Титановые сплавы плохо обрабатываются резанием, так как отличаются высоким отношением предела текучести ко временному сопротивлению разрыва. Для титановых сплавов это соотношение составляет 0,85-0,95 (для сталей – 0,65-0,75). Во время работ с титановыми сплавами возникают большие удельные усилия, а это приводит к высоким температурам в зоне резания.
Обработка титана
Титан может налипать на шлифовальный круг из-за сильной адгезии и высоких температур. Этот процесс вызывает существенную силу трения. К тому же прилипание, прижог или приваривание титана к рабочему инструменту приводят к изменению форм заготовок. Это ведет к тому, что необходимо прилагать больше усилий для обработки титана, повышается температура, снижается износостойкость абразивного круга.
Самая трудоемкая работа – это резка и сверление грубых пластинчатых сплавов с газонасыщенным слоем. Чтобы снизить энергетические затраты, следует знать и соблюдать такие условия:
- Необходим качественный шлифовальный круг и рабочий инструмент, сделанный из твердых сплавов или стали.
- Важно соблюдать малые обороты станка.
- Следует постоянно подавать охлаждающие составы.
Способы механической обработки титана:
1. Резка.
Механическая резка титана требует значительных энергозатрат, она сложна. Из-за недостаточной теплопроводности происходит неравномерное повышение температуры, а это ухудшает процесс охлаждения. От температуры усиливается процесс окисления, что ухудшает свойства отшлифованных изделий.
Уровень нагрева детали зависит от:
- скорости резания,
- силы подачи,
- глубины реза.
Чтобы поддерживать нормальную температуру в зоне реза, можно использовать легирование водородом. Данный способ помогает снизить силу реза и увеличить износостойкость. К тому же данным методом уменьшают срок шлифовки заготовки.
2. Фрезерование.
Данный процесс считается одним из наиболее сложных в работе с титановыми сплавами. Механическая обработка титана происходит обычно на высокомощных фрезеровочных станках. Различают такие фрезы:
- Вогнутые или выпуклые фасонные.
- Сборные.
- Концевые.
3. Шлифовка (описана далее).
4. Сверление.
Когда идет процесс сверления, титановая стружка налипает на поверхность инструмента. Так отводящие каналы сверла засоряются. Поэтому необходимо использовать специальное оборудование из твердых металлов и периодически чистить инструмент в процессе работы.
Особенности шлифования титановых сплавов
Обработку прочных материалов, к примеру, титановых сплавов, применяют в машиностроении, авиационной, ракетной и космической технике, металлургии, нефтяной и газовой промышленностях.
В процессе обработки титановых заготовок период стойкости кругов уменьшается в 15-20 раз, а затраты на правку достигают 60-70% от общего времени, затраченного на работу.
Сложна и финишная обработка. На сплавах могут появиться прижоги, стружка налипает, а связи в оксидной пленке разрушаются. Все это приводит к дефектам изделия.
Шлифование подобных заготовок необходимо осуществлять на низких оборотах станка со специальными режимами. Детали можно упрочнять пластическим деформированием для достижения более высокого качества. В конце работы мастер должен проверять заготовку на наличие прижогов или других возможных дефектов.
Помимо шлифования, можно выбрать абразивную или лезвийную обработку титановых сплавов. Завершить шлифование можно непрерывной абразивной лентой (на которую нанесет соответствующий размер абразивных зерен) или кремниевым кругом.
Выбор круга для шлифования титанового сплава
Изначально шлифование титановых сплавов было непроизводительным. Всего 0,7 см3 снималось с заготовки при износе круга в 1 см3. Позже удалось дойти до отметки в 16 см3 при работе с нелегированным титаном.
Шлифование улучшилось благодаря снижению скорости вращения шлифкруга и применению смазочных охлаждающих составов. Оптимальным абразивным материалом выявили тот, который имеет зернистость 60 или 80. Отличным абразивом позже стала окись алюминия.
Обдирка или удаление и зачистка поверхности от дефектов, заусенцев и т.д. может осуществляться с помощью качающейся рамы или портативного шлифовального станка. В этом процессе применяют карборундовые и фирменные шлифовальные камни, скорость которых равна 1800 м/мин. Окончательная отделка возможна с карборундовыми шлифовальными кругами, которые будут работать на скорости 2900 м/мин.
Шлифование титановых сплавов. В этом виде работ часто применяют шлифовальные круги с качественным маслом прямой гонки или с техническим антикоррозионным раствором. Хорошие результаты показывают карборундовые круги CD-12 с зернистостью 60 и 80.
Следующий вид обработки – отрезка, которую не выполняют без охлаждения. Иначе это приведет к прижогам и трещинам. Если нет возможности охладить деталь, лучше применить шлифовальный круг A54-L8B со скоростью 2900 м/мин. Отрезать деталь, которая имеет диаметр 13 мм, возможно кругами 37C60-POR-30 или TC60-16-RR при скорости 2900 м/мин. Процесс следует охлаждать маслом или антикоррозийным раствором. Для работы с прутками более 13 мм можно использовать круги той же марки. Для настольного шлифования не нужны смазочно-охлаждающие жидкости, круг можно использовать такой – A36-K8-VBE.
Круглое шлифование, когда снимается большой объем стружки, производится кругом 32A60-K8-VBE, для снятия малого количества стружки – 32A60-J8-VBE. Обязательно следует применять 10%-ный антикоррозийный раствор или масло прямой гонки. Скорость обработки в таком случае может колебаться от 550 до 610 м/мин.
Внутреннее шлифование следует проводить на скорости 520 м/мин кругом 32A46-J8-VBE и с 10%-ным раствором антикоррозийной эмульсии. Если скорость работы круга около 1830 м/мин, подойдут круги 32A60-L5-VBE.
Полировку выполняют камедистой пастой, а снятие окалины – составом Нортон 180 Кристолон. Тонкое полирование можно провести алундовой пастой (крупность зерна В).
Как проводится шлифовка титана
Какие трудности могут возникнуть при шлифовании подобного рода материала:
- Быстрое снижение износостойкости абразивного круга.
- Высокий уровень температуры, что уменьшает стойкость инструмента и приводит к прижогу на заготовке.
- Налипание стружки, а это снижает режущие свойства абразива.
- Как следствие - плохое качество шлифовки поверхности.
Силы резания при обработке титановых сплавов такие же, что и у сталей, а их более низкая обрабатываемость связана с меньшей теплопроводностью и повышенным коэффициентом трения, увеличивающими температуру в зоне резания. Кроме того, титановые сплавы обладают меньшим модулем упругости, чем стальные изделия, а это снижает жесткость деталей, возникают вибрации. Такое в основном происходит при жестких режимах шлифования.
Что касается смазочных и охлаждающих жидкостей, то антикоррозийные растворы и специфические масла прямой гонки способны увеличить коэффициент шлифования. Довольно часто специалисты применяют первый тип охлаждения.
В настоящее время механическая обработка титана является малоизученной областью. В работе с такими заготовками больше вопросов, чем ответов, поэтому следует опираться на опыт тех, кто уже работал с подобными сплавами.
