CNC draaien van onderdelen van titaniumlegering

CNC draaien van titaniumlegeringsonderdelen voor auto's

Echter, CNC-draaibewerking van onderdelen van titaniumlegering is erg moeilijk, wat mechanische technologen ontmoedigend maakt. Ze zijn van mening dat de superprestaties van een titaniumlegering de bewerkbaarheid ervan aanzienlijk verzwakken “vaardigheid”, waardoor de CNC-bewerking uiterst uitdagend is.

Hoewel deze opvatting redelijk is, het is niet alomvattend. Dit artikel bespreekt de draaistrategie van titaniumlegeringen, wat nuttig zal zijn voor mechanische technologen om een ​​dergelijk breed scala aan moeilijk te bewerken materialen te verwerken en nieuwe snijtechnieken toe te passen.

Producent van titaniumlegeringen Bill Headland, senior projectexpert bij RTI International Metals, wees erop dat hoewel veel verwerkingsbedrijven de verwerking van titaniumlegeringsonderdelen als een lastige manier beschouwen. Maar eigenlijk, titaniumlegeringen omvatten een breed scala aan variëteiten, en je moet weten welk cijfer je verwerkt. Er zijn veel soorten titaniumlegeringen, sommige soorten zijn uiterst moeilijk te CNC-bewerkingen, terwijl andere relatief eenvoudig te CNC-bewerkingen zijn. Commercieel puur titanium (CP-klasse) is een niet-gelegeerd materiaal dat gewoonlijk wordt gebruikt bij de vervaardiging van medische onderdelen, warmtewisselaars en brilmonturen. CP-soorten hebben een uitstekende corrosieweerstand en zijn relatief eenvoudig te verwerken. Maar vergeleken met andere titaniumlegeringen, de sterkte ervan is zeer laag, en het is plakkerig en zacht.

Na toevoeging van een legering aan puur titanium, zijn kristalfase (kristal structuur) is gewijzigd, en de kenmerken en bewerkbaarheid van het materiaal zijn ook veranderd. Alfa-titaniumlegeringen en quasi-alfa-titaniumlegeringen bevatten additieven zoals nikkel, aluminium, en vanadium. De CNC-bewerkbaarheid van deze titaniumlegeringen van gemiddelde kwaliteit is redelijk goed. α-β titanium alloy grades may contain more aluminum and vanadium. The mainstream industrial titanium alloy Ti6Al4V is an α-β titanium alloy grade, which contains about 6% aluminum and 4% vanadium. Ti6Al4V and its variants account for about 50%-70% of the titanium alloys currently used.

Beta-grade titanium alloys with iron and chromium added are one of the most difficult grades to process. Due to its high fracture toughness and excellent resistance to high cycle fatigue, the machinability of the β grade is similar to that of Hastelloy nickel-based alloys and similar materials. A typical application example is the manufacture of light springs, which are used to trigger the foldable tail of tactical missiles launched underwater.

Various titanium alloys show different CNC turning performance. Sommige mensen zijn van mening dat de tijd die nodig is om een ​​Ti6Al4V-werkstuk te bewerken gewoonlijk drie keer zo lang is als die van het CNC-bewerkingen van een stalen onderdeel;
Sommige mensen zeggen dat de CNC-bewerking van een moeilijk te bewerken werkstuk van het merk Ti5553 twee keer zo lang duurt als de bewerking van een Ti6Al4V-werkstuk.

Bij het draaien van titaniumverwerking, het belangrijkste kenmerk van titaniumlegeringen is een slechte thermische geleidbaarheid. Omdat de hoge temperatuur die tijdens het draaien ontstaat, moeilijk door het werkstuk kan worden geabsorbeerd en zich op de snijkant van het gereedschap kan concentreren, overmatige hitte bevordert een chemische reactie tussen de snijkant en de spanen en veroorzaakt halvemaanvormige slijtage.

Titaniumlegeringen hebben ook de neiging tot harding, het is dus belangrijk om titanium te verwijderen door afschuiven in plaats van door extrusie. In aanvulling, hoewel titaniumlegeringen een hoge sterkte hebben, ze hebben ook een lage elasticiteitsmodulus. Dit betekent dat vergeleken met andere materialen, titaniumlegeringen zijn relatief elastischer en verlaten gemakkelijker de snijkant (vooral bij het zagen met lichte belasting). Deze kenmerken van titaniumlegeringen volledig in overweging nemen, om het draaien van titaniumlegeringen succesvol te realiseren, de sleutel is om het evenwicht van de snijsnelheid te bereiken, voedingssnelheid en snijdiepte.

CNC draaien van medische onderdelen van titaniumlegering

CNC-snijsnelheid is de belangrijkste factor die de productie van snijwarmte beïnvloedt. Stefan Gyllengahm, een draaiexpert bij Sandvik Coromant, heeft drie en een half jaar besteed aan het ontwikkelen van gereedschapskwaliteiten voor gereedschapsfabrikanten. Gedurende deze periode, hij voerde Ti6Al4V- en TC4-snijtests uit in het laboratorium. De resultaten toonden aan dat de keuze van de snijsnelheid zeer zorgvuldig moet zijn:
In sommige gevallen, wanneer de snijsnelheid wordt verhoogd met 10%-15%, de standtijd van het gereedschap zal worden verkort 40 stukken voor CNC-bewerking 6 stukken, wat aangeeft dat het instelbereik van de snijsnelheid te groot is. Hij ontdekte ook dat draaien met een snijsnelheid de levensduur van het gereedschap niet verkort, als de voedingssnelheid wordt verhoogd, er wordt een kritische temperatuur bereikt die de levensduur van het gereedschap zal aantasten. Omdat er een grensbereik is waar er te veel warmte is.

Gereedschapsgeometrie speelt een sleutelrol bij het beheersen van de spaanvorm om warmte af te voeren. De bredere en dunnere chip vergroot het contactoppervlak tussen de vormchip en de snijkant, waardoor de accumulatie van warmte op de snijkant wordt verminderd. If the chip is thinner and generates less heat, the cutting speed can be faster.

Bijvoorbeeld, when using a C-type (80°) diamond insert with a standard lead angle of -5° for rough machining, the chip thickness and the feed rate are approximately equal; The use of a square blade with a 45° lead angle allows the cut metal (and cutting heat) to spread along the longer cutting edge. The round blade in theory takes this concept to its extreme (but only when the depth of cut is small). Gyllengahm said that usually when the depth of cut is small, a round blade can be used to obtain very thin chips.
Echter, considering that the effective lead angle of a round blade with an inscribed circle of 12.7mm will decrease when the cutting depth is greater than 2mm, it is better to use a square blade. Want bij dezelfde snedediepte, het vierkante mes heeft nog steeds een instelhoek van 45°.

Bill Skoretz is de manager van de CNC-bewerkingsdivisie van Patriot Forge. Het bedrijf levert verschillende grondstoffen, variërend van laaggelegeerd staal en roestvrij staal tot speciale kwaliteiten aluminiumlegeringen en titaniumlegeringen. Soms worden ook onderdelen van titaniumlegeringen CNC-gefreesd voor de klanten van het bedrijf. Bij het bespreken van de uitdagingen van het draaien van titaniumlegeringen, hij concentreerde zich op het beoordelen van de ervaring met koelmiddeltitaniumlegeringsmondstukken die worden gebruikt in draaiwalserijen. Dit is een corrosiebestendige titaniumlegering. Vanwege de veerkracht van de titaniumlegering, er moet een positieve gereedschapsgeometriehoek worden gebruikt, en er moet aandacht worden besteed aan de vorm van de gereedschapskop. Als de bodem- of spaanhoek van het gereedschap te klein is, het gereedschap begint spanning te genereren, wat veel problemen zal veroorzaken. Daarom, de beste balans moet worden gevonden tussen de positieve geometrische hoek van de gereedschapskop en de ondersteuning van de snijkant.

Skoretz beschreef de ontwikkelingsstatus van CNC-snijgereedschappen vanuit historisch perspectief. Vóór de ontwikkeling van hardmetalen gereedschappen, snelstaalgereedschappen werden voornamelijk gebruikt om staal te snijden. De opkomst van hardmetalen gereedschappen maakt het mogelijk een positieve geometrische hoek aan te nemen, maar de werktuigmachine moet voldoende kracht hebben. Het blad met een negatieve hellingshoek kan het materiaal van de titaniumlegering alleen vouwen of samenknijpen, maar het is moeilijk om het te verwijderen. Maar hij waarschuwde ook dat als de voorste hoek van het mes te groot is, het veroorzaakt ook spanning op het materiaal van de titaniumlegering. Daarom, er moet een evenwicht gevonden worden tussen drukspanning en trekspanning. Hij vertelde dat hij in het verleden wisselplaten met een T-vormig uiteinde van 0,1 mm of 0,13 mm op de snijkant had gebruikt. “Vooral voor de veiligheid van het mes, een te scherpe snijkant kan niet worden gebruikt omdat deze niet lang meegaat.” Bij de verwerking gebruikt hij ook snijvloeistoffen op oliebasis, maar maakt vooral gebruik van zijn smerende eigenschappen in plaats van zijn koelvermogen.

Andere verwerkingsateliers hebben ook verschillende draaimethoden voor titaniumlegeringen, omdat er voor elke materiaalverwijderingsbewerking verschillende oplossingen bestaan.

Mijn bedrijf heeft 30% van het bedrijf verwerkt auto-onderdelen, Veel daarvan zijn dure titaniumonderdelen. Omdat de beste raceteams bereid zijn extra te betalen voor lichtgewicht en sterke onderdelen om hun auto's op het door de regels toegestane minimumgewicht te houden. Maar op het zelfde moment, het kan nog steeds de controle behouden over de verdeling van zijn gehele lichaamsgewicht. Bijvoorbeeld, het verminderen van de massa van roterende delen en niet-ophangende delen (zoals wielen en remcomponenten) kan de acceleratie- en handlingprestaties effectief verbeteren. Tot de door ons bedrijf verwerkte onderdelen van titaniumlegering behoren onder meer onderdelen die tussen de remklauw en de rotor lopen.

Rayco-president Greg Cox verklaarde ook dat hij titaniumlegeringen met succes CNC-draait, er is een evenwichtige aanpak nodig. Hij is van mening dat bij het selecteren van snijparameters, het is belangrijk om tijdens de verwerking het titaniumwerkstukmateriaal niet samen te drukken, otherwise it is easy to produce work hardening and cause great troubles in processing. The processing parameters usually used by Rayco are: cutting speed 120sfm, feed amount 0.13-0.20mm.

The depth of cut is also important. Op dezelfde manier, a moderate depth of cut is the best choice. The maximum depth of cut used by Rayco is 0.8-1mm. Rayco’s titanium alloy parts can be processed in batches as high as 200 stukken, but most of them are between 5-20 stukken. Cox said that Rayco is also continuing to improve the process, but must be careful when it comes to cutting parameters, because titanium alloys are quite expensive, so as not to cause parts to be scrapped. The price of titanium alloys has risen rapidly, from US$47/lb to US$68/lb last year. De hoge prijs van titaniumlegeringen heeft ook de inventaris van werkstukmaterialen aangescherpt.

Scott Holland, algemeen directeur van de R&D en productietak van duikuitrustingfabrikant Atomic Aquatics, gezegd: Bij het verwerken van onderwaterademhalingsapparatuur met titaniumlegering, “we proberen altijd de verwerkingsefficiëntie voortdurend te verbeteren om de verwerkingstijd te verkorten, Verwerk meer werkstukken en verleng de standtijd van het gereedschap.” Maar toen ze probeerden meer onderdelen te bewerken, het gereedschap brak plotseling. Daarom, Nederland hoopt een optimaal evenwichtspunt te bereiken, maar deze balans bestaat niet alleen uit cijfers en procedures. Holland heeft bijna tien jaar ervaring in de verwerking van titaniumlegeringen. Hij vertrouwt ook op het observeren van de vorm van werkstukken en gereedschappen en het luisteren naar snijgeluiden om dit evenwicht onder de knie te krijgen. Holland zei dat het verwerken van titaniumlegeringen ook relatief eenvoudig kan zijn. “Als u scherp gereedschap gebruikt en het gereedschap vervangt volgens uw geschatte tijd, titaniumlegeringen kun je slechts binnen een beperkt bereik verwerken. Je kunt het op je eigen manier proberen, maar het werkt niet noodzakelijkerwijs. De verwerking van titaniumlegeringen kent bepaalde regels, als je deze regels beheerst, je kunt handig zijn. ”

Het toenemende gebruik van titaniumlegeringen heeft de ontwikkeling van de snijtechnologie bevorderd, die zich richt op het effectief draaien van titaniumlegeringen. Het verwerkingsmanagement en de technologie van Sandvik benadrukten dat bij het draaien van titaniumlegeringen, chemische slijtage is het belangrijkste mechanisme voor gereedschapsfalen, en snijden bij hoge temperaturen versnelt de chemische slijtage.

Wanneer de hete spanen krassen maken op het harkvlak van het gereedschap, zij eigenlijk “trekt” het kobalt uit het mes. Mills introduceerde een tweestapsmethode om de snijtemperatuur te verlagen: De eerste stap is het gebruik van gereedschapsgeometrieontwerp (zoals vierkante of ronde messen met een instelhoek van 45°) om de spaandikte te verminderen om de snijtemperatuur te verlagen en de hierdoor veroorzaakte kraterslijtage te verminderen. Eindelijk, er kan een hogere voedingssnelheid worden gebruikt en de standtijd kan worden verlengd; De tweede stap is het gebruik van een hogedrukkoelvloeistof met een speciale vorm. Deze koelvloeistof heeft niet alleen een hoge druk, maar presenteert ook een zeer nauwkeurig laminair straalpatroon, die een kan vormen “water wig” tussen de spanen en het harkvlak van het blad om de spanen op te houden. Minimaliseer het contact met het harkvlak, om kraterslijtage van het gereedschap te voorkomen.

Het Jetbreak-koelsysteem van Sandvik heeft een druk van 1000-3000 psi, een mondstuk met een diameter van 1.27 mm and a standard emulsion coolant. It not only has a cooling effect, but also can generate lift to hold the chips, which can reduce the friction and temperature between the chips and the rake face. Using this system can increase the cutting speed by 50%.

Mills described the effect of combining the above two cooling strategies: Using CNMG inserts with -5° lead angle to optimize cutting parameters (cutting speed: 40m/min, feed rate: 0.3mm/rev) when machining titanium alloys, the tool life is about 20 minuten; When machining with round inserts or square inserts with 45° lead angle, the cutting speed can be increased to 50-60m/min, the feed rate can be increased to 0.4mm/rev, and similar tool life can be maintained. Since more workpiece material can be removed in the same time, de productiviteit kan worden verdubbeld door alleen het vierkante mes te gebruiken. Als het hogedrukkoelsysteem opnieuw wordt gebruikt, de snijsnelheid kan met een andere worden verhoogd 50%.

Het hogedrukkoelmiddel moet door het kanaal in de machinespindel worden getransporteerd (niet de externe pijp). Het koelmiddel stroomt door een speciale connector op de Sandvik Capto snelwisselhouder, en Capto controleert de druk. Bij het installeren van de werktuigmachine, u kunt dit hogedrukkoelsysteem eenvoudig installeren.

Voor werkplaatsen die vaak onderdelen van titaniumlegeringen verwerken (vooral dure grote lucht- en ruimtevaartonderdelen), de 50% De toename van de productiviteit is hun investering in klauwplaten voor speciaal gereedschap en werktuigmachines die zijn uitgerust met hogedrukkoelsystemen waard. Dit hogedrukkoelsysteem heeft een uniek voordeel bij het draaien van titaniumlegeringen, omdat het geen halvemaanvormige slijtage veroorzaakt, zoals CNC-bewerking van andere werkstukmaterialen.