Desde el descubrimiento del titanio en 1790, el ser humano lleva un siglo explorando para obtener sus extraordinarias propiedades. En 1910, los humanos produjeron por primera vez titanio metálico, pero el camino hacia la aplicación de aleaciones de titanio fue largo y arduo. No fue hasta 40 años después, en 1951, que finalmente se realizó la producción industrial.
Las aleaciones de titanio tienen las características de alta resistencia específica, resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la fatiga. El peso de las aleaciones de titanio del mismo tamaño es sólo el 60% del del acero, pero es más resistente que el acero aleado. Debido a sus buenas propiedades, las aleaciones de titanio se han utilizado cada vez más en la aviación, la industria aeroespacial, equipos de generación de energía, energía nuclear, barcos, productos químicos y equipos médicos.
Razones de la dificultad en el procesamiento de aleaciones de titanio.
Las cuatro características de las aleaciones de titanio, como baja conductividad térmica, endurecimiento severo, alta afinidad con las herramientas de corte y pequeña deformación plástica, son las razones esenciales de la dificultad en el procesamiento de aleaciones de titanio. Su índice de corte sólo equivale al 20% del del acero fácil de cortar.
Baja conductividad térmica
La conductividad térmica de la aleación de titanio es sólo aproximadamente el 16% de la del acero 45#. El calor no se puede disipar a tiempo durante el procesamiento, lo que resulta en una alta temperatura local del filo (la temperatura de la punta durante el procesamiento es más de 1 vez mayor que la del acero 45#), lo que fácilmente causa un desgaste difuso de la herramienta.
Endurecimiento laboral severo
El fenómeno de endurecimiento por trabajo de la aleación de titanio es obvio y la capa de endurecimiento de la superficie es más grave que la del acero inoxidable, lo que provocará ciertas dificultades en el procesamiento posterior, como un mayor daño a los límites de la herramienta.
Alta afinidad con las herramientas.
Adhesión severa con carburo cementado que contiene titanio.
Pequeña deformación plástica
Es aproximadamente la mitad del módulo elástico del acero 45, por lo que la recuperación elástica es grande y la fricción es grave. Al mismo tiempo, la pieza de trabajo también es propensa a deformarse por sujeción.
Consejos técnicos para procesar aleaciones de titanio.
Según la comprensión del mecanismo de procesamiento de la aleación de titanio y la experiencia previa, los principales consejos de proceso para procesar la aleación de titanio son los siguientes:
(1) Utilice una hoja con una geometría de ángulo positivo para reducir la fuerza de corte, el calor de corte y la deformación de la pieza de trabajo.
(2) Mantenga un avance constante para evitar el endurecimiento de la pieza de trabajo. La herramienta siempre debe estar en avance durante el proceso de corte. La profundidad de corte radial ae durante el fresado debe ser del 30% del radio.
(3) Utilice fluido de corte de alta presión y alto flujo para garantizar la estabilidad térmica del proceso de mecanizado y evitar la degeneración de la superficie y daños a las herramientas debido a una temperatura excesiva.
(4) Mantenga afilado el borde de la hoja. Las herramientas desafiladas son la causa de la acumulación de calor y el desgaste, lo que fácilmente puede provocar fallos en la herramienta.
(5) Procese la aleación de titanio en su estado más blando tanto como sea posible, porque el material se vuelve más difícil de procesar después del endurecimiento. El tratamiento térmico aumenta la resistencia del material y aumenta el desgaste de la hoja.
(6) Utilice un radio de punta de herramienta grande o un chaflán para cortar y colocar la mayor parte posible de la hoja en el corte. Esto puede reducir la fuerza de corte y el calor en cada punto y evitar daños locales. Al fresar aleaciones de titanio, la velocidad de corte tiene el mayor impacto en la vida útil de la herramienta entre todos los parámetros de corte, seguida de la profundidad de corte radial.
Resuelva los problemas de procesamiento de titanio comenzando con la hoja
El desgaste de la ranura de la hoja que se produce cuando se procesa la aleación de titanio es un desgaste local en la parte posterior y frontal a lo largo de la dirección de la profundidad de corte. A menudo es causada por la capa endurecida dejada por el procesamiento anterior. La reacción química y la difusión entre la herramienta y el material de la pieza de trabajo a una temperatura de procesamiento de más de 800 grados es también una de las razones para la formación del desgaste de las ranuras. Porque durante el procesamiento, las moléculas de titanio de la pieza de trabajo se acumulan delante de la hoja y se "soldan" a la hoja bajo alta presión y alta temperatura para formar un borde reconstituido. Cuando se despega el borde reconstituido de la hoja, se retira la capa de carburo de la hoja. Por lo tanto, el procesamiento de aleaciones de titanio requiere geometrías y materiales de cuchilla especiales.
Estructura de herramienta adecuada para el procesamiento de titanio.
El foco del procesamiento de aleaciones de titanio es el calor. Se debe rociar una gran cantidad de fluido de corte a alta presión sobre el filo de manera oportuna y precisa para eliminar rápidamente el calor. Existen en el mercado estructuras de fresas únicas específicamente para el procesamiento de aleaciones de titanio.
Partiendo del método de mecanizado específico
Torneado
Los productos de aleación de titanio son fáciles de obtener una buena rugosidad superficial al tornear, y el endurecimiento por trabajo no es grave, pero la temperatura de corte es alta y la herramienta se desgasta rápidamente. Teniendo en cuenta estas características, en cuanto a herramientas y parámetros de corte se toman principalmente las siguientes medidas:
Material de la herramienta: YG6, YG8 y YG10HT se seleccionan de acuerdo con las condiciones existentes de fábrica.
Parámetros de geometría de la herramienta: ángulos delanteros y traseros apropiados de la herramienta, punta de herramienta redondeada.
Baja velocidad de corte, velocidad de avance moderada, profundidad de corte profunda, enfriamiento suficiente, la punta de la herramienta no puede estar más alta que el centro de la pieza de trabajo al girar el círculo exterior, de lo contrario es fácil atascarse. Al terminar y tornear piezas de paredes delgadas, el ángulo de deflexión principal de la herramienta debe ser grande, generalmente de 75 a 90 grados.
Molienda
El fresado de productos de aleación de titanio es más difícil que el torneado, porque el fresado es un corte intermitente y las virutas se adhieren fácilmente a la hoja. Cuando los dientes de las virutas pegajosas vuelven a cortar la pieza de trabajo, las virutas pegajosas se desprenden y se llevan un pequeño trozo de material de la herramienta, formando un borde roto, lo que reduce en gran medida la durabilidad de la herramienta.
Método de fresado: generalmente utilice fresado hacia abajo.
Material de la herramienta: acero rápido M42.
Generalmente, el procesamiento de acero aleado no utiliza fresado. Debido a la influencia del espacio entre el husillo de la máquina herramienta y la tuerca, cuando se fresa hacia abajo, la fresa actúa sobre la pieza de trabajo y la fuerza en la dirección de avance es la misma que la dirección de avance, lo que puede causar fácilmente que la pieza de trabajo mesa tenga movimiento intermitente, provocando que el cortador se rompa. Para el fresado hacia abajo, los dientes del cortador golpearán la piel dura cuando comiencen a cortar, provocando que el cortador se rompa. Sin embargo, dado que las virutas del fresado inverso son de finas a gruesas, la fresa es propensa a sufrir fricción seca con la pieza de trabajo cuando corta por primera vez, lo que agrava el pegado y el astillado de la fresa. Para fresar suavemente aleaciones de titanio, también se debe tener en cuenta que se debe reducir el ángulo frontal y aumentar el ángulo posterior en comparación con la fresa estándar general. La velocidad de fresado debe ser baja, se deben utilizar fresas de dientes afilados tanto como sea posible y se debe evitar el uso de fresas de dientes de pala.
tocando
Al roscar productos de aleación de titanio, debido a que las virutas son pequeñas, es fácil que se adhieran a la hoja y a la pieza de trabajo, lo que resulta en un gran valor de rugosidad y un alto torque en la superficie mecanizada. La selección inadecuada y el funcionamiento inadecuado de los machos durante el roscado pueden provocar fácilmente un endurecimiento por trabajo, una eficiencia de procesamiento extremadamente baja y roturas ocasionales de los machos.
Es necesario dar prioridad al uso de un grifo con una sola rosca. El número de dientes debe ser menor que el de un macho de roscar estándar, generalmente de 2 a 3 dientes. El ángulo del cono de corte debe ser grande y la parte del cono generalmente tiene de 3 a 4 hilos de largo. Para facilitar la eliminación de virutas, también se puede rectificar un ángulo negativo en la parte cónica de corte. Intente utilizar golpecitos cortos para aumentar la rigidez del cono. La parte cónica inversa del cono debe ser apropiadamente más grande que la estándar para reducir la fricción entre el macho y la pieza de trabajo.
escariado
El desgaste de la herramienta no es grave al escariar aleaciones de titanio y se pueden utilizar tanto escariadores de carburo como de acero de alta velocidad. Cuando se utilizan escariadores de carburo, se debe adoptar una rigidez del sistema de proceso similar a la perforación para evitar que el escariador se astille. El principal problema al escariar aleaciones de titanio es que el acabado del escariado no es bueno. El ancho de la hoja del escariador se debe reducir con una piedra de aceite para evitar que la hoja se pegue a la pared del agujero, pero se debe garantizar una resistencia suficiente. Generalmente, el ancho de la hoja es de 0.1 a 0.15 mm.
La transición entre el filo y la pieza de calibración debe ser un arco suave. Después del desgaste, debe repararse a tiempo y el tamaño del arco de cada diente debe ser constante; si es necesario, se puede aumentar la parte de calibración del cono posterior.
Perforación
La perforación con aleación de titanio es difícil y el fenómeno de quemar y romper la broca a menudo ocurre durante el procesamiento. Esto se debe principalmente a varias razones, como un mal rectificado de la broca, una eliminación inoportuna de la viruta, una refrigeración deficiente y una rigidez deficiente del sistema de proceso. Por lo tanto, al perforar aleaciones de titanio, se debe prestar atención a un pulido razonable de la broca, un ángulo superior grande, un ángulo frontal del borde exterior reducido, un ángulo posterior del borde exterior aumentado y el cono posterior debe aumentarse de 2 a 3 veces el del broca estándar. Retraiga la herramienta con frecuencia y retire las virutas a tiempo, prestando atención a la forma y el color de las virutas. Si las virutas parecen plumosas o cambian de color durante la perforación, significa que la broca está desafilada y la herramienta debe cambiarse y afilarse a tiempo.
La plantilla de perforación debe fijarse en el banco de trabajo, la superficie de la cuchilla guía de la plantilla de perforación debe estar cerca de la superficie de procesamiento y trate de utilizar una broca corta. Otro problema que vale la pena señalar es que cuando se adopta la alimentación manual, la broca no debe moverse hacia adelante ni hacia atrás en el orificio, de lo contrario la hoja de perforación rozará contra la superficie de procesamiento, provocando un endurecimiento por trabajo y desafilando la broca.
Molienda
Un problema común al rectificar piezas de aleación de titanio es que las virutas pegajosas provocan el bloqueo de la muela y quemaduras en la superficie de la pieza. La razón es que la conductividad térmica de la aleación de titanio es pobre, lo que provoca altas temperaturas en el área de molienda, de modo que la aleación de titanio y el abrasivo se unen, se difunden y reaccionan químicamente fuertemente. Las virutas pegajosas y el bloqueo de las muelas provocan una disminución significativa de la relación de rectificado. Como resultado de la difusión y la reacción química, la superficie de la pieza de trabajo se quema, lo que resulta en una disminución de la resistencia a la fatiga de las piezas, lo que es más evidente al rectificar piezas fundidas de aleación de titanio.
Para solucionar este problema, las medidas adoptadas son:
Seleccionar el material de muela adecuado: carburo de silicio verde TL. Dureza de la muela ligeramente inferior: ZR1.
El procesamiento de corte de materiales de aleación de titanio debe controlarse desde los aspectos de los materiales de las herramientas, los fluidos de corte y los parámetros de procesamiento para mejorar la eficiencia integral del procesamiento de materiales de aleación de titanio.
Video recomendado Siga la cuenta de videos de procesamiento de metales y preste atención a los medios industriales con actitud.
