Обработка титана на токарном станке

 Существует группа металлов  обработка которых требует создание особых  условий  с учетом повышенной твердости их структуры.

Одним  из элементов  данной группы является титан, обладающий высокой прочностью и требующий применения специальной технологии  обработки, с использованием токарных станков с ЧПУ и особо прочный  инструмент.  Обработка титана на токарном станке широко используется в технологических процессах  для изготовления необходимых изделий в  различных отраслях промышленности. Титан применяется в аэрокосмической отрасли, где его использование достигает 9 % от общего объема  материалов.

Особые условия обработки металла

Титан – особо прочный, легкий, серебристый метал стойкий к воздействию процесса ржавления. Высокая устойчивость к воздействию внешней среды обеспечивается за счет образования на поверхности материала защитной пленки TiO₂. Негативное воздействие на титан могут оказывать вещества содержащие щелочь, что  приводит к потере прочностных  характеристик.

Высокая прочность титана требует создания особых условий во время резания детали с использованием  токарного  станка с ЧПУ и инструмент из сверхпрочного сплава.

В обязательном порядке необходимо учитывать:

• металл очень вязкий и когда производится его токарная обработка с использованием токарного станка, сильно нагревается, что приводит к налипанию титановых отходов на режущий инструмент;
• мелкая дисперсная пыль, образующаяся во время обработки, может детонировать, что требует особой осторожности и соблюдения мер безопасности;
• для резания титана требуется специальное оборудование, обеспечивающее необходимый режим резания;
• титан обладает низкой теплопроводностью, что требует для  резания специально подобранный режущий инструмент.

После выполнения процесса, когда завершена  обработка изделия из титана для создания прочной защитной пленки деталь нагревают, а затем охлаждают на открытом воздухе.

Соблюдение технологии обработки титановых сплавов

Для резания заготовок из титана применяются токарные станки с ЧПУ и специальный  режущий инструмент, а процесс делится на ряд операций, каждая из которых выполняется по особой технологии.

Операции обработки на  токарных станках  делятся:

• предварительные;
• промежуточные;
• основные.

Необходимо также учитывать возникающую вибрацию при обработке заготовок из титановых сплавов,  появляющуюся при операциях на токарных станках. Частично эту проблему удается решить с помощью многоступенчатого крепежа заготовок  с расположением как можно ближе к шпинделю. Для уменьшения влияния температуры при обработке  лучшим вариантом является использование резцов из  мелкозернистых  твердых сплавов без покрытия и пластин со специальным покрытием PVD.

При резании 85-90% всей энергии превращается в тепловую энергию, которая поглощается частично стружкой, резцом, обрабатываемой деталью  и охлаждающей жидкостью. Температура в зоне обработки детали может достигать 1000-1100 °С.

При обработке заготовок  на  токарном станке учитываются три основных параметра:

• угол фиксации инструмента (K_r);
• размерность подачи (F_n);
• скорость резания (V_e).

С помощью регулирования данных параметров производится изменение температурного режима резания. Для различных режимов, когда проводится обработка, устанавливаются и регулирующие параметры:

• предварительного – до 10 мм производится снятие верхнего слоя с титановой заготовки с образованием припуска 1 мм (K_r -3 -10 мм, F_n – 0,3 — 0,8 мм, V_e — 25 м/мин);
• промежуточного – 0,5 – 4 мм, удаляется верхний слой  с образованием ровной поверхности с припуском 1 мм (K_r – 0,5 – 4 мм, F_n – 0,2 – 0,5 мм, V_e —  40 — 80 м/мин).
• основного – 0,2 – 0,5 мм, чистовая обработка с удалением припуска (K_r – 0,25 – 0,5 мм, F_n – 0,1 – 0,4 мм, V_e — 80 — 120 м/мин).

Обработка заготовок из титана ведется с обязательной подачей специальной эмульсии охлаждающей инструмент  под давлением для обеспечения нормального температурного режима. При использовании более глубокого реза необходимо снижать скорость обработки титана, меняя режимы работы.

Подбор необходимого инструмента

Требования к обрабатывающему инструменту для титана достаточно высоки и для работы в основном применяются резцы, со сменными головками используемые на станках с ЧПУ. Инструмент в ходе рабочего процесса подвергается изнашиванию: абразивному, адгезийному  и диффузному. При диффузном изнашивании происходит  взаимное растворение материала режущего инструмента и титановой заготовки. Особо активно эти процессы протекают при температуре 900 — 1200 °С.

Подборка ведется с учетом режима обработки:

• при предварительном процессе используются пластины круглой или квадратной формы (iC 19) изготовленные из специального сплава H 13 A без  покрытия;
• при промежуточном процессе, используются пластины круглой формы, изготовленные из сплава H 13 A, GC 1115 с покрытием PDV;
• при основном процессе, используются пластины со шлифовальными режущими кромками изготовленные из сплавов H 13 A, GC 1105 и CD 10.

При процессе воздействия на  титановую заготовку с использованием специальных резцов применяются высокоточные токарные станки с ЧПУ и различные  режимы  обеспечивающие автоматизацию проводимых операций и высокое качество изготавливаемых деталей. Размеры готовой детали должны иметь нулевое или минимальное отклонение от заданных параметров согласно техническому заданию.

Ва