Дослідження процесу різання та обробки титанового сплаву

Титановий сплав є типовим матеріалом, який важко обробляти, і його характеристики обробки в основному відображаються в таких аспектах:

(1) Титановий сплав має високу міцність і високу твердість, тому обладнання для обробки повинно мати високу потужність, а інструмент повинен мати високу міцність і твердість.

(2) Площа контакту між стружкою та передньою поверхнею інструменту мала, а напруга на кінчику велика.

(3) Титановий сплав має високий коефіцієнт тертя та низьку теплопровідність. Довжина контакту між інструментом і стружкою коротка, і тепло від різання накопичується в невеликій зоні поблизу ріжучої кромки, яку непросто розподілити. Ці фактори підвищують температуру різання титанового сплаву, що призводить до швидшого зносу інструменту та погіршує якість обробки.

(4) Завдяки низькому модулю пружності титанового сплаву заготовка має великий відскок у процесі різання, що легко спричиняє знос задньої поверхні інструменту та деформацію заготовки.

(5) Титановий сплав є хімічно активним при високих температурах, і він легко вступає в хімічну реакцію з воднем, киснем та іншими газоподібними домішками в повітрі з утворенням загартованого шару, який ще більше посилює знос інструменту.

(6) Процес різання титанового сплаву, матеріал заготовки легко з’єднується з поверхнею інструменту, температура різання висока, тому інструмент схильний до дифузійного та адгезійного зносу.

2, аналіз процесу різання у виробництві трубопровідної арматури

2.1 Технологія обробки трубних деталей

На малюнку 1 зображено конструкцію трубчастого типу, її вибір матеріалу — труба зі сталі з титанового сплаву TA2M, специфікації матеріалу для φ63 × 3,5 × 130, кожну заготовку можна зробити окремо.

У процесі обробки, відповідно до вимог деталей, він може бути завершений токарною та фрезерною обробкою. Специфікація процесу обробки показана на малюнку 2.

Остаточні формовані деталі є тонкостінними. При механічній обробці з метою забезпечення відповідності геометричних розмірів деталі вимогам використання обробку не деформують. Тому під час точіння та фрезерування оправка повинна бути затиснута. У разі фрезерування виконується повторний затиск. Щоб мінімізувати сліди розрізів після фрезерування, зазор при затисканні оправки має бути якомога меншим. Після завершення фрезерування відбийте фрезу ножем і відшліфуйте.

2.2 Вибір інструментального матеріалу

Інструментальний матеріал для обробки титанового сплаву повинен мати такі властивості: хімічну стійкість при високих температурах; достатня міцність і в'язкість; хороша теплопровідність. При обробці титанового сплаву слід якомога більше вибирати інструментальний матеріал з малою спорідненістю до титанового сплаву. Інструмент виготовлено з цементованого карбіду YG8, а не з цементованого карбіду типу YT. Цементований карбід типу YT також містить Ti, тому буде створено спорідненість між тими самими елементами та виникне явище адгезії. Коли температура різання висока, коефіцієнт тертя вище, що збільшує знос інструменту. Геометрія інструменту показана в таблиці 3.

2.3 Оптимізація параметрів інструменту

3.3.1 Процес точіння

Через низьку теплопровідність титанового сплаву, щоб зменшити тепло, що утворюється від тертя між задньою стороною інструменту та обробленою поверхнею, задній кут інструменту має бути більшим. Задній кут інструмента для обробки загальних матеріалів становить {{0}} градус -8 градус; задній кут інструмента 0=14 градус -17 градус ; передній кут більший, 0=8 градус -12 градус, щоб забезпечити гостру ріжучу кромку, зменшити деформацію обробки та покращити якість поверхні; основний кут відхилення Kr=90 градус, щоб зменшити радіальну силу та запобігти вібрації; дуга ріжучої кромки rε менше або дорівнює 0,8 мм.

3.3.2 Фрезерування

На зовнішній поверхні, зображеній на малюнку 1, виконано три виїмки. Геометричні параметри, такі як передній і задній кути фрези, мають великий вплив на підвищення точності та ефективності різання та подовження терміну служби інструменту. Тому форму фрези необхідно вдосконалити за допомогою спеціальних заходів:

(1) Зменшіть виліт фрези. Якщо звис фрези занадто великий, жорсткість забезпечити важко. З огляду на забезпечення нормальної обробки заготовки, максимально скоротіть звис.

(2) Зменшіть глибину стружки ріжучої кромки фрези. Це збільшить термін служби фрезера.

2.4 Оптимізація параметрів різання

Для обробки різанням необхідно забезпечити як якість деталей, так і ефективність обробки, а також переконатися, що інструмент має певний термін служби.

(1) Груба обробка зовнішнього кола, необхідно забезпечити стійкість інструменту, швидкість різання v < 80м/хв, стійкість інструменту T=480мін. величина втягування t < 1 мм, швидкість подачі S < 0,15 мм / об. Груба обробка генерує підвищене тепло, збільшується витрата теплоносія.

(2) Основним завданням обробки деталей є забезпечення якості поверхні, точності обробки та належного терміну служби інструменту. Швидкість різання v Менше або дорівнює 80м/хв, відведення t Менше або дорівнює 0.3 мм, стійкість інструменту T=1080хв, подача S Менше або дорівнює 0,15 мм/об.

2.5 Заходи щодо підвищення стабільності системи обробки

Щоб отримати задовільну обробку деталей і ефективність, система повинна бути високостабільною.

(1) Зменшіть виступ інструмента, щоб уникнути його поломки під час сильного удару.

(2) Виберіть машину з високою жорсткістю шпинделя, щоб уникнути появи тремтіння системи процесу, спричиненого великим обсягом різання.

(3) Виберіть міцність затиску, щоб збільшити жорсткість системи.

3, аналіз проблеми різниці кольорів частин

У фактичному виробництві через наявність запасних частин деталі зазвичай використовуються партіями. Однак існує невелика різниця в кольорі між поверхнями двох партій. Це серйозно впливає на вимоги до якості серійного продукту. За допомогою аналізу основні причини різниці кольорів такі:

(1) Різні партії матеріалів, завдяки тому, що титановий сплав додається до елементів промислового чистого титанового сплаву, композиція різних партій матеріалів має різні відмінності, обробка буде відрізнятися у кольорі;

(2) Титановий сплав після обробки є високоактивним, легко реагує з речовинами в повітрі, так що поверхня деталей створює різні кольорові відмінності;

(3) Дві партії обробки різними операторами роблять шорсткість поверхні непослідовною, завдяки принципу дифузного відбиття світла висока шорсткість виглядає яскравішою, низька шорсткість виглядає темнішою;

(4) Через високу швидкість токарного верстата або гострі інструменти під час обробки, токарна обробка генерує багато тепла, яке не може бути виділено вчасно, а через високу активність титанового сплаву легко мати хімічні реакції з речовинами в повітря, що призводить до різного кольору на поверхні. Це для різних партій матеріалів;

(5) Оператор двох партій обробки, використовуваний інструментальний матеріал або геометричні параметри інструменту різні, так що дві партії змін поверхні матеріалу відрізняються, що призводить до двох партій різного кольору;

(6) Після того, як дві партії деталей були оброблені та не використовувалися протягом тривалого часу, титановий сплав буде дещо іншим. Завдяки активності титанового сплаву він вступає в реакцію з речовинами в повітрі, що призводить до різних кольорів на поверхні.

4, метод усунення різниці кольорів

Від якості поверхні деталей безпосередньо залежить зовнішній вигляд якості виробу. Спостерігаючи за поверхнею деталей двох партій, одна партія обробки матеріалу після різниці кольорів є однаковою. Існує лише невелика різниця в кольорі між різними партіями. Можна побачити, що стабільність тієї самої партії матеріалу краща, тому для усунення різниці кольорів можна використовувати наступні методи:

(1) для тієї самої партії продуктів, використовуючи ту саму партію деталей для обробки матеріалів, використання нульового запасу, тобто частини в цій партії одноразового використання для обробки, що також відповідає принципам ощадливого менеджменту: усунути непотрібні витрати.

(2) Деталі не можуть простоювати протягом тривалого часу після обробки, і вимагають, щоб одна партія використовувала той самий метод обробки, щоб шорсткість поверхні була рівномірною. Це гарантує, що поверхня тієї самої партії деталей матиме однакову кольорову різницю.

(3) Виберіть правильний інструментальний матеріал для обробки та вимагайте, щоб інструментальний матеріал мав високу стабільність при високих температурах. Він повинен мати достатню міцність і в'язкість. Матеріал інструменту також повинен мати теплопровідність. Виберіть інструментальний матеріал, який має невелику спорідненість до титанових сплавів. Як правило, твердосплавні інструментальні матеріали на основі YG використовуються для точіння титанових сплавів. Цей матеріал не вступає в хімічну реакцію під час механічної обробки, і та сама партія деталей залишатиметься незмінною.

(4) Правильно вибрати параметри геометрії інструменту під час обробки. Через низьку теплопровідність титанового сплаву, щоб зменшити тепло, що утворюється від тертя між задньою поверхнею інструменту та обробленою поверхнею, задній кут інструменту слід вибирати більшим. Передній кут має бути більшим, щоб забезпечити гостру кромку, зменшити деформацію при обробці та покращити якість обробленої поверхні. Основний кут зсуву становить 90 градусів для зменшення радіальної сили та запобігання вібрації. Дуга вершини інструменту не перевищує R0,8.

(5) Після вибору матеріалу інструменту та геометричних параметрів інструменту необхідне адекватне охолодження для забезпечення розсіювання тепла в зоні різання, що може покращити якість поверхні деталі, зробити поверхню деталі однорідним за кольором, і продовжити термін служби інструменту.

5 Висновок

Завдяки аналізу токарної обробки та фрезерування деталей із титанового сплаву можна здійснити пакетну обробку матеріалів із титанового сплаву відповідно до вимог використання. Аналіз проблеми різниці кольорів у виробництві виявив, що різниця кольорів між двома партіями оброблених деталей може бути матеріальною проблемою або проблемою обробки оператора, тобто оператори двох партій деталей різні. Якщо кожна партія продуктів вибирається з однієї партії матеріалів, методи обробки правильні, ви можете повністю усунути проблему різниці кольорів.