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 , 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:
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.
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.
Совет № 3. Соблюдайте принцип «от толстой стружки к тонкой»
Данная идея связана с термином «попутное фрезерование» и предполагает такое расположение инструмента, при котором кромка врезается в материал в направлении подачи.
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.
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.
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).
Совет № 6. Выбирайте фрезы с большим вспомогательным задним углом
Острая режущая кромка минимизирует усилие резания титана, но при этом она должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать давление резания.
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.
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.
Совет № 8. Ограничьте осевую глубину 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.
Совет № 9. Используйте инструмент 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.
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
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:
- высокое отношение прочности к весу, причем его плотность составляет, как правило, всего 60 процентов плотности стали,
- имеет более низкий модуль упругости и более податлив, чем сталь,
- обладает более высокой стойкостью к коррозии, чем нержавеющая сталь,
- низкая теплопроводность.
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.
Трудности обработки титана
Принято считать, что титан с трудом поддается эффективной механической обработке. Но это не типично для 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.
Боремся с вибрацией и теплом
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.
Необходимые условия для расчетов режимов резания
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.
Актуальность
Для изготовления конструкций и деталей из титановых сплавов применяются всевозможные виды механической обработки: шлифование, точение, сверление, фрезерование, полирование.
Одной из важных особенностей при механической обработке деталей из титана и сплавов является то, что необходимо обеспечить ресурсные, в особенности усталостные характеристики, в значительной степени зависящие от качеств поверхностного слоя, который формируется при холодной обработке. Из-за низкой теплопроводности и др. специфических свойств титана, проведение шлифования как завершающей стадии обработки
затруднено. Во время шлифовки очень легко могут образовываться прижоги, в поверхностном слое могут возникать дефектные структуры и остаточные напряжения, растяжения, которые существенно влияют на снижение усталостной прочности изделий. Поэтому, шлифование деталей из титана обязательно проводится при пониженных скоростях и в случае необходимости может быть заменено на лезвийную либо абразивную обработку низкоскоростными методами. В случае же применения шлифования, оно должно проводиться с применением строго регламентированных режимов с проведением последующего контроля поверхности деталей на наличие прижогов и сопровождаться улучшением качеств детали за счет упрочнения поверхностным пластическим деформированием (ППД).
Сложности
Из-за высоких прочностных свойств титан плохо поддаются обработке резанием . Он имеет высокое соотношение предела текучести ко времени сопротивления разрыву примерно 0,85−0,95. Например, для стали этот показатель не превышает 0,75. Как результат, при механической обработке титановых сплавов необходимы большие усилия, что из-за низкой теплопроводности влечет за собой значительное повышение температуры в поверхностных слоях разреза и затрудняет охлаждение зоны резки. Из-за сильной адгезии титан накапливается на режущей кромке, что значительно повышает силу трения. Кроме того, приваривание и налипание титана в местах соприкосновения поверхностей приводит к изменению геометрии инструмента. Такие изменения, изменяющие оптимальную конфигурацию, влекут за собой дальнейшее повышение усилий для обработки, что, соответственно, приводит к еще большему повышению температуры в точке контакта и ускорению износа. Больше всего на повышение температуры в рабочей зоне влияет скорость резания, в меньшей степени это зависит от усилия подачи инструмента. Наименьшее влияние на повышение температуры оказывает глубина проведения резания.
Под действием высоких температур при резании происходит окисление титановой стружки и обрабатываемой детали. Это влечет в последующем для стружки проблему, связанную с ее утилизацией и переплавкой. Аналогичный процесс для обрабатываемой детали в последующем может привести к ухудшению ее эксплуатационных характеристик.
Сравнительный анализ
Процесс холодной обработки титановых сплавов по трудоемкости в 3−4 раза сложнее, чем обработка углеродистых сталей, и в 5−7 раз — чем обработка алюминия. По информации ММПП «Салют», сплавы титана ВТ5 и ВТ5−1 в сравнению с углеродистых сталью (с 0,45% С), имеют коэффициент относительной обрабатываемости 0,35−0,48, а для сплавов ВТ6, ВТ20 и ВТ22 этот показатель еще меньше и составляет 0,22−0,26. Рекомендуется при механической обработке использовать низкую скорость резки при небольшой подаче, используя для охлаждения большое количество охлаждающей жидкости. При обработке изделий из титана применяются режущие инструменты из наиболее износостойкой быстрорежущей стали, предпочтение отдается твердым сортам сплавов. Но даже при выполнении всех предписанных условий для резания, скорости должны быть уменьшены, по крайней мере, в 3−4 раза, по сравнению с обработкой стали, что должно обеспечить приемлемую стойкость инструмента, особенно это важно при работе на станках с ЧПУ.
Оптимизация
Температуру в зоне резки и усилие для резания можно существенно снизить, увеличив содержание водорода в сплаве, вакуумным отжигом и соответствующей механической обработкой. Проведение легирования сплавов из титана при помощи водорода дает в конечном итоге значительное снижение температуры в зоне резания, дает возможность снизить силу резания, повышает стойкость твердосплавного инструмента до 10 раз в зависимости от природы сплава и режима резания. Этот способ дает возможность увеличить скорость обработки в 2 раза без потери качества, а также увеличивать усилие и глубину при проведении резания без снижения скорости.
Для механической обработки деталей из сплавов титана широкое применение получили технологические процессы, которые позволяют совместить несколько операций в одну за счет использования многоинструментального оборудования. Наиболее целесообразно такого рода технологические операции проводить на многооперационных станках (обрабатывающих центрах). К примеру, для изготовления силовых деталей из штамповок применяются станки МА-655А, ФП-17СМН, ФП-27С; деталей типа «кронштейн», «колонка», «корпус» из фасонной отливки и штамповки — станки «Горизонт», Me-12−250, МА-655А, листовых панелей — станок ВФЗ-М8. На этих станках при обработке большинства деталей реализован принцип «максимальной» законченности обработки в одной операции, что достигается благодаря последовательной обработке детали с нескольких сторон на одном станке при помощи нескольких установленных на нем приспособлений.
Фрезерование
Из-за необходимости приложения больших усилий для механической обработки сплавов титана применяются, как правило, крупные станки (ФП-7, ФП-27, ФП-9, ВФЗ-М8 и т. п.). Фрезерование является самым трудоемким процессом во время изготовления деталей. Особенно большой объем таких работ приходится на изготовление силовых деталей каркасов самолета: нервюры, шпангоуты, балки, лонжероны, траверсы.
При фрезеровании деталей типа «траверса», «балки», «нервюра» используется несколько методов. 1) При помощи специальных гидравлических или механических копиров на универсально-фрезерных станках. 2) По копирам на копирно-фрезерных гидравлических станках. 3) На станках с ЧПУ типа МА-655С5, ФП-11, ФП-14. 4) При помощи трехкоординатных станков с ЧПУ. При этом используют: специальные сборные фрезы с изменяемым во время обработки углом; фасонные вогнутые и выпуклые фрезы радиационного профиля; концевые фрезы с подведением к цилиндрической поверхности детали плоскости стола под необходимым углом.
Для обработки авиационных материалов в нашей стране создано множество станков, которые не уступают мировым стандартам, а некоторые из них не имеют аналогов за границей. Например, станок ВФ-33 с ЧПУ (продольно-фрезерный трёхшпиндельный трёхкоординатный) назначение которого одновременная обработка тремя шпинделями панелей, монорельсов, нервюр, балок и других такого рода деталей для тяжелых и легких самолетов.
Станок 2ФП-242 В, имеющий два подвижных портала и ЧПУ (продольно-фрезерный трехшпиндельный четырехкоординатный) разработан для обработки габаритных лонжеронов и панелей при для тяжелых и широкофюзеляжных самолетов. Станок ФРС-1, оснащенный подвижной колонной, горизонтально-фрезерно-расточный, 15-ти координатный с ЧПУ — предназначен для обработки
стыковых поверхностей центроплана и крыла широкофюзеляжных самолетов. СГПМ-320, гибкий производственный модуль, в состав которого входят токарный станок, ЧПУ АТ-320, магазин на 13 инструментов, манипулятор автоматический для съема и установки деталей для ЧПУ. Гибкий производственный комплекс АЛК-250, созданный для производства прецизионных деталей для корпуса гидроагрегатов.
Инструменты
Чтобы обеспечить оптимальные условия резания и высокое качество поверхности деталей, необходимо строгое соблюдение геометрических параметров инструмента из твердых сплавов и быстрорежущих сталей. Резцы с пластинками из твердого сплава ВК8 применяются для точения кованых заготовок. Рекомендуются следующие геометрические параметры резцов во время обработки по газонасыщенной корке: главный угол в плане φ1 =45°, вспомогательный угол в плане φ =14°, передний угол γ=0°; задний угол α = 12°.При следующих режимах резания: подача s = 0,5 — 0,8 мм/об, глубина резания t не менее 2 мм, скорость резания v = 25 — 35 м/мин. Для проведения чистового и получистового непрерывного точения можно применить инструменты из твердых сплавов ВК8, ВК4, ВКбм, ВК6 и др. при глубине резания 1−10 мм, скорость резки составляет v = 40−100 мм/мин, а подача должна составлять s = 0,1−1 мм/об. Могут так же применяться инструменты из быстрорежущей стали (Р9К5, Р9М4К8, Р6М5К5). Для резцов, изготовленных из быстрорежущей стали, разработана следующая геометрическая конфигурация: радиус при вершине r = 1 мм, задний угол α = 10°, φ = 15°. Допустимые режимы резки при точении титана достигаются при глубине резки t = 0,5−3 мм, v = 24−30 м/мин, s <0,2 мм.
Твердые сплавы
Проведение фрезерных работ с титаном затрудняет налипание титана на зубья фрезы и их выкашивание. Для изготовления рабочих поверхностей фрез используются твердые сплавы ВК8, ВК6М, ВК4 и быстрорежущие стали Р6М5К5, Р9К5, Р8МЗК6С, Р9М4К8, Р9К10. Для проведения фрезеровки титана при помощи фрез с пластинами из сплава ВК6М рекомендуется использовать следующий режим резания: t = 2 — 4 мм, v = 80 — 100 м/мин, s =0,08−0,12 мм/зуб.
Сверление
Проведение сверления титана затрудняет налипание стружки на рабочую поверхность инструмента и ее набивание в отводящие канавки сверла, что ведёт к повышению сопротивления резанию и быстрому износу режущей кромки. Для предупреждения этого рекомендуется при проведении глубокого сверления периодически проводить очистку инструмента от стружки. Для сверления применяют инструменты из быстрорежущих сталей Р12Р9К5, Р18Ф2, Р9М4К8, Р9К10, Р9Ф5, Ф2К8МЗ, Р6М5К5 и твердого сплава ВК8. При этом рекомендуются следующие параметры геометрии сверл: для угла наклона спиральной канавки 25−30, 2φ0 = 70−80°, 2φ = 120−130°, α = 12−15°, φ = 0−3°.
Для повышения производительности при обработке титановых сплавов резанием и увеличения стойкости применяемого инструмента используют жидкости типа РЗ СОЖ-8. Они относятся к галлоидосодержащим смазывающе-охлаждающим. Охлаждение обрабатываемых деталей проводится методом обильного орошения. Применение галлоидосодержащих жидкостей при обработке влечет за собой образование солевой корки на поверхности титановых деталей, которая с учетом нагрева и одновременного действия напряжения может вызвать солевую коррозию. Для предотвращения этого после обработки с применением РЗ СОЖ-8 детали подвергаются облагораживающему травлению, во время которого снимается поверхностный слой толщиной до 0,01 мм. Во время проведения сборочных операций применение РЗ СОЖ-8 не допускается.
Шлифовка
На обрабатываемость титановых сплавов существенно влияет их химический и фазовый состав, тип и параметры микроструктуры. Наиболее затруднена обработка титановых полуфабрикатов и деталей, имеющих грубую пластинчатую структуру. Такого рода структура имеется у фасонных отливок. Кроме того, фасонные отливки из титана имеют газонасыщенную корку на поверхности, которая сильно влияет на износ инструмента.
Проведение шлифовки титановых деталей затруднено из-за высокой склонности контактного схватывания во время трения. Оксидная поверхностная пленка легко разрушается во время трения под действием удельных нагрузок. В процессе трения в местах соприкосновения поверхностей происходит активное перенесение материала из обрабатываемой детали на инструмент («схватывание»). Способствуют этому так же и другие свойства сплавов титана: более низкая теплопроводность, повышение упругой деформации при сравнительно низком модуле упругости. Из-за выделения тепла на трущейся поверхности утолщается оксидная пленка, что в свою очередь повышает прочность поверхностного слоя.
При обработке деталей из титана применяются ленточное шлифование и шлифование абразивными кругами. Для промышленных сплавов наиболее распространено применение абразивных кругов из зеленого карбида кремния, который обладает большой твердостью и хрупкостью при стабильности физико-механических свойств с более высокими абразивными способностями, чем у черного карбида кремния.
Купить, цена
Компания ООО «Электровек-сталь» реализует металлопрокат по оптимальной цене. Она формируется с учетом ставок на LME (London metal exchange) и зависит от технологических особенностей производства без включения дополнительных затрат. Поставляем полуфабрикаты из титана и его сплавов в широком ассортименте. Все партии изделий имеют сертификат качества на соответствие требованиям стандартов. У нас вы можете купить оптом самую различную продукцию для масштабных производств. Широкий выбор, исчерпывающие консультации наших менеджеров, доступные цены и своевременность поставки определяют лицо нашей компании. При оптовых покупках действует система скидок
Токарная обработка титана, обработка титана, режимы обработки титана, режимы токарной обработки титана, выбор инструмента для токарной обработки титана, стратегии обработки титана. производительность обработки титана. | Проектная компания Высь ">
Чтобы снизить лункообразование, проточины необходимо выбирать инструмент с меньшим углом в плане или пластины круглой формы.
На производительность обработки титановых сплавов большое влияние оказывают: главный угол в плане, подача и толщина стружки.
Ввиду малых скоростей при обработке титана наблюдается высокое трение инструмента, что вызывает большое выделение тепла. Так при выборе малых радиусов при вершине режущей пластины этот радиус просто «сгорает», поэтому выбираем радиусы побольше. Контролировать температуру в зоне резания можно скоростью, толщиной стружки и глубиной резания.
Обязательно применение СОЖ, и желательно под высоким давлением. Необходимо точно направить подачу СОЖ в зону резания. Используя СОЖ под давлением (80 бар) можно повысить скорость резания на 20%, стойкость инструмента на 50%, а также улучшить стружкодробление.
Для обработки титановых сплавов не используйте инструменты на основе керамики.
Выбор инструмента для наружной токарной обработки
Предварительная обработка:
— Квадратные пластины с большим радиусом вершины, возможно назначить большую глубину резания.
— Круглые пластины больших размеров.
— Использовать стружколомы для тяжелой обработки, стружколомы снижающие силу резания, стружколомы с улучшенным контролем стружкообразования.
— Используйте твердые сплавы без покрытия.
Промежуточная обработка:
— Круглые пластины (имеется возможность назначить высокие скорости резания, высокую подачу, присутствует меньший износ, небольшая глубина резания.)
— Использовать сплавы без покрытия, или как вариант PVD-покрытие для обеспечения сочетания прочность-износостойкость.
— Снижать подачу при увеличении глубины.
— Выбирать радиус пластины меньше, чем радиус скругления на детали, так не придется занижать радиус.
— На криволинейных участках снижайте подачу на 50%.
— Трохоидальное точение – первый выбор.
— Если невозможно трохоидальное точение используйте врезание под углом.
Окончательная обработка:
— Выбирайте пластины с шлифованными режущими кромками, они повышают стойкость и снижают силы резания.
— Предпочтение имеет острая геометрия, но также учитывайте требование стабильности при выборе геометрии и формы пластины.
— Для тонкостенных деталей выбирайте главный угол в плане Kr=45 градусов и радиус при вершине не более 3хap, острую геометрию с небольшим радиусом округления режущей кромки. Используйте относительно низкую подачу 0,15 мм/об.
— Для жестких деталей выбирайте большой радиус при вершине и большой радиус округления режущей кромки.
— Выбирайте сплав без покрытия, или с PVD-покрытием и острой кромкой для снижения сил резания и повышения скорости резания, или поликристаллический алмаз (PCD) для обеспечения высокой стойкости и скорости резания. По сравнению с твердым сплавом без покрытия PCD может увеличить скорость в 2 раза
2. Для снижения проточины режущей кромки также используйте постепенное плавное врезание , по сути получается обкатка профиля при этом исключая обработку фаски. Так на режущей кромке один участок воспринимает нагрузку при врезании, а другой нагрузку установившегося резания. Фаску можно выполнить отдельным инструментом с движением инструмента под 90 градусов.
3. Врезание под углом или различные глубины резания при многопроходной обработке также помогает минимизировать проточины. При этом не рекомендуется выбирать глубину резания менее 0,25 мм, иначе будет происходить выкрашивание режущей кромки.
4. Выбирайте глубину резания 15% от диаметра пластины или 15% от радиуса не круглой пластины
. Максимальная глубина резания не должна превышать 25% диаметра режущей пластины, чтобы не было большой величины контакта и вибраций. Обработку с большой глубиной резания рекомендуется проводить после удаления корки, т.е. резание большой глубиной должно быть без корки.
Режимы токарной обработки титана
Для обработки титана характерны малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение.
Предварительная обработка (тяжелая черновая обработка, удаление корки и т.д.): ap=3-10 мм, fn=0.3-0.8 мм, Vc=25 м/мин.
Промежуточная обработка (черновая, получистовая обработка без корки, профильная обработка и т.д.): ap=0.5-4 мм, fn=0.2-0.5 мм, Vc=40-80 м/мин.
Окончательная обработка
(получистовая, чистовая обработка, финишная обработка и т.д.): ap=0,25-0,5 мм, fn=0.1-0.4 мм, Vc=80-120 м/мин.
Выбор инструмента для внутреннего растачивания
Предварительная обработка:
— Главный угол в плане 90 град, но не менее 75 град. Это снизит отжатие оправки и вибрации.
— Используйте твердый сплав без покрытия.
— Используйте максимально возможный диаметр оправки и минимальный вылет.
Промежуточная обработка:
— Главный угол в плане 93 град, угол при вершине 55 град.
— Стружколом обеспечивающий низкие силы резания.
Окончательная обработка:
— Позитивные пластины с задним углом и острая геометрия для снижения сил резания и меньшего отжатия инструмента.
— Шлифованная пластина, угол при вершине 55 град, главный угол в плане 93 град
— Твердый сплав без покрытия.
— Максимально возможный диаметр оправки, минимальный вылет
— При необходимости антивибрационный инструмент.
Обрабатываемость стали зависит от состава легирующих элементов, методов термообработки и способа получения заготовки (отливка, поковка и т. д.).
При обработке низкоуглеродистых сталей основной проблемой является образование наростов и заусенцев. При обработке сталей высокой твёрдости важное значение приобретает взаимное расположение заготовки и фрезы для предотвращения выкрашивания режущей кромки.
При фрезеровании стали всегда строго соблюдайте наши рекомендации по расположению фрезы во избежание излишнего увеличения толщины стружки на выходе, а также по возможности не применяйте СОЖ, в особенности при выполнении черновой обработки.
Фрезерование нержавеющей стали
Нержавеющую сталь можно разделить на ферритную/мартенситную, аустенитную и дуплексную (аустенитную/ферритную). При этом для каждого вида предлагаются свои рекомендации по фрезерованию.
Фрезерование ферритной/мартенситной нержавеющей стали
Классификация материала: P5.x
Ферритные нержавеющие стали имеют обрабатываемость, схожую с низколегированными сталями, поэтому при их обработке можно руководствоваться общими рекомендациями по фрезерованию стали.
Мартенситные нержавеющие стали более склонны к упрочнению в процессе резания и вызывают очень высокие силы резания при врезании в заготовку. Для получения оптимальных результатов выбирайте правильную траекторию инструмента и метод вход в резание по дуге, а также более высокую скорость резания v c , чтобы преодолеть эффект упрочнения. Более высокая скорость резания и более прочный сплав в сочетании с усиленной режущей кромкой способствуют повышению стабильности.
Фрезерование аустенитной и дуплексной нержавеющей стали
Классификация материала: M1.x, M2.x и M3.x
Основными видами износа при фрезеровании аустенитых и дуплексных нержавеющих сталей являются выкрашивание режущих кромок, возникающее в результате возникновения термических трещин, образование проточин и наростов и налипание материала. Среди характерных дефектов деталей можно назвать образование заусенцев и низкое качество обработанных поверхностей.
Термические трещины
Выкрашивание режущих кромок
Образование заусенцев и низкое качество обработанных поверхностей
- Во избежание образования наростов на режущих кромках выбирайте высокую скорость резания (v c = 150 – 250 м/мин).
- Работайте без применения СОЖ для минимизации риска возникновения термических трещин
- Иногда необходимо применять СОЖ, предпочтительно в виде масляного тумана или тончайшей плёнки для улучшения качества поверхности. При чистовом фрезеровании риск возникновения термических трещин снижается, так как в зоне резания выделяется меньшее количество тепла.
- Используйте сплавы типа кермет для обеспечения высокого качества поверхности при работе без СОЖ
- Слишком низкое значение подачи f z может вызвать чрезмерный износ пластины, так как в этом случае режущая кромка будет работать в поверхностно упрочнённой зоне.
Фрезерование чугуна
Существует пять основных типов чугуна:
- Серый чугун (GCI)
- Чугун с шаровидным графитом (NCI)
- Ковкий чугун (MCI)
- Отпущенный ковкий чугун (ADI)
Серый чугун (GCI)
Классификация материала: K2.x
Основными видами износа при фрезеровании серого чугуна являются абразивный износ по задней поверхности и термические трещины. Среди характерных дефектов деталей можно назвать выкрашивания в области выхода фрезы из резания и низкое качество обработанных поверхностей.
Типичный износ пластины
Выкрашивание на детали
- Работайте без применения СОЖ для минимизации риска возникновения термических трещин Используйте твердосплавные пластины с покрытием большой толщины.
- В случае выкрашивания материала заготовки:
- Проверьте износ по задней поверхности
- Уменьшите подачу f z для уменьшения толщины стружки.
- Выберите более острую геометрию
- Предпочтительно используйте фрезы с углом в плане 65/60/45 градусов
- При необходимости применения СОЖ для осаждения частиц пыли выбирайте соответствующие марки сплавов.
- Первым выбором всегда должен быть твёрдый сплав с покрытием. Однако возможно также использование керамики. Помните, что скорость резания v c должна быть очень высокой: от 800 до 1000 м/мин. Образование заусенцев на заготовке ограничивает скорость резания. Не применяйте СОЖ.
- Используйте твердосплавные пластины с тонким покрытием или без покрытия.
- Для чистовой обработки с высокой скоростью резания можно использовать сплавы на основе CBN. Не применяйте СОЖ.
Чугун с шаровидным графитом
Классификация материала: K3.x
Обрабатываемость ферритного и ферритно-перлитного чугуна с шаровидным графитом очень близка к обрабатываемости низколегированных сталей. В связи с этим при выборе инструментов, сплавов и геометрий пластин можно руководствоваться общими рекомендациями для фрезерования сталей.
Перлитный чугун с шаровидным графитом является более абразивным материалом, поэтому для него рекомендуется использовать сплавы для обработки чугуна.
Для получения оптимальных результатов используйте сплавы с покрытием PVD и СОЖ.
Чугун с вермикулярным графитом (CGI)
Классификация материала: K4.x
Данный тип чугуна CGI нередко имеет на 80% перлитную структуру и чаще всего подвергается обработке фрезерованием. В качестве типичных деталей можно назвать блоки двигателей, головки блоков цилиндров и выпускные коллекторы.
Круговое фрезерование может стать отличной альтернативной традиционному растачиванию цилиндров из CGI.
Отпущенный ковкий чугун (ADI)
Классификация материала: K5.x
Как правило, черновая обработка выполняется в незакалённом состоянии и может быть сравнима с фрезерованием высоколегированной стали.
Напротив, чистовая обработка выполняется по закалённому материалу, который отличается высокой абразивностью. Этот процесс можно сравнить с фрезерованием закалённых сталей группы ISO H. В связи с этим предпочтительно использовать сплавы с высокой стойкостью к абразивному износу.
По сравнению с фрезерованием чугуна с вермикулярным графитом стойкость инструмента при обработке отпущенного ковкого чугуна ниже примерно на 40%, а силы резания – выше примерно на 40%.
Фрезерование цветных металлов
Группа цветных металлов включает не только алюминиевые сплавы, но также сплавы на основе магния, меди и цинка. Обрабатываемость может быть различной, в первую очередь в зависимости от содержания кремния. Самым распространённым типом является доэвтектический алюминий с содержанием кремния ниже 13%.
Алюминий с содержанием кремния ниже 13%
Классификация материала: N1.1-3
Основными видами износа является наростообразование и налипание материала на режущие кромки, что ведёт к образованию заусенцев и ухудшению качества обработанных поверхностей. Для предотвращения появления царапин на поверхностях деталей важное значение имеет нормальное образование и эвакуация стружки.
Режущая пластина с вставками из PCD
- Используйте пластины с вставками из PCD и острой, полированной режущей кромкой для хорошего дробления стружки и предотвращения образования наростов.
- Выбирайте пластины с положительной геометрией и острыми режущими кромками.
- В отличие от фрезерования других материалов, обработка алюминиевых сплавов должна всегда осуществляться с применением СОЖ. Это позволяет предотвратить налипание материала на режущие кромки и улучшить качество обработанных поверхностей.
- Содержание кремния < 8%: Используйте СОЖ с концентрацией 5%.
- Содержание кремния 8–12%: Используйте СОЖ с концентрацией 10%.
- Содержание кремния > 12%: Используйте СОЖ с концентрацией 15%.
- Более высокая скорость резания, как правило, способствует улучшению результатов и не оказывает негативного влияния на стойкость инструмента.
- Рекомендуется выбирать значение h ex в диапазоне от 0,10 до 0,20 мм. Слишком низкие значения могут приводить к образованию заусенцев.
Внимание: не допускайте превышения максимальной частоты вращения фрезы.
- В связи с высокой минутной подачей выполняйте обработку на станках с функцией расчёта траектории на основе упреждающего считывания и анализа кода программы во избежание нарушения размеров.
- Стойкость инструмента часто ограничивается образованием заусенцев и низким качеством обработанных поверхностей часто. Износ пластин не может являться критерием стойкости инструмента.
Фрезерование жаропрочных сплавов (HRSA)
Жаропрочные сплавы (HRSA) можно разделить на три группы: сплавы на основе никеля, железа и кобальта. Титан может быть технически чистым или входить в состав сплава. Как жаропрочные, так и титановые сплавы характеризуются плохой обрабатываемостью, в особенности после старения, что предъявляет особые требования к режущим инструментам.
Жаропрочные сплавы и титан
Фрезерование жаропрочных сплавов и титана нередко требует использования станков с высокой жёсткостью, а также с высокой мощностью и крутящим моментом при низкой частоте вращения. Образование проточин и выкрашивание кромки – это самые распространённые типы износа. Выделение большого количества тепла ограничивает скорость резания.
Используйте круглые пластины для минимизации образования проточин
- По возможности всегда используйте круглые пластины для усиления эффекта утончения стружки
- При глубине резания менее 5 мм главный угол в плане должен составлять менее 45°. Как показывает практика, лучше всего использовать круглые пластины с положительной геометрией
- Высокая точность фрезы в осевом и радиальном направлении имеет важное значение для поддержания постоянной нагрузки на зуб и стабильности процесса и позволяет избежать повреждения отдельных пластин фрезы
- Рекомендуется выбирать пластины с положительной геометрией и оптимизированным округлением режущих кромок во избежание налипания стружки на выходе кромки из резания
- Эффективное число зубьев, участвующих в процессе резания, должно быть максимально возможным Это обеспечит хорошую производительность при условии надлежащей стабильности. Используйте фрезы с мелким шагом
= стойкость инструмента
= снижение стойкости инструмента при увеличении режимов резания
Изменение режимов резания в разной степени влияет на стойкость инструмента. Самое большое влияние имеет скорость резания v c , затем a e и т. д.
СОЖ
В отличие от фрезерования большинства других материалов, обработка должна всегда осуществляться с применением СОЖ. Это позволяет облегчить снятие стружки, ограничить выделение тепла в зоне резания и предотвратить вторичное резание стружки. При этом предпочтительным является подвод СОЖ через шпиндель/инструмент под высоким давлением (70 бар) вместо наружного подвода при низком давлении.
Подвод СОЖ через инструмент
даёт определённые преимущества при
использовании твердосплавных пластин
Износ режущих пластин/инструмента
Самыми распространёнными причинами поломки инструмента и плохого качества обработанных поверхностей являются образование проточин, чрезмерный износ по задней поверхности и выкрашивание режущей кромки.
Лучший способ избежать этого – регулярная смена режущих кромок, гарантирующая надёжный и стабильный процесс. Износ по задней поверхности не должен превышать 0,2 мм для фрез с главным углом в плане 90 градусов, и максимум 0,3 мм для круглых пластин.
Типичный износ пластины
Фреза с керамическими пластинами для черновой обработки жаропрочных сплавов
Скорость резания при использовании керамических пластин, как правило, в 20–30 раз выше скорости при использовании твёрдого сплава, при более низкой подаче (~0,1 мм/зуб), результатом чего становится более высокая производительность. Благодаря прерывистому характеру резания во время этой операции выделяется меньше тепла, чем при точении. Благодаря этому скорость резания может достигать 700–1000 м/мин при фрезеровании по сравнению с 200–300 м/мин при точении.
- Используйте преимущественно круглые пластины для обеспечения малого главного угла в плане и предотвращения образования проточин
- Не применяйте СОЖ.
- Не используйте керамику для обработки титана.
- Керамика оказывает негативное влияние на свойства поверхности и поэтому не должна использоваться на чистовых этапах обработки.
- Максимальный износ по задней поверхности при использовании керамических пластин для обработки жаропрочных сплавов составляет 0,6 мм.
Фрезерование закалённых сталей
Эта группа включает закалённые и отпущенные стали с твёрдостью > 45–65 HRC.
Типичные детали для обработки фрезерованием:
- Чеканочные штампы из инструментальной стали
- Пресс-формы
- Ковочные штампы
- Литейные штампы
- Топливные насосы
Основными проблемами являются абразивный износ по задней поверхности пластин и выкрашивание материала заготовки.
- Используйте пластины с положительной геометрией и острыми режущими кромками. Это позволит уменьшить силы резания и обеспечить более плавный процесс резания.
- Работайте без применения СОЖ.
- Подходящим методом является трохоидальное фрезерование, которое предполагает высокую минутную подачу в сочетании с низкими силами резания, что способствует уменьшению температуры на режущей кромке и заготовке и, как следствие, положительно влияет на производительность, стойкость инструмента и размерную точность деталей.
- При торцевом фрезеровании также рекомендуется использовать стратегию обработки, которую можно охарактеризовать как «лёгкая и быстрая», то есть с малой глубиной резания a e и a p . Используйте фрезы с мелким шагом и выбирайте относительно высокую скорость резания.