hauptschuldige“ für Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Titanlegierungen.
Die Schnittkraft bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist nur geringfügig höher als bei gleich hartem Stahl, doch die physikalischen Phänomene bei der Bearbeitung von Titanlegierungen sind viel komplexer als bei der Bearbeitung von Stahl, weshalb die Bearbeitung von Titanlegierungen mit großen Schwierigkeiten verbunden ist.
Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Titanlegierungen ist sehr gering, nur 1/7 der von Stahl, 1/16 von Aluminium. Daher wird die beim Schneiden von Titanlegierungen erzeugte Wärme nicht schnell auf das Werkstück oder durch den Span abgeleitet, sondern sammelt sich im Schneidbereich, wo die resultierende Temperatur bis zu 1,000 °C oder mehr betragen kann, sodass die Schneide des Werkzeugs schnell verschleißt, Absplitterungen und Spantumore entstehen, die Messerschneide schnell abgenutzt wird und dann im Schneidbereich mehr Wärme erzeugt wird. Die Schneide verschleißt schnell und im Schneidbereich wird mehr Wärme erzeugt, was die Lebensdauer des Werkzeugs weiter verkürzt.
Die beim Schneidevorgang entstehenden hohen Temperaturen zerstören außerdem die Oberflächenintegrität des Titanlegierungsteils, was zu einer Verringerung der geometrischen Genauigkeit des Teils und zur Entstehung von Kaltverfestigungsphänomenen führt, die seine Dauerfestigkeit stark reduzieren.
Die Elastizität von Titanlegierungen kann sich positiv auf die Leistung des Teils auswirken, aber die elastische Verformung des Werkstücks während des Schneidvorgangs ist eine wesentliche Ursache für Vibrationen. Der Schneiddruck führt dazu, dass sich das „elastische“ Werkstück vom Werkzeug wegbewegt und zurückprallt, was zu mehr Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück führt als beim Schneiden. Der Reibungsprozess erzeugt außerdem Wärme, was das Problem der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen verschärft.
Dieses Problem wird noch verschärft, wenn verformbare Teile wie dünnwandige oder toroidale Formen bearbeitet werden. Die Bearbeitung dünnwandiger Teile aus Titanlegierungen mit der gewünschten Maßgenauigkeit ist keine leichte Aufgabe. Da das Werkstückmaterial vom Werkzeug weggedrückt wird, überschreitet die lokale Verformung der dünnen Wand den elastischen Bereich und führt zu plastischer Verformung. Am Schnittpunkt nehmen die Festigkeit und Härte des Materials deutlich zu. An diesem Punkt wird die Bearbeitung mit der ursprünglich festgelegten Schnittgeschwindigkeit zu hoch, was weiter zu starkem Werkzeugverschleiß führt.
02,Prozess-Know-how zur Bearbeitung von Titanlegierungen
Basierend auf dem Verständnis des Bearbeitungsmechanismus von Titanlegierungen und früheren Erfahrungen lautet das wichtigste Prozess-Know-how für die Bearbeitung von Titanlegierungen wie folgt:
(1) Verwenden Sie Wendeschneidplatten mit positiver Winkelgeometrie, um Schnittkräfte, Schnittwärme und Werkstückverformung zu minimieren.
(2) Halten Sie einen konstanten Vorschub aufrecht, um ein Verhärten des Werkstücks zu vermeiden. Das Werkzeug sollte während des Schneidvorgangs immer vorgeschoben werden und die radiale Entformungsschräge ae sollte 30 % des Radius betragen. CNC-Fräsbearbeitung.
(3) Verwenden Sie Hochdruck-Schneidflüssigkeit mit hohem Durchfluss, um die thermische Stabilität des Bearbeitungsprozesses sicherzustellen und eine Denaturierung der Oberfläche des Werkstücks sowie eine Beschädigung des Schneidwerkzeugs durch zu hohe Temperaturen zu verhindern.
(4) Halten Sie die Schneidkanten scharf. Stumpfe Werkzeuge führen zu Hitzestau und Verschleiß, was leicht zu einem Werkzeugversagen führen kann.
(5) Bearbeiten Sie Titanlegierungen im weichsten möglichen Zustand, da das Material nach dem Aushärten schwieriger zu bearbeiten ist und eine Wärmebehandlung die Festigkeit des Materials erhöht und den Verschleiß des Einsatzes verstärkt.
(6) Verwenden Sie einen großen Spitzenradius oder einen Fasenschnitt, um so viel wie möglich von der Schneide in den Schnitt zu bringen. Dies reduziert Schnittkräfte und Hitze an jedem Punkt und verhindert lokale Brüche. Beim Fräsen von Titanlegierungen hat die Schnittgeschwindigkeit von allen Schnittparametern den größten Einfluss auf die Standzeit vc, wobei die radiale Formschräge (Frästiefe) ae Sekunde beträgt.
03, von der Klinge zur Lösung der Titan-Verarbeitungsprobleme
Der Nutverschleiß von Bearbeitungseinsätzen aus Titanlegierungen liegt vor und hinter dem lokalen Verschleiß in Richtung der Schnitttiefe. Dies ist häufig auf die gehärtete Schicht zurückzuführen, die durch die Vorbearbeitung zurückbleibt. Chemische Reaktionen und Diffusion zwischen dem Werkzeug und dem Werkstückmaterial bei einer Bearbeitungstemperatur von über 800 °C sind ebenfalls einer der Gründe für die Entstehung von Nutverschleiß.
Denn beim Bearbeitungsprozess sammeln sich die Titanmoleküle des Werkstücks an der Vorderseite der Klinge an und „schweißen“ sich unter hohem Druck und hoher Temperatur mit der Schneide zusammen, wodurch sich Spantumore bilden. Wenn sich die Spantumore von der Schneide lösen, reißen sie die Hartmetallbeschichtung der Wendeschneidplatte mit sich. Daher erfordert die Titanbearbeitung spezielle Wendeschneidplattenmaterialien und -geometrien.
04,Werkzeugstruktur geeignet für die Titanbearbeitung
Bei der Titanbearbeitung kommt es vor allem auf die Hitze an. Um die Hitze schnell abzuleiten, müssen große Mengen an Schneidflüssigkeit unter hohem Druck rechtzeitig und präzise auf die Schneide gesprüht werden. Auf dem Markt gibt es einzigartige Fräserkonfigurationen, die speziell für die Titanbearbeitung entwickelt wurden.
05,Verwenden Sie die richtige Schneidflüssigkeit
Schneidflüssigkeit (Kühlmittel/Schmiermittel) beeinflusst die Lebensdauer des Gewindebohrers. Während dieselben Schneidflüssigkeiten, die für andere Bearbeitungen an Titanlegierungen verwendet werden, auch für das Gewindebohren verwendet werden können, erzielen diese Flüssigkeiten möglicherweise nicht immer die gewünschte Gewindequalität und Lebensdauer des Gewindebohrers. Wir empfehlen die Verwendung einer hochwertigen Emulsion mit höherem Ölgehalt oder besser noch eines Gewindebohröls.
Beim Gewindeschneiden sind die Schmiereigenschaften der Schneidflüssigkeit normalerweise wichtiger als die Kühlung, da der Gewindebohrer mit relativ niedriger Geschwindigkeit läuft und keine großen Materialmengen entfernt. Schmierfähigkeit trägt dazu bei, die Lebensdauer des Gewindebohrers zu verlängern und schützt die Oberflächenbeschaffenheit der Gewinde.
Beim Gewindeschneiden von extrem schwer zu bearbeitenden Titanlegierungen kann die Verwendung von Gewindeschneidpasten mit Additiven erforderlich sein. Diese Additive sind so konzipiert, dass sie trotz der hohen Bearbeitungskräfte, die an der Schnittstelle zwischen Werkzeug und Werkstück entstehen, an der Schneidfläche haften. Der Nachteil von Gewindeschneidpasten besteht darin, dass sie manuell aufgetragen werden müssen und nicht automatisch durch das Kühlsystem der Maschine aufgetragen werden können.
06,Gewindebohrer verwenden
Gewindebohrer sind besonders anfällig für Vibrationen, die die Gewindequalität beeinträchtigen und die Lebensdauer des Gewindebohrers verkürzen können. Aus diesem Grund sollten Hochleistungs-Gewindebohrerschäfte verwendet werden, um eine stabile Konstruktion zu gewährleisten. Starre/synchronisierte Gewindebohrzyklen sind auf CNC-Bearbeitungszentren möglich, da die Spindeldrehung sowohl im Uhrzeigersinn als auch gegen den Uhrzeigersinn präzise mit der Gewindebohrervorschubachse synchronisiert werden kann.
Durch diese Fähigkeit ist es möglich, Gewinde in Gewindebohrern ohne Längenausgleich herzustellen.
Einige Gewindeschneidwerkzeughalter sind so konzipiert, dass sie leichte Synchronisierungsfehler ausgleichen, die selbst bei der besten CNC-Ausrüstung auftreten können (Marken-Gewindeschneidwerkzeughalter werden empfohlen).
07, Über Vorrichtungen
Um maximale Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu erzielen, überprüfen Sie die Vorrichtungen Ihres Teils, um sicherzustellen, dass Ihr Spannsystem ausreichend am Teil befestigt ist. Dieser Rat ist besonders wichtig für Werkstätten mit geringem Produktionsvolumen und Automobilproduktionswerke mit hohem Produktionsvolumen, in denen häufiger als je zuvor mit Titanwerkstücken gearbeitet wird.
Viele dieser Werkstücke haben dünne Wände und komplexe Merkmale, die Vibrationen begünstigen. Bei diesen Anwendungen begünstigen starre Aufbauten jeden Bearbeitungsvorgang, einschließlich Gewindeschneiden.
Aus diesen Gründen empfehlen wir, mit Ihren Rapid-Prototyping-Unternehmen für Werkstückvorrichtungen zusammenzuarbeiten, damit diese das vorliegende Problem genau verstehen. Auf diese Weise können Missverständnisse vermieden und die Gesamtprojektkosten gesenkt werden.
08,Planen Sie im Voraus, um den Bedarf an Gewindeschneidgeräten zu ermitteln
Die Lebensdauer eines Gewindebohrers hängt von vielen Faktoren ab, unter anderem von den Fähigkeiten der Werkzeugmaschine, der Genauigkeit der Vorschubsteuerung, der Qualität des Gewindebohrerschafts, der Güteklasse der Titanlegierung, der Art des Kühl- oder Schmiermittels und mehr.
Durch die Optimierung aller dieser Faktoren wird ein kosteneffizienter Gewindeschneidvorgang gewährleistet.
Eine gute Faustregel beim Gewindeschneiden in Titan ist, dass Sie mit 250-600 Löchern pro Gewindebohren rechnen müssen, wobei das Loch doppelt so tief wie sein Durchmesser ist. Führen Sie gute Aufzeichnungen, um die Lebensdauer des Gewindebohrers zu überwachen. (Natürlich ist es immer wichtig, gute Aufzeichnungen zu führen, wenn Sie mit einem neuen Gewindebohrer arbeiten, egal mit welchem Material Sie arbeiten.)
Unerwartete Änderungen der Lebensdauer des Gewindebohrers können ein Hinweis darauf sein, dass wichtige Variablen angepasst werden müssen. Probleme beim Gewindebohren können auch auf Bedingungen hinweisen, die sich negativ auf andere Vorgänge auswirken.