Всемирная потребность в прочных и легких материалах растет с каждым годом. Одним из высоко востребованных металлов является титан. Обладая уникальными свойствами, такими как стойкость к коррозии и низкая плотность, титан играет ключевую роль в различных отраслях промышленности, от авиации и космической техники до медицины и химической промышленности.
Как происходит обработка титана
Это сложный процесс, который начинается с добычи руды и заканчивается получением готовых изделий. Вот его основные этапы:
- Изначально титан добывается в виде руды из природных источников. Основными из них являются ильменит и рутил. Добытую руду транспортируют на специальные заводы для дальнейшей обработки.
- Далее руда проходит процесс обогащения, в результате которого извлекается титановый диоксид (TiO2) из смешанных минералов. Этот продукт, известный как иллюминат, является предшественником большинства титановых соединений.
- Титановый диоксид не обладает достаточной прочностью и упругостью, поэтому обычно создают титановые сплавы. Один из наиболее распространенных — силумин, состоящий из титана и алюминия. Производство силумина включает плавление титанового диоксида с добавлением алюминия и других сплавных элементов.
- Полученный силумин или другие титановые сплавы подвергаются различным процессам обработки, таким как литье, ковка, прокатка, штамповка или экструзия. Это позволяет добиться размеров и форм, подходящих для конкретных применений.
- Титановые сплавы могут быть улучшены по своим механическим свойствам через термическую обработку — закалку и отжиг. Это изменяет микроструктуру материала, делая его прочнее и устойчивее к деформации.
В конце из металла готовят всевозможные изделия, которые находят широкое применение в различных отраслях, таких как авиация, космическая промышленность, медицина, спорт и другие.
Сложность механической обработки титана
Механическая обработка титана вызывает некоторые технические и технологические трудности:
- Высокая прочность материала приводит к повышенному износу инструментов, что может повлиять на производительность и стоимость работ.
- Титан обладает низкой теплопроводностью, и тепло, образующееся в процессе обработки, недостаточно быстро распределяется. Это может привести к неравномерному нагреву материала, что повлияет на точность операций.
- Возникает проблема зажигания стружки, особенно при резке на большой скорости. Титан может гореть в условиях высоких температур, что может привести к повреждению обрабатываемой детали и оборудования.
- Из-за его прочности и упругости процессы резания и формообразования более трудные по сравнению с другими металлами. Они требуют использования специальных инструментов и высокоточных технологий.
- Титановые сплавы с улучшенными свойствами еще более сложные для обработки. На их поведение в процессе работ влияют другие элементы в составе. Это может потребовать особых подходов к проведению операций.
- В ходе обработки выделяются токсичные и коррозийные газы и пары, способные привести к повреждению оборудования и инструментов, если они не спроектированы для работы в таких условиях.
Несмотря на сложности, титан остается критическим материалом во многих отраслях промышленности, и разработка эффективных методов его обработки остается приоритетным направлением для инженеров и ученых.
Расчеты режимов по резанию
Правильно подобранные параметры нарезки обеспечивают оптимальную производительность и качество обработки, а также увеличивают срок службы инструментов. Основные характеристики, которые следует учитывать при расчетах:
- Скорость резания (Vc). Это линейная скорость инструмента относительно обрабатываемой детали. Выбор оптимального показателя зависит от свойств материала (титана или его сплава), желаемой производительности и качества поверхности.
- Подача (f). Она определяет, какое расстояние пройдет инструмент вдоль детали за один оборот. Выбор подачи влияет на процесс снятия стружки и тепловые условия резания.
- Глубина резания (ap). Это расстояние между поверхностью детали и рабочей поверхностью инструмента. Глубина резания также оказывает влияние на производительность и стойкость инструмента.
- Скорость подачи (Vf). Это скорость движения инструмента вдоль детали. Она связана с подачей и числом зубьев инструмента.
- Число зубьев инструмента (Z). Параметр влияет на распределение сил резания и тепловых нагрузок на инструмент.
При неверной установке пластин во фрезы возникают изъяны на режущих кромках всех пластин. Это может быть вызвано низкими допусками, которые устанавливались на более ранних этапах производства инструмента. Подобные изъяны негативно сказываются на процессе резания, приводя к неравномерной обработке, ухудшению качества поверхности обработанных деталей. Также они сокращают срок службы инструмента.
Чтобы избежать таких проблем, важно уделить должное внимание качеству изготовления и установке инструмента. А правильно подобранные параметры резания, в соответствии с конкретными требованиями и свойствами материала, обеспечат эффективную механическую обработку титана и его сплавов.
Для предотвращения негативных последствий тепла и вибрации необходимо выбирать оптимальные режимы нарезки. Также важно использовать качественные инструменты и оборудование, способные справиться с экстремальными условиями обработки титана и его сплавов. Это позволит обеспечить более стабильный и эффективный процесс обработки и уменьшить риск повреждений или деформаций деталей.
