Фрезерование сплавов

Фрезерование сплавов

Титан – один из самых прочных металлов, обладающий высокой коррозийной устойчивостью и пластичностью. Лёгкий и твёрдый, он может применяться как в чистом виде, так и в качестве добавок к легированным сталям и сплавам специального назначения. Титановые изделия и заготовки востребованы практически во всех сферах промышленности, хотя их активное использование началось не так давно. И связано это в первую очередь с трудностями обработки металла.


Особенности обработки титана

Токарная обработка и фрезерование благородных сплавов требуют учёта специфических особенностей материала. В связи с его высокой прочностью эти процессы всегда сопряжены с возникновением высоких сил резания и сильной вибрацией, что влияет на износоустойчивость и эксплуатационные характеристики инструмента. Из-за значительных усилий в процессе механической обработки область резания перегревается, поэтому необходимо обеспечить дополнительное охлаждение. Среди специалистов принято считать, что наибольшее влияние на повышение температур в рабочей зоне оказывает скорость резания. При этом глубина обработки и подача во время фрезерования влияют на температурный режим в меньшей степени.

Титан обладает одной уникальной особенностью – вязкостью, из-за которой в процессе обработки металл может налипать на режущую кромку инструмента. В результате такого налипания на поверхности заготовки образуются наросты и прочие дефекты, сила трения увеличивается в несколько раз, что приводит к изменению геометрии детали. Чтобы придать заготовке нужную конфигурацию, необходимо провести дополнительную обработку. Как результат – дополнительный перегрев титана, увеличение нагрузки на режущий инструмент и оборудование.

Титановая стружка и порошок пожаро- и взрывоопасны, поэтому фрезерование титановых сплавов необходимо выполнять при соблюдении норм безопасности. К характерным особенностям таких сплавов относится и их способность окисляться под воздействием высоких температур, возникающих при обработке. Процессы окисления приводят к необратимым изменениям эксплуатационных характеристик металла, титановая стружка становится непригодной для дальнейшей переработки и использования. Из-за низкой теплопроводности в процессе обработки титановых сплавов обычно используются инструменты с высокой красностойкостью, рассчитанные на эксплуатацию при экстремально высоких температурах.

Условия обработки титановых сплавов

Как и любая механическая обработка, фрезерование титана в несколько раз сложнее, чем аналогичные технологические операции со сплавами на основе углеродистой стали или алюминия. Специфические особенности материала значительно усложняют процесс, поэтому к износоустойчивости применяемого оборудования и профессионализму операторов предъявляются максимально высокие требования.

Условия обеспечения высокого качества деталей и снижения энергозатрат:

  • применение качественного и износоустойчивого инструмента, изготовленного на основе твёрдых сплавов и прочных сталей;
  • обработка при минимальных оборотах;
  • непрерывная подача охлаждающей жидкости.

В современных условиях обработка титановых заготовок выполняется на комплексном оборудовании, которое позволяет объединить несколько операций. Такие обрабатывающие центры работают по принципу цикличности производственного процесса. Последовательная обработка заготовки выполняется с использованием разнопрофильных насадок. Подобный подход обеспечивает оптимальную скорость и эффективность обработки.

Фрезерование благородных сплавов рекомендуется выполнять при низких скоростях и небольшой подаче, обильно используя при этом охлаждающую жидкость. Режущие кромки инструмента должны быть выполнены из твёрдых сплавов или сверхпрочной стали.

В процессе обработки деталь необходимо надёжно зафиксировать на станке. Обычно механическая обработка выполняется на оборудовании, оснащённом шпинделем с конусом ISO 50 с укороченным вылетом. Особую сложность представляет обработка заготовок с внутренними пазами, выемками, карманами, фасками и тонкими стенками. Необходимая конфигурация обеспечивается при использовании длинного режущего инструмента, который легко деформируется при работе.

Вибрация и повышение температур в процессе обработки

Главная причина износа оборудования – вибрации, поэтому их минимизация имеет первостепенное значение при обработке титановых сплавов. Помимо указанных выше особенностей материала важно учесть и другие причины возникновения вибраций:

  • сложность конфигурации деталей из благородных и титановых сплавов;
  • наличие пазов и выемок.

Чтобы обеспечить высокое качество деталей, необходимо повысить надёжность фиксации заготовки. Одним из лучших способов фиксации считается многоступенчатое крепление, которое позволяет надёжно установить заготовку любой формы, в том числе и с криволинейной конфигурацией. При таком креплении деталь располагается максимально близко к шпинделю, что снижает уровень вибраций.

Высокие температуры, возникающие в процессе обработки, увеличивают риск деформации режущего инструмента и повышают вероятность образования дефектов на поверхности детали. Из-за повышенной твёрдости материала в точке обработки образуется большое количество тепловой энергии, поэтому подбору инструмента необходимо уделить особое внимание. Оптимальное решение – использование твёрдых мелкозернистых сплавов и режущих инструментов со специальным покрытием PVD.

На снижение устойчивости инструмента влияют и другие причины:

  • повреждение режущих граней в результате неправильного расположения пластин;
  • значительный износ шпинделя;
  • низкое качество фрезы и державки;
  • неправильный подбор частоты вращения шпинделя.

При обработке титана важно учесть радиальное и торцевое биение режущего инструмента. Неправильная установка пластин в корпусе фрезы приводит к быстрому выходу из строя всех режущих кромок.

Фрезерование титановых сплавов считается самой трудной операцией среди всех способов обработки заготовок из этого сплава. Точные расчёты и оптимизация всех этапов обработки позволят обеспечить необходимое качество готовых деталей.


Вернуться к списку