Оброблення титанових сплавів
 | Було запропоновано приєднати цю статтю або розділ до Титанові сплави, але, можливо, це варто додатково обговорити. Пропозиція з квітня 2022. |
Оброблення титанових сплавів — низка технологічних процесів, пов'язаних із використанням методів і способів обробки сплавів на основі титану у закінчені вироби або елементи машин із застосуванням відповідного обладнання, верстатів, інструментів та режимів впливу на об'єкт обробки.
Докладніше: Титанові сплави
Висока хімічна активність титану при підвищених температурах, низька теплопровідність і здатність створювати в’язку ненавиваючуся стружку ускладнює механічну обробку титану. Висока температура в місці контакту інструменту і заготовки призводить до подовження стружки і газонасищення металу, наслідком чого є втрата пластичності. В результаті площа контакту стружки і передньої поверхні різця зменшується, при цьому в місці контакту зростає тиск і температура. В таких умовах відбувається налипання титану на ріжучу поверхню і періодичний зрив наросту під тиском нової стружки. Зриви наросту призводять до виривання мікрочастинок твердого сплаву ріжучого інструменту, наслідком чого є втрата геометричних розмірів і ґвалтовний зріст сил різання і температури. Для зменшення температури застосовується інтенсивне охолодження, малі швидкості різання з великими подачами і глибиною різання. Інструмент повинен мати високу чистоту обробки граней, велику міцність і малий виліт з різцетримача. Різання здійснюється інструментом з пластинами з твердого сплаву ВК6М, для чистової і напівчистової обробки допускається використання твердого сплаву ВК2. Також обробку можна здійснювати інструментом зі сталей класифікованих як швидкоріжучі (HSS, HS). Для охолодження застосовуються емульсії звичайного складу.
Для токарної обробки пластично оброблених (кованих, штампованих) заготовок найкращі результати досягаються із застосуванням плитки зі сплаву ВК8. Для чорнової обробки рекомендовані геометричні розміри різця: передній кут γ = 0, задній кут α = 12°, головний кут в плані ϕ1 = 45°, допоміжний кут в плані ϕ = 14°. Швидкість різання повинна складати ϑ = 25 — 35 м/хв, подача s = 0,5 — 0,8 мм/об, глибина різання t = 2 мм. Для чистової обробки рекомендовано використовувати різці з пластинами зі сплаву ВК6М, з наступною геометрією граней: γ = 8 — 10°; α = α1 = 10°; ϕ1 = 45°; ϕ = 15°; λ = 7°; γфас = — 5°; fфас = 0,5 мм; r = 0,5 мм. Граничною величиною зносу приймається зношення по задній поверхні hз = 0,4 — 0,5 мм. При перевищенні вищевказаного параметру, якість обробленої поверхні суттєво погіршується.
Порівняно з токарною обробкою, фрезерування титану додатково ускладнено фактором удару зубу інструменту при вході в заготовку і зміною товщини зрізу в залежності від кута повороту фрези. В таких умовах небезпеку представляє схватування металу з зубами фрези, що призводить до їх пошкоджень. Для запобігання схватування необхідно застосувати попутне фрезерування з інтенсивним охолодженням. При торцевому фрезеруванні титану і його сплавів заготовку необхідно зміщувати в сторону виходу зубу фрези. При несиметричному фрезеруванні стійкість фрези збільшується в 3 — 4 рази. При фрезуванні рекомендовано використовувати пластини зі сплаву ВК6М. Швидкість різання повинна складати 40 — 60 м/хв, подача на один зуб sz = 0,05 — 0,15 мм/зуб при зміщенні фрези в межах 0,05 — 0,1. При виборі охолоджувальної емульсії варто врахувати, що для зменшення зносу фрез крім відведення тепла необхідно забезпечити зменшення коефіцієнту тертя між поверхнями. Кращі результати запевняє веретенне масло, сульфофрезол, мінеральне графітоване масло.
Свердління титану також має певні специфічні особливості. Швидкість різання змінюється від 0 в центрі до максимальної на периферії ріжучої окрайки. Неправильний вибір свердла і параметрів обробки призводить до налипання металу і збивання в рівцях свердла наслідком чого є збільшення опору різання аж до знищення інструменту. Для свердління титану належить використовувати свердла зі швидкоріжучих сталей чи з напайкою пластин з твердого сплаву ВК8 з робочою довжиною, яка дорівнює 2 — 5 діаметрам. Швидкість різання твердосплавними свердлами повинна складати 30 — 50 м/хв, швидкоріжучими — 15 — 20 м/хв. Подача для свердл діаметром до 10 мм складає 0,03 — 0,06 мм/об; для свердл діаметром 10 — 20 мм з твердосплавною напайкою — 0,04 — 0,1 мм/об. Подача для свердл з швидкоріжучих сталей на 20 — 30% менше. Для охолодження застосовується 5%-ва емульсія.
Для обробки точних отворів в деталях з титану і його сплавах застосовуються розвертки зі швидкоріжучих сталей або із ріжучими поверхнями з твердого сплаву ВК8 і ВК4. Геометрія інструменту і режими різання підбираються індивідуально, в залежності від геометрії оброблюваного отвору і технічних можливостей верстата. Для зменшення викришування ріжучого вістря ширина калібруючої стрічки вибирається в границях 0,1 — 0,15 мм, а кут забірного конусу ϕ = 3 — 5°. Глибина різання при розвірчування визначається в залежності від відхилень геометричної форми оброблюваного отвору і товщини шару деформаційно зміцненого металу. Варто підкреслити, що калібруюча частина розвертки повинна працювати поза верствою деформаційного зміцнення. Швидкість різання для розверток зі швидкоріжучої сталі повинна складати ϑ = 2,0 — 2,5 м/хв, подача s0 = 0,05 — 0,2 мм/об, глибина різання t = 0,05 — 0,1 мм. Для розверток з твердого сплаву: ϑ = 10 — 15 м/хв, s0 = 0,1 — 0,2 мм/об, t = 0,05 — 0,15 мм. Охолодження здійснюється 5% розчином емульсола в воді, сульфофрезолом, олеїновою кислотою.
Нарізання різьби є найбільш складним процесом механічної обробки титанових деталей. Якщо нарізання зовнішньої різьби мало чим відрізняється від технології точіння, то нарізання внутрішньої різьби мітчиком значно ускладнено, через одночасний контакт з матеріалом як всіх зубів, так і допоміжних поверхонь та складності підведення охолоджуваної рідини. В результаті збігу вищенаведених факторів, під час роботи, металева стружка налипає на задні поверхні мітчика, що спричиняє защемлення зубів, збільшує сумарний крутячий момент, необхідний для роботи, що призводить до поломки інструменту.
Мітчики для обробки титану і його сплавів найчастіше виготовляють з поліпшених швидкоріжучих сталей Р9К5, Р9Ф5, Р10К5Ф5, Р18Ф4К8М або твердих сплавів. Мітчики стандартної конструкції і геометрії непридатні до обробки титану. Хороший результат показує застосування корегованих мітчиків, які мають кут профілю менше кута профілю нарізуваної різьби. При такому профілі виникають зазори між металом і боковими поверхнями ріжучих зубів, в зв’язку з чим зменшуються сили тертя, защемлення зубів і охолоджувально-мастильна рідина легше проникає до зони різання. Бажаний профіль різьби отримується в результаті зворотної конусності по середньому діаметру мітчика. При нарізанні стандартної метричної різьби (α0 = 60°) кут профілю мітчика повинен складати α1 = 55°. Оптимальна геометрія мечика: γ = 7°; α = 8 — 10°; ϕ = 2°30’ — 7°30’. Швидкість різання повинна складати 1 — 4 м/хв. В якості охолоджувально-мастильної рідини необхідно застосовувати олеїнову кислоту, окислений гас, або суміш 60% сульфофрезола, 25% гасу і 15% олеїнової кислоти.
Для стругання титану необхідно використовувати різці, оснащені твердосплавними плитками зі сплаву ВК8В. Параметри різання: для грубого стругання глибина різання t = 4 — 6 мм, подачу s = 0,5 — 1 мм/подвійний хід, швидкість ϑ = 8 — 12 м/хв; при чистовому струганні t = 2 — 3 мм, s = 0,2 — 0,3 мм/ подвійний хід, ϑ = 10 — 14 м/хв.
Для якісного шліфування титану істотну роль відіграє матеріал абразиву. Найкращі результати дають матеріали хімічно інертні до титану, зокрема карбід кремнію і окис алюмінію. Шліфування здійснюється кругами зернистістю 25 — 16, твердістю СМ1 — СМ2. Швидкість круга ϑК = 20 — 25 м/с, швидкість деталі ϑД = 12 м/хв, s = (0,2 — 0,3)b мм/об (b — ширина круга), t = 0,02 — 0,03 мм. В якості охолоджувальної рідини застосовується 10% водний розчин нітриту натрію або 4% розчин бромистого калію.
На виробництвах часто застосовується шліфування абразивною стрічкою, яке дає кращу якість поверхні, за рахунок більш рівномірного зношення абразиву і активного відведення тепла. Варто підкреслити, що сухе шліфування і охолодження маслянистими маслами не допускається, через легкозаймистість титанового пилу. Оптимальна швидкість обробки титана стрічкою 10 — 16 м/с.
Полірування титанових виробів здійснюється порошками карбіду кремнію №25 для чорнової обробки і №10 для чистової нанесеними на повстяний круг. Тонке полірування відбувається пастою. Швидкість круга – 20 — 25 м/с, при цьому досягається якість поверхні на рівні Rz = 0,63 мкм.
- ↑ Шеленков Георгий, Блащук Виктор, Мелехов Ростислав, Романив Олег, Вовк Степан (1984). Изготовление и эксплуатация оборудования из титана (Російською) . Київ: ТЕХНІКА. с. 62—67.