Hợp kim titancó nhiều ưu điểm. Ví dụ: khả năng chống ăn mòn cao, mật độ thấp và độ bền cao, đặc tính không{1}}từ tính, khả năng tương thích sinh học và khả năng chịu nhiệt độ-cao. Tuy nhiên, hợp kim titan thực sự khó gia công và cần các công cụ cắt đặc biệt. Bài viết này sẽ thảo luận về lý do tại sao hợp kim titan khó gia công và các biện pháp đối phó có thể được thực hiện.
1. Lý do tại sao hợp kim Titan khó gia công
Đầu tiên, nồng độ nhiệt
Hầu hết các hợp kim titan có độ dẫn nhiệt rất thấp,{0}}chỉ bằng 1/7 so với thép, 1/16 so với nhôm và 1/25 so với đồng. Kết quả là, nhiệt sinh ra trong quá trình gia công hợp kim titan không được truyền nhanh sang phôi hoặc bị phoi mang đi mà thay vào đó tập trung ở vùng cắt.
Nhiệt độ ở lưỡi cắt có thể lên tới 1.000 độ, khiến lưỡi cắt của dụng cụ bị mòn và nứt nhanh chóng, dẫn đến tích tụ phoi và rút ngắn tuổi thọ của dụng cụ.
Nhiệt độ cao tạo ra trong quá trình cắt cũng làm ảnh hưởng đến tính toàn vẹn bề mặt của các bộ phận bằng hợp kim titan, dẫn đến giảm độ chính xác hình học và độ cứng của vật liệu, làm giảm nghiêm trọng độ bền mỏi của chúng.
Thứ hai, biến dạng đàn hồi
Mô đun đàn hồi của hợp kim titan không cao lắm; ví dụ, mô đun đàn hồi của TC4 chỉ là 110 GPa, trong khi đó của thép 45 là 210 GPa, và mô đun đàn hồi của thép không gỉ như 303, 304 và 316 cũng là khoảng 200 GPa. Vì vậy, biến dạng đàn hồi có thể xảy ra khi gia công hợp kim titan.
Vấn đề này thậm chí còn nghiêm trọng hơn khi gia công các bộ phận có thành mỏng hoặc hình vòng{1}}. Không dễ để gia công các bộ phận bằng hợp kim titan có thành mỏng-đến độ chính xác về kích thước như mong muốn. Điều này là do khi vật liệu phôi bị dụng cụ cắt đẩy ra xa, biến dạng cục bộ ở các vùng có thành mỏng vượt quá giới hạn đàn hồi, dẫn đến biến dạng dẻo, làm tăng đáng kể độ bền và độ cứng của vật liệu tại điểm cắt.
Áp lực cắt làm cho phôi “đàn hồi” di chuyển ra khỏi dụng cụ và bật lại, dẫn đến ma sát giữa dụng cụ và phôi vượt quá lực cắt. Ma sát này tạo ra nhiệt, làm trầm trọng thêm vấn đề dẫn nhiệt kém của hợp kim titan.
Thứ ba, hợp kim titan có ái lực cao, dẫn đến sự hình thành các phoi dài, liên tục trong quá trình tiện và khoan. Những con chip này có thể quấn quanh dụng cụ và làm suy giảm chức năng của nó. Độ sâu cắt quá mức có thể dẫn đến hiện tượng dính dụng cụ, cháy dụng cụ và gãy dụng cụ.
Tất nhiên, ái lực cao này cũng khá hữu ích trong các ứng dụng khác; ví dụ, trong máy bơm ion, nơi titan được sử dụng làm tấm cực âm. Khi các nguyên tử titan được bắn lên thành ống anode, chúng sẽ hấp thụ khí, do đó tạo ra chân không cực cao.
Thứ tư, Rung động
Mặc dù độ đàn hồi của hợp kim titan có thể mang lại lợi ích cho hiệu suất của bộ phận nhưng trong quá trình cắt, biến dạng đàn hồi của phôi là nguyên nhân chính gây ra rung động.
Độ rung tạo ra khi gia công hợp kim titan gấp khoảng 10 lần so với thép. Vì nhiệt cắt tập trung ở vùng cắt nên điều này tạo ra phoi có răng cưa và dẫn đến sự dao động về công suất cắt.
2. Các biện pháp đối phó với khả năng gia công khó khăn của hợp kim Titan
Đầu tiên, làm mát
Chất làm mát có thể được sử dụng để giảm nhiệt độ cao sinh ra trong quá trình cắt. Thông thường, chất làm mát gốc dầu-không hòa tan được sử dụng để cắt và cắt-tốc độ thấp, tải trọng{4}}nặng, trong khi chất làm mát cắt hòa tan được sử dụng để cắt hoặc cắt tốc độ-cao.
Ngoài ra, có thể sử dụng phương pháp cắt đông lạnh, sử dụng nitơ lỏng (-180 độ ) hoặc CO₂ lỏng (-76 độ ) làm chất lỏng cắt để giảm nhiệt độ trong vùng cắt. Phương pháp này có thể giảm lực cắt chính 20% và giảm nhiệt độ cắt hơn 300 độ. Đồng thời, cạnh tích hợp biến mất, chất lượng bề mặt gia công được cải thiện và tuổi thọ dụng cụ tăng lên theo hệ số từ 2 đến 3.
Thứ hai, chọn đúng dụng cụ cắt
Việc chọn đúng công cụ cắt có thể mang lại những cải tiến đáng kể.
Vì nhiệt phải được tản qua lưỡi cắt và chất làm mát-thay vì qua chip, như trường hợp của thép-một phần nhỏ của lưỡi cắt phải chịu được ứng suất cơ học và nhiệt cực cao. Sử dụng lưỡi cắt sắc sẽ làm giảm lực cắt.
Ngoài ra, có thể giảm áp lực cắt bằng cách sử dụng hạt dao mài có rãnh được đánh bóng và góc trước dương cao.
Nếu cần, các công cụ được phủ cũng có thể được sử dụng để chống bám dính vào hợp kim và phá vỡ các phoi dài, nhờ đó giảm thiểu ma sát trong quá trình thoát phoi-tất cả những điều này giúp ngăn chặn sự sinh nhiệt trong quá trình gia công.
Thứ ba, duy trì tốc độ nạp không đổi hoặc tăng tốc độ nạp
Titan dễ bị cứng lại khi gia công-nghĩa là nó trở nên cứng hơn khi được gia công, dẫn đến độ mòn dụng cụ tăng lên. Tốc độ tiến dao không đổi đảm bảo độ cứng của phôi được giữ ở mức tối thiểu.
Tất nhiên, nếu máy cho phép thì tốc độ nạp có thể tăng lên. Điều này có nghĩa là dụng cụ này tốn ít thời gian hơn ở một khu vực cụ thể, ít thời gian tích tụ nhiệt và làm cứng vật liệu hơn.
Thứ tư, giảm tốc độ cắt
Ví dụ: sử dụng một-một phần ba tốc độ cắt dành cho thép để kiểm soát quá trình sinh nhiệt.
Thứ năm, thay đổi công cụ theo quy trình
Các dụng cụ có lớp phủ gốm, cacbua titan và titan nitrit dùng để gia công hợp kim titan sẽ có tuổi thọ sử dụng ngắn hơn.
E-thư điện tử:garychen3215@hotmail.com
Địa chỉ: Số 35, Đường Baoti, thành phố Baoji, tỉnh Thiểm Tây, Trung Quốc
Liên hệ: Mr. Gary Chen
Điện thoại: +86-917-8883215
Thiết bị di động/WhatsApp: +86 13092900605
