10 tipů pro titan

Slitiny titanu a hliníku jsou si podobné v následujících ohledech: Oba typy kovů se používají k výrobě konstrukčních součástí letadel a v obou případech může být před dokončením součásti nutné odfrézovat 90 procent materiálu.

Spousta obchodů si pravděpodobně přeje, aby tyto kovy měly společného více než toto. Dodavatelé v leteckém průmyslu, kteří pohodlně obrábějí hliník, zjišťují, že obrábějí mnohem více titanu, protože novější konstrukce letadel tento kov ve zvýšené míře využívají.

John Palmer, manažer globálního leteckého segmentu výrobce řezných nástrojů Stellram, říká, že mnoho z těchto dílen má ve skutečnosti více kapacit na obrábění titanu, než si uvědomují. Mnoho cenných technik pro efektivní obrábění titanu není obtížné použít, ale jen málo dílen využívá všechny techniky, které jsou k dispozici pro produktivní frézování tohoto kovu. Konzultuje s výrobci metody pro zlepšení výkonu frézování různých leteckých slitin, včetně slitin titanu. Říká, že titan nemusí být obtížný – jen je třeba zvážit celý proces obrábění, protože každý jednotlivý prvek by mohl narušit efektivitu celého procesu.

Stabilita je podle něj klíčová. Když se nástroj dotkne obrobku, uzavře kruh. Nástroj, držák nástroje, vřeteno, sloup, dráhy, stůl, upnutí a obrobek jsou součástí tohoto kruhu a součástí potřebné stability. K dalším důležitým aspektům patří tlak a objem chladicí kapaliny, stejně jako způsob dodávky chladicí kapaliny, plus metodika a aplikace – zaměření tohoto článku. Pro větší využití potenciálu těch procesů, které mají potenciál produktivně obrábět titan, pan Palmer často sdílí rady zahrnující všechny následující tipy:

Dbejte na nízký radiální záběr

Jedním z klíčových problémů titanu je odvod tepla. U tohoto kovu je relativně málo tepla vznikajícího při obrábění odváděno spolu s třískou. Ve srovnání s obráběním jiných kovů odchází větší procento tepla při obrábění titanu místo toho do nástroje. Kvůli tomuto efektu volba radiálního záběru diktuje u tohoto kovu volbu povrchové rychlosti.

Z grafu na obrázku 1 je to patrné. Plné drážkování – tedy záběr 180 stupňů – vyžaduje relativně nízkou povrchovou rychlost. Snížení radiálního záběru však zkracuje dobu, po kterou břit vytváří teplo, a poskytuje více času na ochlazení břitu před vstupem do materiálu při další otáčce. Se snížením radiálního záběru lze tedy zvýšit povrchovou rychlost při zachování teploty v místě řezu. Při dokončování lze dosáhnout výjimečných výsledků frézováním, které se skládá z velmi malého styčného oblouku s ostrým, vybroušeným břitem a vysoké povrchové rychlosti a minimálního posuvu na zub.

Zvětšení počtu drážek

Běžně používané frézy mají čtyři nebo šest drážek. U titanu to může být příliš málo. Efektivnější počet drážek by mohl být deset nebo více (viz obrázek 2).

Zvýšení počtu drážek kompenzuje potřebu malého posuvu na zub. Malá rozteč drážek u nástroje s deseti drážkami je v mnoha aplikacích příliš malá pro uvolňování třísek. Produktivní frézování titanu však již upřednostňuje nízkou radiální hloubku (viz tip č. 1). Malá tříska, která z toho vyplývá, ponechává volnost pro použití frézy s vysokým počtem drážek pro zvýšení produktivity.

Vytváření tlusté až tenké třísky

„Frézování stoupáním“ je známý termín pro tuto myšlenku. To znamená, že neposouvejte frézu tak, aby se hrana pohybovala materiálem ve stejném směru, v jakém se nástroj posouvá. Tento přístup k obrábění, známý jako „konvenční frézování“, způsobuje, že tříska začíná být tenká a postupně sílí. Jak nástroj naráží na materiál, třecí síly vytvářejí teplo, než se materiál začne oddělovat od základního kovu. Tenká tříska není schopna absorbovat a odvádět toto vzniklé teplo, které místo toho přechází do řezného nástroje. V místě výstupu, kde je tříska silná, pak zvýšený řezný tlak způsobuje nebezpečí ulpívání třísek.

Frézování stoupání – neboli tvorba tlusté až tenké třísky – začíná tím, že řezná hrana vstupuje do přebytečného materiálu a vystupuje na hotový povrch (viz obrázek 3). Při bočním frézování se nástroj snaží „šplhat“ po materiálu, přičemž na vstupu vytváří tlustou třísku pro maximální absorpci tepla a na výstupu tenkou třísku, aby se zabránilo ulpívání třísek.

Frézování oblých ploch vyžaduje pečlivou kontrolu dráhy nástroje, aby se zajistilo, že nástroj bude i nadále tímto způsobem vstupovat na přebytečný materiál a vystupovat na hotový povrch. Dosáhnout toho při složitých průchodech není vždy tak jednoduché jako pouhé udržování materiálu vpravo.

Arc In

U titanu a jiných kovů se životnost nástroje ztrácí v okamžicích rázové změny síly. K nejhoršímu z těchto okamžiků často dochází při vstupu nástroje do materiálu. Přímý záběr do materiálu (jak by to udělala téměř každá standardní dráha nástroje) vyvolává podobný efekt jako úder kladivem do břitu.

Zajeďte místo toho měkce. Za tímto účelem vytvořte dráhu nástroje, která obloukovitě zasahuje do materiálu, místo aby do něj vstupovala rovně (viz obrázek 4). Při frézování z tloušťky na tloušťku by měl oblouk dráhy vstupu nástroje sledovat stejný směr (ve směru nebo proti směru hodinových ručiček) jako rotace nástroje. Oblouková dráha vstupu umožňuje postupné zvyšování řezné síly, což zabraňuje vytrhávání nebo nestabilitě nástroje. Postupně se také zvyšuje tvorba tepla a třísek, dokud není nástroj plně zapojen do řezu.

Konec na zkosení

K rázovým změnám síly může docházet i na výstupu z nástroje. Jakkoli je řezání od tloušťky k tloušťce užitečné (tip č. 3), problémem této metody je, že tvorba od tloušťky k tloušťce se náhle zastaví, jakmile nástroj dosáhne konce průchodu a začne vyklízet kov. Tato náhlá změna způsobí podobně náhlou změnu síly, otřes nástroje a možná i poškození povrchu dílu. Abyste zabránili tak náhlému přechodu, proveďte preventivní opatření a na konci průchodu nejprve vyfrézujte 45stupňovou fazetu, aby nástroj zaznamenal postupný pokles radiální hloubky řezu (viz obrázek 5).

Spoléhejte na sekundární odlehčení

Ostrý břit minimalizuje řezné síly v titanu, ale břit musí být také dostatečně silný, aby odolal řeznému tlaku. Konstrukce nástroje se sekundárním reliéfem, kdy první pozitivní oblast břitu odolává silám, načež druhá oblast odpadá, aby se zvýšila vůle, dosahuje obou těchto cílů (viz obrázek 6). Sekundární reliéf je v nástrojích běžný, ale zejména u titanu může experimentování s nástroji s různými konstrukcemi sekundárního reliéfu odhalit překvapivé změny řezného výkonu nebo životnosti nástroje.

Změna osové hloubky

V hloubce řezu může nástroj ovlivnit oxidace a chemická reakce. V tomto jediném místě může dojít k předčasnému poškození, pokud je nástroj opakovaně používán ve stejné hloubce. Při provádění postupných axiálních řezů může toto poškozené místo nástroje způsobit zpevnění povrchu a také čáry na dílu, které jsou pro letecké součásti nepřijatelné, což znamená, že tento vliv na povrch může vyžadovat brzkou výměnu nástroje. Abyste tomu zabránili, chraňte nástroj změnou axiální hloubky řezu pro každý průchod, čímž se problémová oblast rozdělí do různých míst podél drážky (viz obrázek 7). Při soustružení lze podobného výsledku dosáhnout kuželovým soustružením při prvním průchodu a paralelním soustružením při následujícím průchodu, čímž se zabrání vrubování hloubky řezu.

Omezte osovou hloubku kolem štíhlých prvků

Při frézování tenkých stěn a nepodporovaných prvků v titanu je užitečné pamatovat na poměr 8:1. Chcete-li se vyhnout prohnutí stěn kapes, frézujte tyto stěny v postupných axiálních fázích namísto frézování do celé hloubky stěny jedním průchodem čelní frézy. Konkrétně by axiální hloubka řezu při každém kroku dolů neměla být větší než osminásobek tloušťky stěny, která zůstane po provedení těchto průchodů frézou (viz obrázek 8). Pokud má stěna například tloušťku 0,1 palce, neměla by být axiální hloubka řezu pro sousední frézovací průchod větší než 0,8 palce.

I přes omezení hloubky je možné toto pravidlo zapracovat tak, aby bylo stále možné produktivní frézování. Za tímto účelem obrábějte tenké stěny tak, aby kolem stěny zůstala obálka z hrubého materiálu, čímž bude prvek 3krát nebo 4krát silnější než konečný prvek. Pokud se například stěna udržuje na tloušťce 0,3 palce, pak pravidlo 8:1 umožňuje osovou hloubku 2,4 palce. Po těchto průjezdech proveďte menší osové hloubky, abyste tlusté stěny opracovali na jejich konečný rozměr.

Zvolte nástroj mnohem menší než kapsa

Vzhledem k tomu, do jaké míry nástroj v titanu absorbuje teplo, potřebuje nástroj vůli umožňující chlazení. Při frézování malé kapsy by průměr nástroje neměl být větší než 70 % průměru (nebo srovnatelného rozměru) kapsy (viz obrázek 9). Menší vůle než tato hrozí v podstatě izolací nástroje od chladicí kapaliny a také zachycením třísek, které by jinak mohly odvádět alespoň část tepla.

Pravidlo 70 % lze také aplikovat na nástroj frézující přes horní část povrchu. V tomto případě by šířka rysu měla činit 70 % průměru nástroje. Nástroj je odsazen o 10 procent, aby se podpořilo vytváření třísky od tlusté k tenké.

Vzít si příklad z nástrojové oceli

Vysoký-posuvové frézy – koncepce nástroje vyvinutá pro obrábění nástrojových ocelí v zápustkovém/lisovacím průmyslu – byly v posledních letech přizpůsobeny obrábění titanu. Fréza s vysokým posuvem vyžaduje malou axiální hloubku řezu, ale při provozu na této malé hloubce nástroj umožňuje vyšší posuvy než frézy s konvenčnější konstrukcí.

Důvodem je ztenčení třísky. Klíčem k fréze s vysokým posuvem je destička s velkým poloměrem zakřivení řezné hrany (viz obrázek 10). Tento poloměr rozprostře tvorbu třísek na velkou styčnou plochu břitu. Kvůli výslednému ztenčení může při axiální hloubce řezu 0,040 palce vzniknout tříska o tloušťce jen asi 0,008 palce. U titanu tato tenká tříska překonává nízký posuv na zub, který je u tohoto kovu obvykle vyžadován. Ztenčení třísky otevírá cestu k vyššímu naprogramovanému posuvu, než by jinak bylo možné.

.