Актуальність

Для виготовлення конструкцій і деталей з титанових сплавів застосовуються всілякі види механічної обробки: шліфування, точіння, свердління, фрезерування, полірування.
Однією з важливих особливостей при механічній обробці деталей з титану і сплавів є те, що необхідно забезпечити ресурсні, особливо втомні характеристики, значною мірою залежать від якостей поверхневого шару, який формується при холодній обробці. З-за низької теплопровідності і ін. специфічних властивостей титану, проведення шліфування як завершальній стадії обробки утруднено. Під час шліфування дуже легко можуть утворюватися прижоги, в поверхневому шарі можуть виникати дефектні структури і залишкові напруги, розтягування, які істотно впливають на зниження втомної міцності виробів. Тому, шліфування деталей з титану обов’язково проводиться при знижених швидкостях і в разі необхідності може бути замінено на лезову або абразивну обробку низькошвидкісними методами. У випадку ж застосування шліфування, воно повинно проводитися із застосуванням строго регламентованих режимів з проведенням наступного контролю поверхні деталей на наявність пріжогов і супроводжуватися поліпшенням якостей деталі за рахунок зміцнення поверхневим пластичним деформуванням (ППД).

Складності

З-за високих міцнісних властивостей титан погано піддаються обробці різанням. Він має високе співвідношення межі текучості до часу опору розриву приблизно 0,85−0,95. Наприклад, для сталі цей показник не перевищує 0,75. Як результат, при механічній обробці титанових сплавів необхідні великі зусилля, що із-за низької теплопровідності тягне за собою значне підвищення температури в поверхневих шарах розрізу і ускладнює охолодження зони різання. З-за сильної адгезії титан накопичується на ріжучій кромці, що значно підвищує силу тертя. Крім того, приварювання і налипання титану в місцях дотику поверхонь призводить до зміни геометрії інструменту. Такі зміни, що змінюють оптимальну конфігурацію, тягнуть за собою подальше підвищення зусиль для обробки, що, відповідно, призводить до ще більшого підвищення температури в точці контакту і прискорення зносу. Найбільше на підвищення температури в робочій зоні впливає швидкість різання, меншою мірою це залежить від зусилля подачі інструмента. Найменший вплив на підвищення температури надає глибина проведення різання.

Під дією високих температур при різанні відбувається окислення титанової стружки і оброблюваної деталі. Це спричиняє у подальшому для стружки проблему, пов’язану з її утилізацією і переплавленням. Аналогічний процес для оброблюваної деталі в подальшому може призвести до погіршення експлуатаційних характеристик.

Порівняльний аналіз

Процес холодної обробки титанових сплавів по трудомісткості в 3−4 рази складніше, ніж обробка вуглецевих сталей, і в 5−7 разів — ніж обробка алюмінію. За інформацією ММПП «Салют», сплави титану ВТ5 і ВТ5−1 в порівнянні з вуглецевих сталлю (з 0,45% С), мають коефіцієнт відносної оброблюваності 0,35−0,48, а для сплавів ВТ6, ВТ20 і ВТ22 цей показник ще менше та складає 0,22−0,26. Рекомендується при механічній обробці використовувати низьку швидкість різання при невеликій подачі, використовуючи для охолодження велику кількість охолоджуючої рідини. При обробці виробів з титану застосовуються різальні інструменти з найбільш зносостійкої швидкорізальної сталі, перевага віддається твердим сортам сплавів. Але навіть при виконанні всіх зазначених умов для різання, швидкості повинні бути зменшені, принаймні, у 3−4 рази, в порівнянні з обробкою сталі, що має забезпечити прийнятну стійкість інструменту, особливо це важливо при роботі на верстатах з ЧПУ.

Оптимізація

Температуру в зоні різання і зусилля для різання можна істотно знизити, збільшивши вміст водню у сплаві, вакуумним відпалом і відповідної механічної обробкою. Проведення легування сплавів з титану за допомогою водню дає в кінцевому підсумку значне зниження температури в зоні різання, що дає можливість знизити силу різання, підвищує стійкість твердосплавного інструменту до 10 разів залежно від природи сплаву і режиму різання. Цей спосіб дає можливість збільшити швидкість обробки в 2 рази без втрати якості, а також збільшувати зусилля і глибину при проведенні різання без зниження швидкості.

Для механічної обробки деталей зі сплавів титану широке застосування отримали технологічні процеси, які дозволяють поєднати кілька операцій в одну за рахунок використання многоинструментального обладнання. Найбільш доцільно такого роду технологічні операції проводити на багатоопераційних верстатах (оброблювальних центрах). Наприклад, для виготовлення силових деталей з штамповок застосовуються верстати МА-655А, ФП-17СМН, ФП-27С; деталей типу «кронштейн», «колонка», «корпус» з фасонної лиття і штампування — верстати «Горизонт», Me-12−250, МА-655А, листових панелей — верстат ВФЗ-М8. На цих верстатах при обробці більшості деталей реалізований принцип «максимальної" закінченості обробки однієї операції, що досягається завдяки послідовній обробці деталі з декількох сторін на одному верстаті за допомогою декількох встановлених на ньому пристосувань.

Фрезерування

З-за необхідності докладання великих зусиль для механічної обробки сплавів титану застосовуються, як правило, великі верстати (ФП-7, ФП-27, ФП-9, ВФЗ-М8 тощо). Фрезерування є найбільш трудомістким процесом під час виготовлення деталей. Особливо великий обсяг таких робіт припадає на виготовлення силових деталей каркасів літака: нервюри, шпангоути, балки, лонжерони, траверси.

При фрезеруванні деталей типу «траверса», «балки», «нервюра» використовується кілька методів. 1) За допомогою спеціальних гідравлічних або механічних копірів на універсально-фрезерних верстатах. 2) За копірів на копирно-фрезерних гідравлічних верстатах. 3) На верстатах з ЧПУ типу МА-655С5, ФП-11, ФП-14. 4) За допомогою трехкоординатных верстатів з ЧПУ. При цьому використовують: спеціальні збірні фрези із змінним під час обробки кутом; фасонні увігнуті і опуклі фрези радіаційного профілю; кінцеві фрези з підведенням до циліндричної поверхні деталі площині столу під необхідним кутом.

Верстати

Для обробки авіаційних матеріалів в нашій країні створено безліч верстатів, які не поступаються світовим стандартам, а деякі з них не мають аналогів за кордоном. Наприклад, верстат ВФ-33 з ЧПУ (поздовжньо-фрезерний трехшпіндельний трьохкоординатний) призначення якого одночасна обробка трьома шпинделями панелей, монорейок, нервюр, балок та інших такого роду деталей для важких і легких літаків.
Верстат 2ФП-242 В, що має два рухомих порталу та ЧПУ (поздовжньо-фрезерний трехшпіндельний четырехкоординатный) розроблений для обробки габаритних лонжеронів і панелей при важких і широкофюзеляжних літаків. Верстат ФРС-1, оснащений рухомою колоною, горизонтально-фрезерно-розточна, 15-ти координатний з ЧПУ — призначений для обробки стикових поверхонь центроплана і крила широкофюзеляжних літаків. СГПМ-320, гнучкий виробничий модуль, до складу якого входять токарний верстат, ЧПУ АТ-320, магазин на 13 інструментів, автоматичний маніпулятор для знімання та встановлення деталей для ЧПУ. Гнучкий виробничий комплекс АЛК-250, створений для виробництва прецизійних деталей для корпусу гідроагрегатів.

Інструменти

Щоб забезпечити оптимальні умови різання і високу якість поверхні деталей, необхідно суворе дотримання геометричних параметрів інструменту з твердих сплавів і швидкорізальних сталей. Різці з пластинами з твердого сплаву ВК8 застосовуються для точіння кованих заготовок. Рекомендуються наступні геометричні параметри різців під час обробки за газонасиченої кірці: головний кут в плані φ1 =45°, допоміжний кут в плані φ =14°, передній кут γ=0°; задній кут α = 12°.При наступних режимах різання: подача s = 0,5 — 0,8 мм/об, глибина різання t не менше 2 мм, швидкість різання v = 25 — 35 м/хв. Для проведення чистового і получистового безперервного точіння можна застосувати інструменти із твердих сплавів ВК8, ВК4, ВКбм, ВК6 та ін. при глибині різання 1−10 мм, швидкість різання складає v = 40−100 мм/хв, а подача повинна становити s = 0,1−1 мм/об. Можуть застосовуватися інструменти з швидкорізальної сталі (Р9К5, Р9М4К8, Р6М5К5). Для різців, виготовлених з швидкорізальної сталі, розроблена наступна геометрична конфігурація: радіус при вершині r = 1 мм, задній кут α = 10°, φ = 15°. Допустимі режими різання при точінні титану досягаються при глибині різання t = 0,5−3 мм, v = 24−30 м/хв, s <0,2 мм.

Тверді сплави

Проведення фрезерних робіт з титаном ускладнює налипання титану на зуби фрези і їх викошування. Для виготовлення робочих поверхонь фрез використовуються тверді сплави ВК8, ВК6М, ВК4 і швидкорізальні сталі Р6М5К5, Р9К5, Р8МЗК6С, Р9М4К8, Р9К10. Для проведення фрезерування титану за допомогою фрез з пластинами зі сплаву ВК6М рекомендується використовувати наступний режим різання: t = 2 — 4 мм, v = 80 — 100 м/хв, s =0,08−0,12 мм/зуб.

Свердління

Проведення свердління титану ускладнює налипання стружки на робочу поверхню інструменту та її набивання у відвідні канавки свердла, що веде до підвищення опору різанню і швидкого зношування ріжучої кромки. Для попередження цього рекомендується при проведенні глибокого свердління періодично проводити очищення інструменту від стружки. Для свердління застосовують інструменти з швидкорізальних сталей Р12Р9К5, Р18Ф2, Р9М4К8, Р9К10, Р9Ф5, Ф2К8МЗ, Р6М5К5 і твердого сплаву ВК8. При цьому рекомендуються наступні параметри геометрії свердел: для кута нахилу спіральної канавки 25−30, 2φ0 = 70−80°, 2φ = 120−130°, α = 12−15°, φ = 0−3°.

МОР

Для підвищення продуктивності при обробці титанових сплавів різанням і збільшення стійкості інструменту використовують рідини типу РЗ МОР-8. Вони відносяться до галлоидосодержащим змащувально-охолоджувальних. Охолодження оброблюваних деталей проводиться методом рясного зрошення. Застосування галлоидосодержащих рідин при обробці тягне за собою утворення соляної кірки на поверхні титанових деталей, яка з урахуванням нагріву і одночасної дії напруги може викликати сольову корозію. Для запобігання цього після обробки з застосуванням РЗ МОР-8 деталі піддаються облагораживающему труїть, під час якого знімається поверхневий шар товщиною до 0,01 мм Під час проведення складальних операцій застосування РЗ МОР-8 не допускається.

Шліфування

На оброблюваність титанових сплавів істотно впливає їх хімічний і фазовий склад, тип і параметри мікроструктури. Найбільш ускладнена обробка титанових напівфабрикатів і деталей, що мають грубу пластинчасту структуру. Такого роду структура є у фасонних виливків. Крім того, фасонні виливки з титану мають газонасыщенную кірку на поверхні, що сильно впливає на знос інструменту.

Проведення шліфування титанових деталей утруднене із-за високої схильності контактного схоплювання під час тертя. Оксидна поверхнева плівка легко руйнується під час тертя під дією питомих навантажень. В процесі тертя в місцях зіткнення поверхонь відбувається активне перенесення матеріалу з оброблюваної деталі на інструмент («схоплювання»). Сприяють цьому також і інші властивості сплавів титану: більш низька теплопровідність, підвищення пружної деформації при порівняно низькому модулі пружності. З-за виділення тепла на тертьової поверхні потовщується оксидна плівка, що в свою чергу підвищує міцність поверхневого шару.

При обробці деталей з титану застосовуються стрічкове шліфування і шліфування абразивними кругами. Для промислових сплавів найбільш поширене застосування абразивних кругів із зеленого карбіду кремнію, який володіє великою твердістю і крихкістю при стабільності фізико-механічних властивостей з більш високими абразивними здібностями, ніж у чорного карбіду кремнію.

Купити, ціна

Компанія Evek GmbH реалізує металопрокат за оптимальною ціною. Вона формується з урахуванням ставок на LME (London metal exchange) і залежить від технологічних особливостей виробництва без включення додаткових витрат. Поставляємо напівфабрикати з титану і його сплавів в широкому асортименті. Всі партії виробів мають сертифікат якості на відповідність вимогам стандартів. У нас ви можете купити оптом саму різну продукцію для масштабних виробництв. Широкий вибір, вичерпні консультації наших менеджерів, доступні ціни та своєчасність поставки визначають обличчя нашої компанії. При оптових покупках діє система знижок