В статье рассмотрено влияние механических свойств титана на работоспособность режущего инструмента, приведены общие рекомендации по выбору режимов резания титановых сплавов.
Ключевые слова: титановые сплавы, режимы резания, глубина резания, подача, скорость резания.
Титан — труднообрабатываемый материал, его свойства усложняют процесс резания даже в сравнении с обработкой таких сплавов, как чугун и нержавеющая сталь. Считается, что трудоемкость обработки титановых сплавов в 2–2,5 раза больше, чем обычных сталей. В табл. 1. представлено влияние механических свойств титана на работоспособность режущего инструмента.
Таблица 1
Механические свойства титана и их влияние на режущий инструмент
|
Механические свойства |
Влияние на режущий инструмент |
|
Сохраняет прочность при относительно высокой температуре |
Высокие силы и температуры в зоне резания |
|
Небольшая толщина стружки, узкая область контакта по передней поверхности |
Концентрация сил резания, подача ниже среднего значения |
|
Низкая теплопроводность |
Требуется высокая красностойкость Большая зависимость от скорости/подачи |
|
Цикличность стружкообразования — переменные силы резания |
Склонность к вибрациям |
|
Химическая активность по отношению к инструментальному материалу |
Лункообразование |
|
Высокое содержание карбидов |
Износ по задней поверхности |
Перед обработкой титанового сплава следует произвести анализ и планирование процесса, включающий следующие этапы:
- Анализ условий;
- Выбор стратегии обработки;
- Выбор концепции инструмента;
- Выбор режущего инструмента, назначение режимов резания;
- Программирование в САМ-системе и моделирование процесса.
При обработке титана площадь контакта режущей части инструмента со стружкой меньше, чем при обработке стали. Вследствие чего из-за низкой теплопроводности титана инструмент сильно нагревается, особенно в зоне контакта со стружкой. При обработке стали в зоне резания температура достигает 300–350 ˚С, при резании титановых сплавов — 1100–1200 ˚С. С повышением скорости резания температура в контактной области возрастает, поэтому для обработки титана используют относительно невысокие скорости резания от 5 до 80 м/мин.
При обработке титановых сплавов происходит адгезионное изнашивание режущей части инструмента, это вызвано тем, что при таких высоких температурах происходит легирование стружки материалом инструмента. В результате чего сплав удаляется со стружкой, что приводит к повышенному износу режущей части и снижению периода стойкости инструмента [1].
В качестве материала режущей части рекомендуют использовать сплавы типа ВК3, ВК4, ВК8. Фирмой Sandvik Coromant разработаны оптимальные сплавы для обработки титана: H13A (без покрытия); GC1105 (PVD, с острыми кромками) для снижения сил резания и повышения скорости резания; CD10 (PCD) для обеспечения высокой стойкости инструмента и высокой скорости резания [2].
Точение титана следует делить на три этапа: предварительный; промежуточный и окончательный. Каждый этап характеризуется своими особенностями и спецификой применения инструмента (табл. 2).
Таблица 2
Общие рекомендации по выбору режимов резания титана
|
Этапы |
Области применения |
Рекомендации по выбору режимов резания |
Требования к инструментальному материалу |
|
Пред. обр. |
Тяжелая черновая обработка Удаление корки |
t = 3–10 мм S = 0,3–0,8 мм/об V = 25 м/мин |
Прочность Стойкость к лункообразованию Красностойкость |
|
Пром. обраб. |
Черновая / получистовая обработка Обработка заготовки без корки Профильная обработка |
t = 0,5–4 мм S = 0,2–0,5 мм/об V = 40–80 м/мин |
Красностойкость Стойкость к лункообразованию |
|
Окон. обраб. |
Обеспечение требуемого качества поверхности Получистовая / чистовая обработка |
t = 0,25–0,5 мм S = 0,1–0,4 мм/об V = 80–120 м/мин |
Красностойкость Стойкость к лункообразованию |
Рассмотрим режимы резания при черной обработке сплава марки ВТ1–0 резцом с пластиной из ВК8. Резец имеет следующую рекомендованную геометрию: передний угол = 0, задний угол = 12, главный угол в плане 1 = 45, вспомогательный угол в плане = 14. Соответственно рекомендуемые режимы: скорость резания = 25–35 м/мин, подача S = 0,5–0,8 мм/об, глубина резания t не менее 2 мм. Режимы резания при чистовом и получистовом точении титана марки ВТ1–0 приведены в табл. 3 [1].
Таблица 3
Режимы резания при чистовом и получистовом точении титана ВТ1–0
|
Подача резца мм/об |
Скорость резания, м/мин, при глубине резания, мм |
||||
|
1 |
3 |
5 |
8 |
10 |
|
|
0,1 |
105 |
95 |
91 |
87 |
84 |
|
0,2 |
84 |
75 |
72 |
68 |
66 |
|
0,3 |
74 |
67 |
63 |
60 |
58 |
|
0,5 |
64 |
56 |
53 |
51 |
48 |
|
0,8 |
53 |
48 |
46 |
45 |
42 |
|
1,0 |
48 |
45 |
43 |
40 |
39 |
В основу подбора оптимальных режимов резания при обработке титановых сплавов лежит изучение закономерностей изменения интенсивности износа и средней контактной температуры. Трудоемкость обработки титановых сплавов будет зависеть от системы легирования и прочности сплава, возрастание группы сплава ведет к усложнению трудоемкости обработки. Чем выше трудоемкость, тем уже диапазон целесообразных режимов резания, и тем важнее становится определение оптимальных режимов обработки.
Литература:
- Илларионов, А. Г. Технологические и эксплуатационные свойства титановых сплавов: учебное пособие / А. Г. Илларионов, А. А. Попов. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014–137 с.
- Техническое руководство. Обработка титана [Электронный ресурс] / Sandvik Coroman, 2011–140 с.
