Особенности обработки титана

Один из наиболее распространенных материалов, который используют в машиностроении, и не только, является титан.  По классификации материалов по ISO он соответствует группе S. Это труднообрабатываемый материал. Его свойства усложняют процесс резания даже в сравнении с обработкой таких материалов, как чугун и нержавеющая сталь. Однако с использованием инструмента/оснастки, оптимизированных для обработки титана, существует возможность обратить специфические свойства данного материала в преимущество. 

Многие из тех свойств, которые делают титан привлекательным материалом, оказывают влияние на его обрабатываемость.

• высокое отношение прочности к весу, причем его плотность составляет, как правило, всего 60 процентов плотности стали

• имеет более низкий модуль упругости и более податлив, чем сталь

• обладает более высокой стойкостью к коррозии, чем нержавеющая сталь,

• низкая теплопроводность.

Такие качества титана и титановых сплавов широко востребованы и нашли свое применение в различных отраслях промышленности – судостроении, авиастроении, аэрокосмической, химической, газовой, нефтяной, пищевой, медицинской промышленности и многих других сферах. Из технически чистого титана, так и из титановых сплавов получают ответственные детали машин и приборов.

Титановые сплавы делятся на три класса в зависимости от структуры и состава легирующих элементов. Содержание легирующих элементов отражается в обозначении сплава. 

1. Альфа-сплавы – легируются Al, O и/или N, которые преимущественно являются α-стабилизаторами. 

2. Бета-сплавы – легируются Mb, Fe, V, Cr и/или Mn, которые являются β-стабилизаторами. 

3. Сплавы α+β – сплавы, имеющие двухфазную структуру. Большинство сплавов, которые применяются в настоящее время, являются сплавами α+β. 

Легирующие элементы оказывают прямое влияние на физические и химические свойства сплавов, а также температурные характеристики и обрабатываемость. Технический титан хорошо обрабатывается давлением, из него изготавливают листы, поковки, трубы, проволоку и т.д. Он хорошо сваривается аргонодуговой сваркой и другими видами контактной сварки. Но что касается обработки резанием, то титан показывает плохие характеристики, одним словом — он плохо подвергается резанию. Титан налипает на режущей кромке инструмента, что приводит к быстрому его износу.

Из-за особенностей материала, в обработку титана нужно производить специально предназначенным для этого инструментом. Многие производители инструмента в своей линейке имеют специальные решения для работы с титаном. Сам инструмент в ходе рабочего процесса подвергается изнашиванию: абразивному, адгезийному и диффузному. При диффузном изнашивании происходит взаимное растворение материала режущего инструмента и титановой заготовки. Особо активно эти процессы протекают при температуре 900 — 1200 °С. Основными же механизмами износа при обработке титана являются лункообразование и пластическая деформация. Под влиянием главного угла в плане характер износа не меняется, меняется только степень износа. Интенсивность износа и эффективность процесса резания в целом очень сильно зависят от количества выделяемого тепла. Контролировать температуру в зоне резания можно за счет изменения скорости, толщины стружки и глубины резания. Таким образом, повлиять на износ инструмента можно, изменив форму пластины или угол в плане.

Если инструмент и режимы резания выбраны правильно, а также при хорошей жесткости станка и надежности закрепления заготовки, процесс обработки титана будет высокоэффективным. Многих проблем, которые традиционно возникают при обработке титана, можно избежать.

Основные рекомендации при работе с титаном будут:

• Выбирайте пластины с шлифованными режущими кромками, это повышает стойкость инструмента и снижают силы резания
  
• При обработке учитывайте также, что металл очень вязкий и когда производится его токарная обработка с использованием токарного станка, сильно нагревается, что приводит к налипанию титановых отходов на режущий инструмент
  
• Титан обладает низкой теплопроводностью, что требует для резания специально подобранный режущий инструмент
  
• Обработка заготовок из титана ведется с обязательной подачей специальной эмульсии, охлаждающей инструмент под давлением, для обеспечения нормального температурного режима.
  
• При использовании более глубокого реза необходимо снижать скорость обработки титана, меняя режимы работы
  
• При фрезеровании титана сохраняйте небольшую площадь контакта. Одна из особенностей данного металла – плохая теплопроводность. Во время работы с данным металлом основной процент тепла передается на рабочий инструмент
  
• Используйте фрезы с большим количеством зубьев. Это позволит устранить необходимость снижения подачи на зуб, и увеличит производительность