ثلاث نقاط رئيسية في معالجة سبائك التيتانيوم: اختيار الطلاء ومعلمات القطع

يتم استخدام سبيكة التيتانيوم على نطاق واسع في مجال الطيران والفضاء والطب والسيارات ومجالات التصنيع الراقية الأخرى بسبب خصائصها الممتازة مثل القوة المحددة العالية ،مقاومة التآكل والتوافق البيولوجيومع ذلك، فإن ضعف قابليتها للعمل، والتي تتميز بدرجة حرارة القطع العالية، وارتداء الأدوات الشديد، وتصلب العمل السهل، يشكّل تحديات كبيرة لعمليات التصنيع. لتحسين كفاءة التصنيع،تقليل استهلاك الأدوات وضمان جودة القطعةمن الضروري إتقان النقاط الرئيسية الثلاثة التالية، مع التركيز على اختيار الطلاء وتحسين معايير القطع.

النقطة الرئيسية 1: فهم قابلية صناعة سبيكة التيتانيوم

قبل اختيار الطلاء وتحديد معايير القطع ، من الضروري توضيح الخصائص الجوهرية لسبائك التيتانيوم التي تؤثر على المعالجة ،الذي هو أساس لتحسين لاحق:

•التوصيل الحراري المنخفض: التوصيل الحراري لسبائك التيتانيوم هو فقط 1/4 ~ 1/5 من الصلب.معظم الحرارة المتولدة تتراكم في منطقة القطع (نقطة الأداة ومنطقة اتصال قطعة العمل) بدلاً من أن تشتت من خلال رقائق أو قطع العمل، مما يؤدي إلى درجة حرارة محلية عالية للغاية (تصل إلى 800 ~ 1000 درجة مئوية) ، مما يسرع ارتداء الأداة وتشوه قطعة العمل.

•نشاط كيميائي مرتفع: عند درجات الحرارة العالية ، من السهل تفاعل سبائك التيتانيوم مع الأكسجين والنيتروجين والكربون في الهواء لتشكيل مركبات صلبة و هشة (مثل TiO2 ، TiN ، TiC) ،والتي من شأنها أن تزيد من قوة القطع وتسبب ارتداء الحفار للأدواتقد يلتصق أيضًا بمادة الأداة ، مما يؤدي إلى ارتداء ملصق.

•ميل لتصلب العمل: سبيكة التيتانيوم لديها قوة عالية وآثار صلابة واضحة في العمل. أثناء القطع ، فإن سطح قطعة العمل عرضة لتصلب الطبقات (يمكن زيادة الصلابة بنسبة 20٪ ~ 50٪) ،والتي ستخدش الأداة وتؤثر على جودة السطح في المعالجة اللاحقة.

ملاحظة: يمكن أن يكون P1 مخطط مقارنة للقيادة الحرارية بين سبيكة التيتانيوم والمعادن الشائعة ، أو مخطط مجهري لطبقة صلابة العمل من سبيكة التيتانيوم بعد القطع.

النقطة الرئيسية 2: الاختيار العقلاني لطلاء الأدوات

تلعب طلاء الأدوات دورًا حاسمًا في معالجة سبائك التيتانيوم عن طريق تقليل الاحتكاك وعزل درجات الحرارة العالية وتحسين الاستقرار الكيميائي وتعزيز مقاومة الارتداء.يجب أن يستند اختيار الطلاء إلى نوع سبيكة التيتانيوم (مثل Ti-6Al-4V)، التيتانيوم النقي) ، طريقة التصنيع (الطحن ، التدريب ، الحفر) ومتطلبات التصنيع (الخرق ، التشطيب). الطلاءات الشائعة عالية الأداء لمعالجة سبائك التيتانيوم هي كما يلي:

2.1 طلاء نتريد التيتانيوم (TiN)

طلاء TiN هو طلاء صلب تقليدي بقسوة حوالي 2000 ~ 2500 HV ومعامل اصطدام منخفض (0.4 ~ 0.6).ويمكن أن تقلل بفعالية ارتداء الملصق بين الأداة والسبائك التيتانيومومع ذلك ، فإن مقاومة الأكسدة ضعيفة ، وسوف تتأكسد وتفشل عندما تتجاوز درجة الحرارة 500 درجة مئوية.أو سيناريوهات التصنيع مع درجة حرارة قطع منخفضة.

2.2 طلاء كربونيتريد التيتانيوم (TiCN)

طلاء TiCN هو نسخة محسنة من TiN ، مع صلابة 2500 ~ 3000 HV ، مقاومة ارتداء أعلى واستقرار حراري من TiN.إضافة عنصر الكربون يعزز مقاومة الطلاء لارتداء الملصق والارتداء القطع، وارتفعت درجة حرارة مقاومة الأكسدة إلى 600 ~ 650 درجة مئوية. وهي مناسبة للدورة المتوسطة السرعة والطحن من Ti-6Al-4V وغيرها من سبائك التيتانيوم المستخدمة عادة،ويمكن أن توازن كفاءة التصنيع وعمر الأداة.

2.3 طلاء نتريد الألومنيوم والتيتانيوم (AlTiN)

طلاء AlTiN هو طلاء مقاوم لدرجات الحرارة العالية مع أداء شامل ممتاز ، بقسوة 3000 ~ 3500 HV ودرجة حرارة مقاومة الأكسدة تصل إلى 800 ~ 900 °C.عنصر الألومنيوم في الطلاء يشكل فيلم Al2O3 كثيف عند درجة حرارة عالية، والتي يمكن أن تعزل بشكل فعال التفاعل الكيميائي بين سبيكة التيتانيوم وأداة (مثل الكربيد) ، وتقلل بشكل كبير من التآكل الحراري والتآكل الكيميائي.إنها الطبقة المفضلة للتشطيب السريع والتشطيب شبه النهائي لسبائك التيتانيوم، مناسبة بشكل خاص لسيناريوهات التصنيع عالية درجة الحرارة مثل الطحن عالي السرعة والحفر العميق.

2.4 طلاء الكربون الشبيه بالماس (DLC)

طلاء DLC لديه معامل اصطدام منخفض للغاية (0.1 ~ 0.2) وقسوة عالية (1500 ~ 2500 HV) ، والتي يمكن أن تقلل من الاحتكاك والتماسك بين الأداة وسبائك التيتانيوم ،وتجنب صلابة العمل الناجمة عن القوة المفرطة القطعومع ذلك ، فإن استقراره الحراري ضعيف (فشل الأكسدة فوق 400 درجة مئوية) وانه هش ، لذلك فهو مناسب فقط للسرعات المنخفضة ،التشطيب في درجة حرارة منخفضة من التيتانيوم النقي وسبائك التيتانيوم الناعمة (مثل Ti-Gr2)، وليس للخام في درجة حرارة عالية.

الملاحظة: يمكن أن يكون P2 جدول مقارنة أداء الطلاءات المختلفة (صلابة، درجة حرارة الأكسدة، السيناريو المناسب) أو مخطط مادي للأدوات المطلية لمعالجة سبائك التيتانيوم.

النقطة الرئيسية 3: تحديد علمي لمعلمات القطع

معايير القطع (سرعة القطع ، معدل التغذية ، عمق القطع) تؤثر بشكل مباشر على درجة حرارة القطع ، قوة القطع ، ارتداء الأداة وجودة قطعة العمل.المبدأ الأساسي لتعيين المعلمات هو"سرعة قطع منخفضة، سرعة تغذية معتدلة، عمق قطع صغير"، لتحكم درجة حرارة القطع وتقليل صلابة العمل. ما يلي هي المعلمات الموصى بها لطرق التصنيع الشائعة (أخذ Ti-6Al-4V ، سبيكة التيتانيوم الأكثر استخدامًا ،وأدوات الكربيد على سبيل المثال:

3.1 معايير الدوران

•سرعة القطع (vc): للخام، السرعة هي 30~60 م/دقيقة؛ للتشطيب، هو 60~100 م/دقيقة. إذا كنت تستخدم أدوات مغلفة AlTiN، يمكن زيادة السرعة على نحو مناسب إلى 80~120 م/دقيقة.يجب أن يتم تقليل معدل الدوران بنسبة 20% ~ 30% لتجنب الالتصاق المفرط.

•معدل الغذاء (f): سرعة التغذية هي 0.1 ~ 0.3 ملم / ساعة للخام و 0.05 ~ 0.15 ملم / ساعة للتشطيب.انخفاض جدا في معدل التغذية سيؤدي إلى أداة لفرك ضد قطعة العمل، تسريع التآكل.

•عمق قطع (ap): عمق القطع للخام هو 1 ~ 3 ملم ، وللتشطيب هو 0.1 ~ 0.5 ملم. لا ينصح باستخدام عمق القطع أقل من 0.1 ملم ،لأن الأداة سوف تنزلق على طبقة صلبة من قطعة العملمما يؤدي إلى ارتداء شديد

3.2 معايير الطحن

•سرعة القطع (vc): للطحن الطرفي ، السرعة هي 20 ~ 50 م / دقيقه ؛ للتشطيب ، هي 50 ~ 80 م / دقيقه.40 ~ 70 م/دقيقة للخام وال 70 ~ 100 م/دقيقة للتشطيبأدوات مغلفة يمكن أن تزيد من السرعة بنسبة 10% ~ 20%.

•معدل التغذية لكل سن (fz): معدل التغذية لكل سن هو 0.05 ~ 0.15 ملم / سن للخام و 0.02 ~ 0.08 ملم / سن للتشطيب.يجب تقليل سرعة التغذية لتجنب تشوه القطعة.

•عمق القطع (ap/ae): عمق المحورية للقطع (ap) للخام هو 0.5 ~ 2 مم ، وللتشطيب هو 0.1 ~ 0.3 مم ؛ عمق شعاعي للقطع (ae) عادة ما يكون 50 ~ 100٪ من قطر الأداة.

3.3 معايير الحفر

حفر سبائك التيتانيوم عرضة لمشاكل مثل انسداد الشريحة وكسر الأدوات وسوء جودة الثقوب. يجب تعيين المعلمات لتسهيل إزالة الشريحة:

•سرعة القطع (vc): 10 ~ 30 م / دقيقة ، وهو أقل من الدوران والطحن ، لخفض درجة حرارة رأس الحفر.

•معدل الغذاء (f): 0.1 ~ 0.2 ملم / ر ، مما يضمن أن الشفرات يمكن أن يتم تفريغها بسلاسة دون انسداد النافذة الحفر.

• التدابير المساعدة: استخدم حفر التبريد الداخلي لرش سائل القطع مباشرة إلى طرف الحفر ، والذي يمكن أن يقلل بشكل فعال من درجة الحرارة والشفرات.اتخاذ الحفر المتقطع (حفر داخل وخارج مرارا وتكرارا لتجنب تراكم الشريحة).

ملاحظة: يمكن أن يكون P3 مخطط تعيين المعلمات للدوران / الطحن / الحفر ، أو مخطط منحنى للعلاقة بين سرعة القطع وحياة الأداة.

ملخص

يكمن مفتاح نجاح معالجة سبائك التيتانيوم في ثلاثة جوانب: أولا، فهم كامل لخصائص قابلية معالجة سبائك التيتانيوم لتحسين الهدف؛ ثانيا،اختيار الطبقة الملائمة للأدوات وفقًا سيناريوهات التصنيع لتحسين مقاومة ارتداء الأدوات واستقرارها عند درجات الحرارة العاليةثالثاً، تحديد معايير القطع العلمية للسيطرة على درجة حرارة القطع وتقليل صلابة العمل.من الضروري أيضا أن تتطابق مع سائل القطع عالية الجودة (يفضل لسائل القطع على أساس الماء مع أداء تبريد جيد)، أو سائل القطع على أساس الزيت للآلات ذات السرعة المنخفضة) والهندسة المعقولة للأدوات ، بحيث يتم تحقيق أفضل تأثير للآلات.