Титан и сплавы на его основе наделены свойствами, оказывающими влияние на процесс механообработки резанием, в частности, на режущий инструмент. К обработке данного материала предъявляются особые требования, которые накладывают определенные ограничения. Эффективность резания титана обеспечивается правильно подобранными оборудованием с высокой жесткостью, режимами резания и инструментом, а также надежно зафиксированной заготовкой. К тому же, многие характерные трудности, которые возникают при обработке данного материала и его сплавов, можно предупредить. Для этого необходимо справиться с воздействием свойств металла на процесс механообработки резанием.
Титан является одним из наиболее популярных конструкционных материалов, поэтому из него часто изготавливают детали. Такая привлекательность металла обусловлена свойствами, которыми он располагает, при этом многие из них влияют на его обрабатываемость. Если сравнивать их со свойствами стали, то следует отметить:
- высокое соотношение прочности и веса;
- способность упруго деформироваться при приложении усилия;
- антикоррозионность титана превосходит аналогичные показатели нержавеющей стали;
- низкая способность проводить тепло.
По перечисленным характеристикам можно судить о том, что при обработке титан способен производить высокие силы резания. Это приводит к образованию вибраций, способствующих ускоренному износу лезвия. Из-за низкой теплопроводности инструмент, которым планируется обрабатывать титан, должен обладать высокими значениями красностойкости.
С какими проблемами можно столкнуться при обработке титана?
Существует мнение, что титан довольно сложно обрабатывать механическим способом. Однако эта позиция отчасти устарела, поскольку современные методы мехобработки могут справиться с разными материалами. В целом, возможные трудности связаны с тем, что механически титан обрабатывается относительно недолго, следовательно, в этой сфере попросту не накоплен необходимый опыт.
Некоторые специалисты делают выводы, сравнивая механообработку титана с обработкой других материалов, например, с низколегированными сталями или с чугуном. Это не совсем верно, так как к названным металлам предъявляются не слишком жесткие требования.
Титан обрабатывается при режимах резания, не схожих с обработкой иных металлов, и при этом учитывается ряд предосторожностей. Независимо от этого, процедура мехобработки титана может протекать легко. К таким ситуациям относится следующая: заготовка из титанового сплава надежно зафиксирована на мощном высокотехнологичном станке, который оснащен шпинделем (инструментальный конус соответствует ISO 50). При условии грамотно выбранного металлорежущего инструмента проблем с обработкой в таком случае возникнуть не должно.
Впрочем, идеальные условия редко встречаются на практике. Чаще всего титановые изделия характеризуются сложной формой с наличием узких и глубоких карманов, тонких стенок и мелких фасок. Чтобы изготовить подобную деталь понадобиться соответствующий инструмент, как правило, длинного исполнения, который в ходе работ может деформироваться.
Обрабатывая титан, следует быть готовым к проблемам с вибрацией, так как они возникают чаще всего.
Как бороться с вибрацией и теплом, образуемым при работе с титаном?
Еще одним отклонением от идеальных условий мехобработки титана, с которыми станочники часто сталкиваются в работе, является наличие шпинделя с конусом ISO 40. Такое оборудование недолго остается новым и, в основном, это обусловлено его интенсивной эксплуатацией. Более того, титановые детали достаточно сложно жестко зафиксировать на станке в силу их специфической конструкции, а это не лучшим образом сказывается на механообработке.
Такие операции, как контурная обработка или прорезание канавок, которым подвергаются изделия из титана, приводят к образованию вибраций. Именно поэтому важно своевременно позаботиться о том, чтобы исключить их. Для этого следует повысить жесткость фиксации болванки. Наиболее подходящий вариант в этом случае — многоступенчатое крепление изделия на станке, предполагающее максимально близкое его расположение к шпинделю, что помогает существенно уменьшить вибрацию.
Среди характерных особенностей титана стоит отметить его способность сохранять при воздействии высоких температур первоначальную твердость и прочность, следовательно, режущая кромка обрабатывающего инструмента подвергается воздействию больших нагрузок. Более того, в ходе работ в зоне резания образуется много тепловой энергии, что чревато деформационным упрочением режущей кромки. В результате, эффективность обработки титана напрямую зависит от геометрии режущей части инструмента и марки сплава, из которого она выполнена. Так сложилось, что титан целесообразнее всего обрабатывать инструментом, изготовленным из твердых сплавов мелкой зернистости, не имеющих специального покрытия. Сегодня же лучше использовать сменные пластины с PVD-покрытием.
Определение режимов резания на примере фрезерования титана
Успешность фрезерования титана зависит, помимо всего прочего, от радиального и торцевого биения фрезы. При допущенных ошибках в установке пластин в корпус интрумента велика вероятность того, что режущие кромки быстро повреждаются. Состояние корпуса и державки инструмента (степень износа, наличие различных дефектов), а также шпинделя оказывает непосредственное влияние на стойкость фрезы в процессе резания титана. Неудовлетворительное качество технического состояния этих элементов снижает стойкость режущего инструмента почти на 80%.
Принимая решение вести механообработку металла на высоких подачах (до 0,5 мм/зуб), рекомендуется выбирать режущий инструмент с отрицательным передним углом, хотя геометрия фрезы, характерная особенность — положительный передний угол, в других случаях более предпочтительна. При этом нужно следить за жесткостью оборудования и надежностью фиксации болванки.
Фрезерование карманов, отличающихся большой глубиной, нужно выполнять целым набором фрез различной длины и адаптеров, а не одним длинным инструментом.
Наименьшая подача в рассматриваемом случае составляет 0,1 мм/зуб. Для получения исходной скорости подачи частоту вращения шпинделя допускается уменьшать. Если неточно определить оптимальную частоту вращения шпинделя, то стойкость инструмента может очень сильно сократиться.
Обеспечив стабильные условия обработки, появляется возможность пропорционально повышать подачу и частоту вращения шпинделя, чтобы достичь высокой эффективности. Этого можно добиться и другим способом — убрав пару пластин из фрезы или изначально выбрав инструмент с меньшим числом пластин.
Перейти к списку статей >>
