Благодаря особой геометрии режущей кромки, высокоскоростная фреза позволяет использовать утоньшение стружки для достижения более высоких скоростей подачи
Несколько простых принципов помогут сделать фрезерование титановых сплавов эффективнее. По заявлениям компании Stellram, конструкция изображенной на рисунке высокоскоростной фрезы при обработке высокотемпературных аэрокосмических сплавов обеспечивает скорость подачи, превышающую скорость фрезерных инструментов традиционной конструкции в пять раз.
Титановые и алюминиевые сплавы в некотором отношении схожи: оба металла применяются в конструктивных элементах самолетов, и в обоих случаях для изготовления детали может требоваться удаление 90 процентов исходного материала.
Пожалуй, большинство производителей хотели бы, чтобы эти металлы имели больше общих черт. Традиционно обрабатывающие алюминий поставщики авиадеталей теперь по большей части работают с титаном, поскольку в новейших авиационных конструкциях все больше используется именно данный металл.
Менеджер компании-поставщика режущих инструментов Stellram Джон Палмер, ответственный за работу с ведущими производителями авиакосмической отрасли, отмечает, что многие из таких предприятий в действительности имеют бо́льший потенциал обработки титана, чем они реализуют на данный момент. Многие ценные и эффективные технологии обработки титана достаточно просто внедрить, но лишь немногие из них используются для повышения продуктивности. Проконсультировавшись с производителями по вопросам эффективности фрезерования разных аэрокосмических сплавов, включая сплавы титана, Палмер пришел к выводу, что работа с титаном – не такой сложный процесс. Самое главное – продумать весь процесс обработки, поскольку любой элемент может оказать влияние на общую эффективность.
По словам Палмера, ключевым фактором является стабильность. При контакте инструмента с заготовкой образуется так называемый «замкнутый круг», в который входит инструмент, державка, шпиндель, станина, направляющие, рабочий стол, зажимное приспособление и заготовка. От всех этих частей зависит устойчивость процесса. Кроме того, важными аспектами являются давление, объем и способ подачи смазочно-охлаждающей жидкости, а также вопросы методики и применения, освещенные в данной статье. Для максимальной реализации потенциала данных процессов, способных повысить производительность обработки титана, Палмер рекомендует следующее:
Зависимость скорости резания от дуги контакта
Одна из основных проблем титана – его низкая теплопроводность. В этом металле лишь относительно малая часть вырабатываемого тепла отводится вместе со стружкой. По сравнению с другими металлами, при обработке титана бо́льший процент тепла передается на инструмент. Вследствие данного эффекта выбор рабочей площади контакта определяет выбор скорости резания.
Эту зависимость демонстрирует кривая на рисунке 1. Полный контакт – врезание по дуге 180º – возможен только при относительно низкой скорости резания. В то же время уменьшение площади контакта сокращает период выделения тепла режущей кромкой и обеспечивает больше времени для охлаждения перед новым врезанием в материал. Таким образом, уменьшение зоны контакта обуславливает возможность повышения скорости резания с сохранением температуры в точке обработки. Фрезерование с крайне малой площадью контакта и остро заточенной режущей кромкой при высокой скорости и минимальной подаче на зуб может обеспечить непревзойденное качество чистовой обработки.
Увеличение количества зубьев
Обычные концевые фрезы имеют четыре или шесть зубьев. Для титана этого может быть недостаточно. Наибольшую эффективность обработки данного металла обеспечивает инструмент с десятью или более зубьями (см. рисунок 2).
Увеличение количества зубьев устраняет необходимость снижения подачи на зуб. При этом в большинстве случаев слишком близкое расположение зубьев в десятизубой фрезе не обеспечивает достаточно пространства для отвода стружки. Тем не менее, продуктивному фрезерованию титана способствует малая площадь контакта (см. совет № 1), и образующаяся в результате тонкая стружка дает возможность использовать многозубые концевые фрезы для повышения производительности.
Данная идея связана с термином «попутное фрезерование» и предполагает такое расположение инструмента, при котором кромка врезается в материал в направлении подачи.
Принцип «от толстой стружки к тонкой»
Этому методу противопоставляется «встречное фрезерование», сопровождающееся образованием тонкой стружки на входе и толстой на выходе. Такой метод известен как «традиционный» и отличается высокой силой трения при снятии стружки в начале резания, в результате чего образуется тепло. Тонкая стружка не может поглотить и отвести это выработанное тепло, и оно передается на режущий инструмент. Затем на выходе, где толщина максимальна, возросшее режущее усилие создает опасность налипания стружки.
Попутное фрезерование, или способ формирования стружки «от толстой к тонкой», предполагает вход в заготовку с максимальной толщиной среза, а выход – с минимальной (см. рисунок 3). При фрезеровании периферией фреза «подминает» под себя заготовку, создавая толстую стружку на входе для максимального поглощения тепла и тонкую стружку на выходе для предотвращения налипания стружки.
Фасонное фрезерование требует тщательного контроля траектории инструмента, с тем чтобы инструмент продолжал входить в заготовку и выходить на обработанной поверхности нужным образом. Для этого следует не прибегать к сложным манипуляциям, а просто подавать материал вправо.
Врезание по дуге
При работе с титаном и другими металлами срок службы инструмента сокращается в моменты резких колебаний усилия, в особенности при входе в заготовку. При прямом врезании в материал (что характерно практически для любой траектории инструмента) эффект сопоставим с ударом по режущей кромке молотком.
Вместо этого следует аккуратно проходить режущей кромкой по касательной. Нужно выбрать такую траекторию движения, чтобы инструмент входил в материал по дуге, а не под прямым углом (см. рисунок 4). При фрезеровании от толстой стружки к тонкой дуга врезания должна совпадать с направлением вращения инструмента (по часовой или против часовой стрелки). Дуговая траектория обеспечивает постепенное увеличение силы резания, предотвращая рывки и повышая устойчивость инструмента. При этом выделение тепла и толщина стружки также постепенно возрастают до момента полного погружения в заготовку.
Снятие фаски в конце прохода
Резкие изменения усилия могут возникать и на выходе инструмента из материала. Как бы ни было эффективно фрезерование от толстой стружки к тонкой (совет № 3), проблема данного метода заключается во внезапной остановке постепенного утоньшения стружки, когда инструмент достигает конца прохода и начинает шлифовать металл. Такой резкий переход сопровождается соответствующим резким изменением силы, в результате чего на инструмент оказывается ударная нагрузка, способная вызвать повреждение поверхности детали. Чтобы снизить резкость, примите меры предосторожности – снимите 45-градусную фаску в конце прохода, обеспечив постепенное уменьшение радиальной глубины резания (см. рисунок 5).
Острая режущая кромка минимизирует усилие резания титана, но при этом она должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать давление резания.
Фрезы с большим вспомогательным задним углом
Конструкция инструмента с большим вспомогательным задним углом, где первая область кромки с положительным углом наклона принимает на себя нагрузку, а следующая за ней вторая область с бо́льшим углом увеличивает зазор, позволяет решить обе эти задачи (см. рисунок 6). Такая конструкция довольно широко распространена, но именно в случае титана экспериментирование с различными величинами вспомогательного заднего угла позволяет достигнуть существенного увеличения производительности и срока службы инструмента.
Режущая кромка инструмента может подвергаться окислению и воздействию химических реакций. Многократное использование инструмента с одной и той же глубиной врезания может привести к преждевременному износу в зоне контакта.
Измерение осевой глубины
В результате последовательных осевых врезаний поврежденная область инструмента вызывает деформационное упрочнение и образование зазубрин, наличие которых недопустимо на деталях аэрокосмического оборудования, поскольку данный поверхностный эффект может вызвать необходимость преждевременной замены инструмента. Этого можно избежать, защитив инструмент путем изменения осевой глубины резания для каждого прохода и распределив тем самым проблемную область по разным точкам зубьев (см. рисунок 7). В процессе точения аналогичного результата можно достичь обтачиванием конической поверхности при первом проходе и обработкой цилиндрической поверхности при последующем – это позволит предотвратить образование проточин.
Ограничение осевой глубины обработки тонких элементов
Во время фрезерования тонкостенных и выдающихся элементов титановых деталей важно помнить о соотношении 8:1. Чтобы избежать искривления стенок пазов, фрезеруйте их последовательно в осевом направлении вместо обработки по всей глубине за один проход концевой фрезы. В частности, осевая глубина резания при каждом проходе не должна превышать конечную толщину стенки более чем в 8 раз (см. рисунок 8). Например, для достижения толщины стенки 2 мм осевая глубина соответствующего прохода должна составлять максимум 16 мм.
Несмотря на ограничение глубины, данное правило все же позволяет сохранить производительность фрезерования. Для этого тонкие стенки нужно фрезеровать так, чтобы вокруг них оставалась необработанная область, а толщина элемента в 3 или 4 раза превышала конечную толщину. Если нужно получить стенку толщиной 7 мм, согласно правилу 8:1 осевая глубина может достигать 56 мм. При обработке толстых стенок следует соблюдать небольшую глубину прохода до достижения окончательного размера.
Использование инструмента значительно меньше паза
В силу большого количества тепла, поглощаемого при обработке титана, фрезе требуется пространство для охлаждения. При фрезеровании небольших пазов диаметр инструмента не должен превышать 70 процентов от диаметра (или сопоставимого размера) паза (см. рисунок 9). При меньшем зазоре существенно возрастает риск ограничения доступа охлаждающей жидкости к инструменту, а также задерживания стружки, которая могла бы отводить хотя бы часть тепла.
Данное правило также применимо при фрезеровании открытой поверхности. При этом ширина элемента должна составлять 70 процентов от диаметра инструмента. Смещение инструмента составляет 10 процентов, что способствует утоньшению стружки.
Использование инструментальной стали
Высокоскоростные фрезы, изначально разработанные для обработки инструментальной стали при изготовлении пресс-форм, в последние годы начали активно использоваться в производстве титановых деталей. Высокоскоростная фреза не требует большой осевой глубины резания, и на такой глубине скорость подачи превышает показатели фрез традиционной конструкции.
Данные характеристики обусловлены утоньшением стружки. Ключевая особенность высокоскоростных фрез – пластины с большим радиусом закругления кромки (см. рисунок 10), способствующим распределению образуемой стружки по увеличенной площади контакта. Благодаря этому при осевой глубине резания 1 мм возможно образование стружки толщиной всего 0,2 мм. В случае титана такая тонкая стружка устраняет необходимость в низкой подаче на зуб, обычно используемой для данного металла. Таким образом, становится возможным установка скоростей подачи значительно выше стандартных.
Источник материала: перевод статьи 10 Tips for Titanium, Modern Machine Shop
Автор статьи-оригинала: Питер Зелински (Peter Zelinski), главный редактор
Понравилась статья? Поделитесь:
tverdysplav.ru
Главная страница » Фрезерование титана
И как мы уже отмечали титан и титановые сплавы это перспективный материал, он прочный и легкий, коррозионностойкий, а титановые сплавы еще и жаропрочны. Поэтому данный материал нашел широкое применение в том числе и в самых ответственных изделиях в различных сферах деятельности. Титан хорошо подвергается обработке давлением, сварке.
Но не всё так с ним гладко. Титан плохо поддается обработке резанием, он химически активен и налипает на режущей кромке, что быстро приводит к износу инструмента. Кроме того, титан обладает низкой теплопроводностью, что мешает вывести тепло из зоны резания и это способствует налипанию и дальнейшему повышению сил резания и трения, и дальнейшему росту температуры. Регулировать температуру приходится снижением скорости, а также требуется подача СОЖ в зону резания и желательно под давлением. Более подробно об этом можно почитать здесь. А мы углубляемся во фрезерную обработку титана.Основным износом фрезерного инструмента является – выкрашивание режущей кромки. Поэтому при проектировании обработки титана необходимо считаться со всеми вышеперечисленными сложностями, для этого применяют различные меры.
ВАЖНО ЗНАТЬ, ПОМНИТЬ И ПРИМЕНЯТЬ:
1. Использовать оптимизированные конструкции и геометрии, и материалы инструментов по титану (стружколомы, сплавы по титану и т.д.)
2. Организовать подачу СОЖ в зону резания под давлением, через шпиндель.
3. Для черновых операций выбирать станки с конусом шпинделя ISO 50 и выше, большим крутящим моментом, большой мощностью для работы большими инструментами торцевыми фрезами и т.д. Для чистовых – с высокими оборотами ввиду использования мелкого инструмента.
4. Организовать жёсткое закрепление заготовок, обеспечить высокую жёсткость всей технологической системы, отсутствие вибраций, смещений и т.д.
5. При больших вылетах инструментов по титану использовать жесткие оправки и/или антивибрационные оправки.
6. Обеспечение более благоприятных условий работы инструментов методами программирования — врезания, отходы, оптимальные траектории и т.д.
7. Обеспечение оптимальных режимов резания для конкретных условий (глубина резания, ширина резания, скорость, подача), обеспечивающих оптимальное соотношение качество-производительность-стойкость.
8. А также использовать ряд других мер для обеспечения благоприятных условий работы инструмента в Ваших конкретных условиях.
Обеспечение данных мер позволит повысить скорость, подачу, стойкость, производительность обработки титана.
Рекомендации по выбору подачи на зуб
Толщина стружки является очень важным параметром:
— Занизив толщину стружки получим низкую производительность и стойкость тоже.
— Завысить толщину стружки получим высокую нагрузку на инструмент и его поломку.
Утончение стружки позволяет увеличить подачу – это достигается применением пластин с прямолинейной режущей кромкой и углом в плане менее 90 градусов, применением круглых пластин или пластин с большим радиусом при вершине и небольшой глубине резания, а также при периферийной работе фрезы с небольшой шириной резания.
1. Если угол в плане равен 90 градусов, то толщина стружки равна подачи на зуб.
2. Если угол в плане меньше 90 градусов толщина стружки уменьшается относительно подачи на зуб, поэтому подачу увеличиваем, умножая ее на коэффициент. Пример: Подача на зуб 0,1, но у нас угол в плане 45 градусов, то подачу принимаем: 0,1*1,4=0,14 мм/зуб3. Если у нас круглые пластины или с большим радиусом при вершине: не можем брать большую глубину резания. Для выбора подачи на зуб смотрим рекомендации каталога инструментов в зависимости от глубины резания. Для большой глубины резания берем квадратные пластины с углом в плане 45 градусов.
Рекомендации по программированию обработки титана
1. Используем врезание по дуге по часовой стрелке, т.к. при прямом врезании получается толстая стружка на выходе – это здорово изнашивает инструмент. По дуге толщина стружки на выходе равна нулю, соответственно высокая подача и стойкость. Можно еще и занижать подачу при входе это позитивно скажется на стойкости.
2. Обеспечиваем постоянный контакт фрезы и заготовки, никаких резких смен направлений движения инструментов. Плавно обходим углы, не выходим из резания, пытаемся уйти от пересечения отверстий, избегаем лишних врезаний и выходов. 3. Обеспечиваем оптимальную длину дуги контакта— ae = 70%Dc – высокая скорость съема металла ае и fz. — ae < 25%Dc – тонкая стружка и высокая подача на зуб fz. При обработке внутренних углов, берем меньший диаметр фрезы, чтобы радиус фрезы был меньше радиуса угла. Правило коэффициент 1,5: Диаметр фрезы меньше, чем 1,5 радиуса угла. (пример, радиус угла 10 мм – фрезу берем 10*1,5=15 мм max)
ТОРЦЕВОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ ТИТАНА
4. Для обеспечения низкой шероховатости торцевого фрезерования берем твердосплавные монолитные фрезы.
5. Применяем попутное фрезерование: вначале толстая стружка, на выходе – тонкая и меньше тепловыделение. При обработке уступов смотреть куда силы резания направлены, иногда имеет смысл применить встречное фрезерование, чтобы направить силы на опорные точки крепления детали.
ОБРАБОТКА УСТУПОВ
6. На станке с конусом шпинделя ISO 40 берем фрезы с крупным шагом, т. к. не хватает жесткости при обработке уступов, где работа идет и по стенке, и по дну.
7. Если высота уступа меньше 75% длины режущей кромки, то чистовую обработку стенки не проводим, но смотрим на другие требования к стенке, возможно и надо.
8. Для уступов выбираем более прочные марки твердого сплава, чем при торцевом фрезеровании.
9. Если вибрация – снижаем скорость, повышаем подачу на зуб, но соблюдаем толщину срезаемого слоя.
ПРОФИЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ЦЕЛЬНЫМИ ФРЕЗАМИ
10. Черновые и чистовые съемы проводим на разных станках.
11. Ae < 40% Dc фрезы, используем для уменьшения толщины стружки, уменьшения отжатия инструмента. 12. Увеличиваем глубину резания, сокращаем число проходов.
13. Используем всю длину режущей кромки.
14. Используем фрезы с шейкой для карманов глубиной более 2Dc.
15. Используем фрезы по титану с большим углом подъема винтовой канавки и большим числом зубьев. Помним правило: Для чистовой обработки – большой угол подъема винтовой канавки. Для черновой – небольшой угол, т.к. они прочнее.
16. Для 3-хкоординатной и 5-тикоординатной обработки берем фрезы по титану со сферическим концом, также конические фрезы со сферическим концом.ОБРАБОТКА ПАЗОВ
17. Берем трехсторонние дисковые фрезы по титану для обработки глубоких и узких пазов.
18. Снижаем подачу при врезании, т.к. на выходе толстая стружка.
19. В резании должен быть хотя бы 1 зуб. Подбираем соответствующее количество зубьев и диаметр фрезы.
ПЛУНЖЕРНОЕ ФРЕЗЕРОВАНИЕ
20. Если сильные вибрации при традиционном фрезеровании используем плунжерное фрезерование. Т.к. преобладают осевые силы, а не радиальные.
21. Плунжерное фрезерование идеально подходит для труднообрабатываемых материалов, включая титан.
22. Применять однозначно в условиях: вылета инструмента более 4D, для получистовой обработки углов, при ограниченной мощности или крутящем моменте станка, горизонтальное расположение шпинделя (облегчен отвод стружки).
23. Обрабатываем торцем не переферией, используем фрезы для плунжерного фрезерования.
24. Используем шаг между проходами не более 0,75D.
25. При обработке узких пазов сверлим и применяем плунжерное фрезерование.
РЕЗЬБОФРЕЗЕРОВАНИЕ
26. Плавное врезание и выход. Это общее правило не только для титана.
27. Попутное фрезерование.
28. Выбираем диаметр фрезы меньше в 1,5 раза диаметра резьбового отверстия, или 70% от диаметра резьбового отверстия, иначе могут быть недообработка профиля, см. здесь.
ВЫСОКОСКОРОСТНАЯ ОБРАБОТКА
29. Высокая частота вращения, большая глубина резания, малый съем, низкая подача на зуб.
30. Данный способ дает меньшую температуру в зоне резания, т.к. тепло уходит в основном в стружку, не успевает передаться заготовке.
31. Используем трохоидальную траекторию инструмента. Идеально подходит для труднообрабатываемых материалов, включая титан.
Это лишь часть рекомендаций, которые часто можно использовать, более глубокие моменты и узкие места попытаемся рассмотреть в следующих наших статьях.
Фрезерование титана конечно довольно трудоемко, но освоив хотя бы основные правила, можно добиться хорошего результата и дальше совершенствовать результат уже исходя из Ваших конкретных условий, подкручивая те или иные параметры обработи. Также интересно будет почитать:
Обработка нержавеющих сталей, в чем сложность обработки?
Токарная обработка нержавеющих сталей Фрезерование нержавеющих сталей Обработка чугуна, в чем сложность обработки? Токарная обработка чугуна Фрезерование чугунаvys-tech.ru
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.
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.
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.
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:
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.
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.
promkor-pk.ru
Фрезерование титана требует определенных условий
По сравнению с большинством других металлов, механическая обработка титана предъявляет более высокие требования и накладывает больше ограничений. Титановые сплавы обладают свойствами, способными существенно влиять как на процесс резания, так и на режущий материал. Если инструмент и режимы резания выбраны правильно, а также при хорошей жесткости станка и надежности закрепления заготовки, процесс обработки титана будет высокоэффективным. Многих проблем, которые традиционно возникают при обработке титана, можно избежать. Нужно лишь преодолеть то влияние, которое свойства титана оказывают на процесс обработки.
Многие из тех свойств, которые делают титан таким привлекательным материалом для изготовления деталей, оказывают влияние на его обрабатываемость, а именно:
Эти свойства означают, что титан генерирует относительно высокие и концентрированные силы резания при обработке. Это вызывает вибрацию в процессе обработки, что ведет к быстрому износу режущей кромки. Кроме того, титан плохо проводит тепло. Поэтому обработка титана требует от материала инструмента высокой красностойкости.
Принято считать, что титан с трудом поддается эффективной механической обработке. Но это не типично для современных инструментов и методов обработки. Трудности отчасти возникают оттого, что механическая обработка титана — новая область, и в ней не накоплено достаточно опыта. Кроме того, проблемы нередко носят относительный характер — в сравнении с ожиданиями или иным опытом, особенно в тех случаях, когда этот опыт касается обработки таких материалов, как чугун или низколегированные стали, которые предъявляют более низкие требования и прощают больше ошибок. Титан также может представляться трудным в обработке по сравнению с некоторыми сортами нержавеющей стали.
Хотя обработку титана, как правило, приходится выполнять при других скоростях и подачах, а также с соблюдением ряда предосторожностей, по сравнению с иными материалами, он может быть довольно легким в обработке. Если жесткая деталь из титана надежно зажата на станке соответствующей мощности, в хорошем состоянии и оборудованном шпинделем с конусом ISO 50 с коротким вылетом инструмента, проблем не должно возникать — при условии, что правильно выбран режущий инструмент.
Но идеальные, стабильные условия не всегда присутствуют при фрезеровании. Кроме того, многие детали из титана имеют сложную форму с мелкими, узкими или большими и глубокими карманами, тонкими стенками и фасками. Для успешной обработки этих форм неизбежно требуется инструмент более длинного исполнения, что может вести к деформации инструмента. Потенциальные проблемы с вибрацией чаще возникают при обработке титана.
Прочие факторы, присутствующие в менее чем идеальных условиях, включают в себя тот факт, что большинство станков оснащены шпинделями с конусом ISO 40. Из-за интенсивности эксплуатации этих станков они недолго остаются новыми. Кроме того, конструктивные особенности обрабатываемой детали нередко затрудняют ее эффективное крепление на станке. Проблему усугубляет и то, что обработка, как правило, включает в себя прорезание канавок, контурную обработку или обработку кромок, а эти операции способны — хотя и не должны — приводить к вибрации. Поэтому необходимо постоянно принимать меры для ее предотвращения, по возможности повышая жесткость закрепления детали. Одним из способов решения проблемы является многоступенчатое крепление заготовок, при котором заготовки располагаются ближе к шпинделю, что ослабляет вибрацию.
Поскольку титан сохраняет твердость и прочность при высоких температурах, на режущую кромку пластины воздействуют мощные силы и нагрузки. При этом в зоне резания вырабатывается значительное количество тепла, а это означает опасность деформационного упрочения детали. Поэтому ключевое значение для успешной обработки приобретает правильный выбор марки сплава и геометрии сменной пластины. Исторически, мелкозернистые марки твердых сплавов без покрытия отлично зарекомендовали себя при обработке титана, и сегодня пластины с покрытием PVD способны существенно повысить эффективность.
Точность радиального и торцевого биения инструментов также имеет большое значение. Например, если пластины неправильно установлены в корпусе фрезы, возможно быстрое повреждение всех режущих кромок. Низкие допуски при изготовлении корпусов фрез или державок, степень их изношенности, наличие дефектов или низкое качество державки или износ шпинделя станка сильнее влияют на стойкость инструмента при обработке титана. Из-за этих факторов наблюдалось снижение стойкости до 80 %.
Хотя в целом предпочтение отдается геометрии с положительным передним углом, инструмент с несколько более отрицательным передним углом способен вести обработку при существенно более высоких подачах, которые могут достигать 0,5 мм на зуб. В этом случае очень важна жесткость станка и надежность закрепления заготовки.
При фрезеровании глубоких карманов полезно использовать инструмент различной длины с помощью адаптеров вместо того, чтобы выполнять всю операцию одним инструментом большой длины.
Минимальная рекомендуемая подача при фрезеровании титана обычно составляет 0,1 мм на зуб. Частоту вращения шпинделя также можно уменьшить с тем, чтобы получить исходную скорость подачи. Неверно выбранная частота вращения шпинделя способна сократить стойкость на 95 % при минимальной подаче на зуб.
Как только стабильные условия обеспечены, частоту вращения шпинделя и подачу можно пропорционально увеличивать для достижения оптимальной эффективности. Еще одно решение — убрать несколько пластин из фрезы или выбрать фрезу с меньшим количеством пластин.
tochmeh.ru