Hợp kim titan được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, y tế, ô tô và các lĩnh vực sản xuất cao cấp khác do các tính chất tuyệt vời của nó như độ bền cụ thể cao,Kháng ăn mòn và tương thích sinh họcTuy nhiên, khả năng gia công kém của nó, đặc trưng bởi nhiệt độ cắt cao, mài mòn công cụ nghiêm trọng và làm cứng dễ dàng, đặt ra những thách thức lớn cho các quy trình gia công.Giảm tiêu thụ công cụ và đảm bảo chất lượng đồ đạc, làm chủ ba điểm chính sau đây là điều cần thiết, tập trung vào lựa chọn lớp phủ và tối ưu hóa tham số cắt.
Điểm chính 1: Hiểu khả năng gia công của hợp kim titan
Trước khi lựa chọn lớp phủ và thiết lập các thông số cắt, cần phải làm rõ các đặc điểm nội tại của hợp kim titan ảnh hưởng đến chế biến,đó là cơ sở cho tối ưu hóa sau đó:
•Độ dẫn nhiệt thấp: Độ dẫn nhiệt của hợp kim titan chỉ 1/4 ~ 1/5 của thép.hầu hết nhiệt được tạo ra tích tụ trong khu vực cắt (mặt công cụ và khu vực tiếp xúc với mảnh làm việc) thay vì bị phân tán qua chip hoặc mảnh làm việc, dẫn đến nhiệt độ địa phương cực kỳ cao (lên đến 800 ~ 1000 ° C), tăng tốc độ mòn công cụ và biến dạng mảnh làm việc.
•Hoạt động hóa học cao: Ở nhiệt độ cao, hợp kim titan dễ dàng phản ứng với oxy, nitơ và carbon trong không khí để tạo thành các hợp chất cứng và dễ vỡ (như TiO2, TiN, TiC),mà sẽ làm tăng lực cắt và gây mòn mài của công cụNó cũng có thể liên kết với vật liệu công cụ, dẫn đến sự mòn dính.
•Xu hướng làm cứng: Hợp kim titan có độ bền cao và tác dụng làm cứng công việc rõ ràng. Trong quá trình cắt, bề mặt của mảnh làm việc có xu hướng làm cứng các lớp (sự cứng có thể tăng 20% ~ 50%),mà sẽ trầy xước công cụ và ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt của chế biến tiếp theo.
Lưu ý: P1 có thể là biểu đồ so sánh tính dẫn nhiệt giữa hợp kim titan và kim loại thông thường, hoặc sơ đồ vi mô của lớp làm cứng titan hợp kim sau khi cắt.
Điểm chính 2: Chọn hợp lý lớp phủ công cụ
Lớp phủ công cụ đóng một vai trò quan trọng trong gia công hợp kim titan bằng cách giảm ma sát, cô lập nhiệt độ cao, cải thiện sự ổn định hóa học và tăng khả năng mòn.Việc lựa chọn lớp phủ nên dựa trên loại hợp kim titan (chẳng hạn như Ti-6Al-4V, titan tinh khiết), phương pháp gia công (cắt, xoắn, khoan) và các yêu cầu gia công (khô, hoàn thiện).
2.1 Lớp phủ Titanium Nitride (TiN)
Lớp phủ TiN là một lớp phủ cứng truyền thống với độ cứng khoảng 2000 ~ 2500 HV và hệ số ma sát thấp (0,4 ~ 0,6).và có thể làm giảm hiệu quả mòn dính giữa công cụ và hợp kim titanTuy nhiên, khả năng chống oxy hóa của nó là kém, và nó sẽ oxy hóa và thất bại khi nhiệt độ vượt quá 500 ° C. Nó phù hợp với tốc độ thô của titan tinh khiết và titan hợp kim thấp,hoặc các kịch bản gia công với nhiệt độ cắt thấp.
2.2 Lớp phủ Titanium Carbonitride (TiCN)
Lớp phủ TiCN là một phiên bản cải tiến của TiN, với độ cứng 2500 ~ 3000 HV, khả năng chống mòn và ổn định nhiệt cao hơn TiN.Việc bổ sung các yếu tố carbon làm tăng khả năng chống mòn của lớp phủ với chất kết dính và mòn mài, và nhiệt độ chống oxy hóa của nó được tăng lên 600 ~ 650 °C. Nó phù hợp với xoắn và mài trung bình Ti-6Al-4V và các hợp kim titan thường được sử dụng khác,và có thể cân bằng hiệu quả gia công và tuổi thọ công cụ.
2.3 Lớp phủ Aluminium Titanium Nitride (AlTiN)
Lớp phủ AlTiN là một lớp phủ chống nhiệt độ cao với hiệu suất toàn diện tuyệt vời, với độ cứng 3000 ~ 3500 HV và nhiệt độ chống oxy hóa lên đến 800 ~ 900 °C.Các yếu tố nhôm trong lớp phủ tạo thành một bộ phim Al2O3 dày đặc ở nhiệt độ cao, có thể cô lập hiệu quả phản ứng hóa học giữa hợp kim titan và nền công cụ (như carbide), và giảm đáng kể sự mòn nhiệt và mòn hóa học.Nó là lớp phủ ưa thích cho kết thúc tốc độ cao và bán kết thúc hợp kim titan, đặc biệt phù hợp với các kịch bản gia công nhiệt độ cao như mài cao tốc và khoan sâu.
2.4 Lớp phủ carbon giống kim cương (DLC)
Lớp phủ DLC có hệ số ma sát cực kỳ thấp (0,1 ~ 0,2) và độ cứng cao (1500 ~ 2500 HV), có thể giảm thiểu ma sát và dính giữa công cụ và hợp kim titan,và tránh làm việc cứng do lực cắt quá mứcTuy nhiên, độ ổn định nhiệt của nó là kém (sự thất bại oxy hóa trên 400 ° C) và nó là mỏng manh, vì vậy nó chỉ phù hợp với tốc độ thấp,Thiết bị kết thúc nhiệt độ thấp của titan tinh khiết và hợp kim titan mềm (chẳng hạn như Ti-Gr2), và không dùng để làm thô ở nhiệt độ cao.
Lưu ý: P2 có thể là một bảng so sánh hiệu suất của các lớp phủ khác nhau (sự cứng, nhiệt độ oxy hóa, kịch bản có thể áp dụng) hoặc một sơ đồ vật lý của các công cụ được sơn để gia công hợp kim titan.
Điểm chính 3: Thiết lập khoa học các thông số cắt
Các thông số cắt (tốc độ cắt, tốc độ cấp, độ sâu cắt) trực tiếp ảnh hưởng đến nhiệt độ cắt, lực cắt, mòn công cụ và chất lượng mảnh.nguyên tắc cốt lõi của cài đặt tham số là"tốc độ cắt thấp, tốc độ ăn vừa phải, độ sâu cắt nhỏ", để kiểm soát nhiệt độ cắt và giảm độ cứng công việc.và các công cụ carbide làm ví dụ):
3.1 Các thông số quay
•Tốc độ cắt (vc): Đối với thô, tốc độ là 30 ~ 60 m / min; cho hoàn thiện, nó là 60 ~ 100 m / min. Nếu sử dụng các công cụ có lớp phủ AlTiN, tốc độ có thể được tăng lên 80 ~ 120 m / min; cho titan tinh khiết,tốc độ nên được giảm 20% ~ 30% để tránh dính quá mức.
•Tỷ lệ thức ăn (f): Tốc độ nạp là 0,1 ~ 0,3 mm / r cho thô và 0,05 ~ 0,15 mm / r cho hoàn thiện.tốc độ cấp quá thấp sẽ làm cho công cụ chà vào mảnh làm việc, tăng tốc độ hao mòn.
•Độ sâu cắt (ap): Độ sâu cắt cho thô là 1 ~ 3 mm, và cho hoàn thiện là 0,1 ~ 0,5 mm. Không khuyến cáo sử dụng độ sâu cắt dưới 0,1 mm,bởi vì công cụ sẽ trượt trên lớp cứng của mảnh làm việc, dẫn đến sự hao mòn nghiêm trọng.
3.2 Các thông số mài
•Tốc độ cắt (vc): Đối với xay ngoại vi (khô), tốc độ là 20 ~ 50 m / min; cho hoàn thiện, nó là 50 ~ 80 m / min. Đối với xay mặt, tốc độ có thể cao hơn một chút,40 ~ 70 m/min cho thô và 70 ~ 100 m/min cho hoàn thiệnCông cụ phủ có thể tăng tốc độ 10% ~ 20%.
•Tỷ lệ thức ăn cho mỗi răng (fz): Tốc độ cho mỗi răng là 0,05 ~ 0,15 mm / răng cho thô và 0,02 ~ 0,08 mm / răng cho hoàn thiện.Tốc độ cấp phải được giảm để tránh biến dạng mảnh làm việc.
•Độ sâu cắt (ap/ae): Độ sâu trục của cắt (ap) cho thô là 0,5 ~ 2 mm, và cho hoàn thiện là 0,1 ~ 0,3 mm; độ sâu đường radial của cắt (ae) thường là 50% ~ 100% đường kính công cụ.
3.3 Các thông số khoan
Việc khoan hợp kim titan dễ bị các vấn đề như tắc nghẽn chip, vỡ công cụ và chất lượng lỗ kém.
•Tốc độ cắt (vc): 10 ~ 30 m/min, thấp hơn so với xoắn và mài, để giảm nhiệt độ của mũi khoan.
•Tỷ lệ thức ăn (f): 0,1 ~ 0,2 mm/r, đảm bảo rằng chip có thể được xả trơn tru mà không làm tắc nghẽn máy khoan.
• Các biện pháp phụ trợ: Sử dụng máy khoan làm mát bên trong để phun chất lỏng cắt trực tiếp vào đầu máy khoan, có thể làm giảm hiệu quả nhiệt độ và phơi chip;áp dụng khoan gián đoạn (khoan vào và ra nhiều lần) để tránh tích tụ chip.
Lưu ý: P3 có thể là một sơ đồ thiết lập tham số để xoắn / mài / khoan, hoặc một sơ đồ đường cong của mối quan hệ giữa tốc độ cắt và tuổi thọ công cụ.
Tóm lại
Chìa khóa cho thành công gia công hợp kim titan nằm trong ba khía cạnh: đầu tiên, hiểu đầy đủ các đặc điểm gia công của hợp kim titan để tối ưu hóa mục tiêu; thứ hai,lựa chọn lớp phủ công cụ phù hợp theo các kịch bản gia công để cải thiện khả năng chống mòn và ổn định nhiệt độ cao của công cụ; thứ ba, thiết lập các tham số cắt khoa học để kiểm soát nhiệt độ cắt và giảm độ cứng công việc.cũng cần phải phù hợp với chất lỏng cắt chất lượng cao (được ưa thích cho chất lỏng cắt dựa trên nước với hiệu suất làm mát tốt), hoặc chất lỏng cắt dựa trên dầu để gia công tốc độ thấp) và hình học công cụ hợp lý, để đạt được hiệu quả gia công tốt nhất.