Zpracování titanu: počáteční vlastnosti materiálu, obtíže a druhy zpracování, princip činnosti, techniky a doporučení specialistů

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Dnes existuje skupina kovů, pro které je nutné vytvořit speciální podmínky, než se s nimi začne pracovat. Do této kategorie prací spadá obrábění titanu. Všechny obtíže a vlastnosti procesu jsou způsobeny skutečností, že tento materiál se vyznačuje zvýšenou tvrdostí.

Popis

Titan se vyznačuje tím, že je velmi pevný, má stříbřitou barvu a je také extrémně odolný vůči procesu rezivění. Vzhledem k tomu, že se na povrchu kovu vytváří film TiO_{2, má dobrou odolnost vůči všem vnějším vlivům. Pouze vliv látek, které ve svém složení obsahují alkálie, může negativně ovlivnit vlastnosti titanu. Při kontaktu s těmito chemikáliemi surovina ztrácí své pevnostní charakteristiky.}

Vzhledem k vysoké pevnosti výrobku je při soustružení titanu nutné používat nástroj z ultratvrdé slitiny a další speciální podmínky při práci na CNC soustruhu.

Co mám vzít v úvahu při zpracování?

Pokud je nutné pracovat s titanem, je třeba vzít v úvahu následující vlastnosti:

• První je lepení. Obrábění titanu pomocí soustruhu vytváří vysoké teploty, které způsobují roztavení materiálu a jeho přilnutí k řeznému nástroji.
• Při zpracování se také vyskytuje jemný rozptýlený prach. Může detonovat, a proto je velmi důležité během provozu přísně dodržovat všechny bezpečnostní předpisy.
• Aby bylo možné provádět vysoce kvalitní proces řezání tak těžkého kovu, je zapotřebí nástroj, který dokáže poskytnout vhodný režim.
• Pro řezání je také nutné vybrat speciální nástroj, protože titan se vyznačuje nízkou tepelnou vodivostí.

Po dokončení zpracování titanu se hotový díl obvykle zahřeje a poté se nechá vychladnout na vzduchu. Na povrchu materiálu se tak vytvoří ochranný film, který byl popsán výše.

Klasifikace metod zpracování

K řezání takových surovin je zapotřebí speciální nástroj a také CNC soustruh. Samotný proces je rozdělen do několika operací, z nichž každá se provádí podle své vlastní technologie.

Pokud jde o samotné operace, mohou být základní, střední nebo předběžné.

Při zpracování titanu na strojích si musíte pamatovat, že v tomto okamžiku dochází k vibracím. Aby částečněChcete-li tento problém vyřešit, můžete obrobek upevnit vícestupňovým způsobem a také to udělat co nejblíže vřetenu. Pro snížení vlivu teploty na proces obrábění se doporučuje používat nepovlakované jemnozrnné tvrdokovové frézy a speciální PVD destičky. Zde stojí za to věnovat pozornost skutečnosti, že při zpracování titanu řezáním se 85 až 90 % veškeré energie přemění na teplo, které pohltí třísky, zpracovávaný obrobek, frézy a kapalina. který je určen k chlazení. Obvykle teplota v pracovní oblasti dosahuje 1000-1100 stupňů Celsia.

Upravit parametry zpracování

Při zpracování takto odolného materiálu je třeba vzít v úvahu tři hlavní parametry:

• úhel upevnění pracovního nástroje;
• rychlost podávání;
• rychlost řezání.

Pokud tyto parametry upravíte, můžete je použít ke změně teploty zpracování. V různých režimech zpracování jsou pozorovány různé parametry těchto charakteristik.

Pro předúpravu s řezem horní vrstvy do 10 mm je povolen přídavek 1 mm. Pro práci v tomto režimu jsou obvykle nastaveny následující parametry. Za prvé je úhel upevnění od 3 do 10 mm a za druhé je rychlost posuvu od 0,3 do 0,8 mm a řezná rychlost je nastavena na 25 m/min.

Střední verze zpracování titanu zahrnuje odříznutí horní vrstvy od 0,5 do 4 mm a vytvoření rovnoměrné vrstvy s přídavkem 1 mm. Úhel fixace 0,5-4 mm, rozměr posuvu 0,2-0,5 mm, rychlost posuvu 40-80 m/min.

Hlavní možností zpracování je odstranění vrstvy 0,2-0,5 mm a také odstranění přídavků. Pracovní rychlost je 80-120 m/min, úhel upevnění je 0,25-0,5 mm a rychlost posuvu je 0,1-0,4 mm.

Je zde také velmi důležité poznamenat, že obrábění titanu na takovém zařízení se vždy provádí pouze s dodáním speciální chladicí emulze. Látka je přiváděna pod tlakem k pracovnímu nástroji. To je nezbytné pro vytvoření normálního teplotního režimu provozu.

Nástroj pro zpracování

Požadavky na nástroj pro zpracování materiálu jsou poměrně vysoké. Nejčastěji se zpracování titanu a slitin provádí pomocí fréz, které mají odnímatelné hlavy a jsou instalovány na CNC strojích. Pracovní nástroj je během provozu vystaven abrazivnímu, adhezivnímu a difúznímu opotřebení. Zvláštní pozornost by měla být věnována difúznímu opotřebení, protože v této době probíhá proces rozpouštění jak řezného materiálu, tak titanového polotovaru. Tyto procesy jsou nejaktivnější, pokud je teplota v rozmezí od 900 do 1200 stupňů Celsia.

Požadavky na nástroje

Vlastností zpracování titanu je také to, že je nutné zvolit pracovní nástroj v závislosti na zvoleném režimu provozu.

Pro práci v předběžném režimu jsou nejběžněji používané břitové destičky kulaté nebo čtvercové iC19. Tyto desky jsou vyrobeny ze speciální slitiny, která je označena jako H13A a nemá žádný povlak.

Pro úspěšné zpracování titanu intermediálním způsobem je již nutné používat pouze kulaté břitové destičky ze stejné slitiny H13A nebo ze slitiny GC1155 s PDV povlakem.

Pro nejzodpovědnější, základní způsob zpracování se používají kulaté trysky s brusnými břity, které jsou vyrobeny ze slitin H13A, GC 1105, CD 10.

Je důležité dodat, že při obrábění na CNC soustruzích je povolena nejmenší odchylka od tvaru součásti, která byla uvedena v zadání. Nejčastěji prvky vyrobené z takové slitiny nemají vůbec odchylky od normy.

Hlavní problém se zpracováním

Hlavním problémem, se kterým se setkáváme při zpracování této suroviny, je lepení a odírání nástroje. Z tohoto důvodu je tepelné zpracování titanu velmi obtížné. Kromě toho je spousta problémů způsobena tím, že kov má velmi nízkou tepelnou vodivost. Vzhledem k tomu, že ostatní kovy odolávají teplu mnohem slabší, při kontaktu s titanem tvoří nejčastěji slitinu. To je hlavní důvod rychlého opotřebení nástroje. Aby se poněkud omezilo odírání a ulpívání a také aby se odvedla část generovaného tepla, odborníci doporučují provést následující:

• Nejprve musíte použít chladicí kapalinu;
• za druhé při ostřeníobrobky, například by měly být použity nástroje ze stejných odolných materiálů;
• zatřetí, při zpracování surovin pomocí fréz je rychlost výrazně snížena, aby se snížilo teplo.

Oxidace a nitridace titanu

Vyplatí se začít s nitridací titanu, protože tento typ úpravy je mnohem obtížnější než oxidace. Technologický postup je následující. Titanový produkt se zahřeje na 850-950 stupňů Celsia, poté musí být díl umístěn na několik dní do prostředí s čistým dusíkem. Poté se na povrchu prvku vytvoří film nitridu titanu v důsledku chemických reakcí, které v těchto dnech proběhnou. Pokud vše proběhlo v pořádku, objeví se na titanu zlatě zbarvený film, který se bude vyznačovat zvýšenou pevností a odolností proti oděru.

Pokud jde o oxidaci titanu, metoda je velmi rozšířená a patří, stejně jako předchozí, k tepelnému zpracování titanu. Začátek procesu se neliší od nitridace, díl je nutné zahřát na teplotu 850 stupňů Celsia. K ochlazování ale nedochází postupně a v plynném prostředí, ale nárazově a za použití kapaliny. Tak je možné získat na povrchu titanu film, který s ním bude pevně spojen. Přítomnost tohoto typu filmu na povrchu vede ke zvýšení pevnosti a odolnosti proti oděru 15-100krát.

Spojovací díly

V některých případech jsou titanové výrobky součástí velkéhonávrhy. To naznačuje, že je potřeba spojovat různé materiály.

Za účelem spojení produktů z této suroviny se používají čtyři hlavní metody. Hlavním je svařování, používá se i pájení, mechanický způsob spojování zahrnující použití nýtů a šroubového spoje. K dnešnímu dni je hlavním způsobem zpracování pro spojování výrobků do jedné konstrukce svařování v prostředí inertního plynu nebo speciálních bezkyslíkových tavidel.

Pokud jde o pájení, tato metoda se používá pouze tehdy, pokud je svařování nemožné nebo nepraktické. Tento proces je komplikován některými chemickými reakcemi, ke kterým dochází v důsledku pájení. Chcete-li provést mechanické spojení pomocí šroubů nebo nýtů, budete také muset použít speciální materiál.