Kako efikasno riješiti problem rezanja legura titana

Hlađenje pod visokim pritiskom koristi se za poboljšanje efikasnosti sečenja legure titanijuma

U zrakoplovnoj industriji za strukturu legure titanijuma količina uklanjanja materijala mora dostići 90%. Veliki avioni poput Boeingovog b-787 napravljeni su od više od 90 tona legura titana u mnogo različitih dijelova koji teže oko 11 tona. Međutim, da bi se minimizirali troškovi obrade, vrijedno je slijediti višu stopu uklanjanja materijala. U posljednjem desetljeću, međutim, stopa uklanjanja titanijuma samo se udvostručila, dok je aluminij povećao pet puta. Trenutno, stopa uklanjanja materijala u aluminijumu je dostigla 10L / min ili više, dok je brzina rezanja titanijuma tek dosegla 0,5L / min.

S obzirom na posljednjih godina, posebno u industriji proizvodnje zrakoplova, udio dijelova od legura titanijuma i sastavnih dijelova legura titanijum / ugljikova vlakna raste, poboljšanje proizvodne učinkovitosti rezanja materijala od legure titana postaje sve važnije.


Teško je rezati materijale od legura titana

Međutim, ove prednosti materijala od legure titana postale su poteškoće u rezanju. Jedan od glavnih razloga zašto je leguru titanijuma teško rezati je njegova loša toplotna provodljivost i visok specifični toplotni kapacitet. Na taj se način sprečava prijenos topline rezanja s područja rezanja kroz iverje i obradak. Većina topline (oko 75 posto) odlazi na oštricu. Visoka temperatura potiče difuziju i lijepljenje na površini noža kako bi tvorili kvržice na sječke, a istodobno se zbog visoke čvrstoće materijala od legura titana stvara tijekom rezanja veća sila rezanja. Stoga se alat za rezanje podvrgava velikim termičkim i mehaničkim opterećenjima u procesu obrade. Drugo, modul elastičnosti legure titanijuma je nizak. Pod djelovanjem sile rezanja dijelovi će se deformirati, a zatim opružiti, što će utjecati na točnost obrade komponenata.

Kao što se ovdje može vidjeti, glavni problem rezanja legura titana je što je toplina rezanja koju apsorbira alat previše, što dovodi do bržeg trošenja alata, što prisiljava na uporabu niže brzine rezanja, što će očito smanjiti efikasnost obrade i povećati cijenu jednog komada. Na primjer, 50% proizvodnih troškova Ti6Al4V turbo kompresora rotora troši se na rezanje.

Nije teško vidjeti kako je rješenje problema rezanja materijala od legure titana u upotrebi alata za rezanje od tvrdoće otpornih na visoke temperature i učinkovito hlađenje procesa rezanja. Da bi poboljšali efikasnost rezanja i pouzdanost obrade titanove legure, mnogi proizvođači alata za rezanje i sveučilišta proveli su plodna istraživanja i eksperimente. U Njemačkoj, posebno kao što su tehnološki univerzitet u Darmstadtu, univerzitet RWTH aachen, tehnološki univerzitet Braunschweig, tehnološki univerzitet u Hanoveru i tehnološki univerzitet u Dortmundu i drugi fakulteti i univerziteti u mehanizmu rezanja legura od titana, modelu konačnih elemenata, simulaciji, kutovima geometrije alata , testom rezanja i različitim načinima hlađenja i tako dalje, proveo je niz studija, uključujući alatni stroj RWTH aachen sveučilišne laboratorije (WZL) s Iscarom (Iscar), metal kenner (Kennmetal), gorski alat za rezanje (Seco Tools) i Fabrika alata Sandvik (Sandvik) u bliskoj je suradnji u svrhu provođenja tehnološkog istraživanja, uključujući tehnologiju hlađenja visokog pritiska i tehnologiju proizvodnje leibniz-a i instituta za istraživanje alatnih strojeva na univerzitetu u Hanoveru (IFW) airbusom iz Njemačke, metalima kenner, Paul Horn i Lehmann preciznim rezanjem kompanija za alate za finansiranje, koja se vrši "rezanjem razvoja alata, poboljšava stopu uklanjanja materijala od mlina titana g "projektni istraživački rad.


Hlađenje pod visokim pritiskom je efikasno rešenje

Istraživanje pokazuje da je alat za hlađenje efikasna metoda za rješavanje problema rezanja titanove legure. Trenutno postoje dva načina za razvoj tehnologije efikasnog alata za hlađenje. Jedno je upotreba rashladnog podmazivanja pod visokim pritiskom, drugo je upotreba hlađenja hladnim vazduhom, odnosno upotreba tečnog azota (-196 ℃) ili tečnog ugljen-dioksida (CO2) (-65 ℃) za hlađenje, posebno tečni azot, što je vrlo obećavajuća metoda hlađenja glodalicom. Treba istaknuti da rezanje potpomognuto hlađenjem dušikom ili hlađenjem ugljičnim dioksidom predstavlja vrstu suhe obrade, koja ne samo da može ohladiti alat za rezanje, pomoći u brzom razbijanju sječke i produljiti vijek trajanja reznog alata, već ima i mnogo ekonomskih , tehničke i ekološke prednosti suhe obrade.

Trenutno, s obzirom na dobar učinak hlađenja visokotlačnim hlađenjem, kao i postojeći centar za obradu i okretni centar opremljeni su opremom za hlađenje i podmazivanje, postoji puno proizvođača alata za rezanje i mogu pružiti ovo hlađenje rezanja pod visokim pritiskom. alata, i prikupio puno praktičnog iskustva s (i tokarenjem, tako i glodanjem), stoga se koristi bilo mazivom za visokotlačno hlađenje, nesumnjivo je postao prvi izbor.

S konvencionalnim hlađenjem velikog protoka, mazivo za hlađenje ne može doći do područja sečenja između rezne ivice i strugotine, tako da se rezna ivica ne može efikasno ohladiti. Da bi se postiglo efikasno hlađenje alata, opskrba rashladnog maziva treba se precizno uskladiti s kontaktnim dijelom između rezne ivice i pod visokim tlakom i odgovarajućim protokom. U kontaktnom području formirajte klin visokog energetskog udara, skraćujući tako vrijeme kontakta između sječke i sječiva, smanjite temperaturu zone rezanja, istovremeno učinite čip krhkim, hlađenjem superpozicije i mehaničkim utjecajem ove dvije efekt, brzo čine pouzdano lomljenje i pražnjenje čipova, uvelike poboljšavajući pouzdanost obrade, pa je povoljno realizirati automatizaciju procesa rezanja.


Hlađenje pod visokim pritiskom pomaže povećati produktivnost

Praksa pokazuje da se trajnost alata može poboljšati za 50% hlađenjem pod visokim pritiskom. Podešavanjem pritiska rashladne i podmazujuće tečnosti može se uticati na oblik žetone kako bi se poboljšalo lomljenje čipova. Prema Iscaru, možete vidjeti proces oblikovanja strugotine pod različitim pritiscima rashladnih i podmazujućih tekućina. Kada se čip ohladi s velikom brzinom protoka pri tlaku 2MPa, čip preraste u ranjeni čip. Kada se unutarnje hlađenje primjenjuje pri tlaku od 8MPa, čipovi se pod utjecajem visokog tlaka razbijaju u male zakrivljene čipove. Ako se koristi 30MPa ultra visoki tlak za unutarnje hlađenje, kada čips postane čips u obliku igle. Iz ova tri primjera nije teško razabrati da hlađenje pod visokim pritiskom može kontrolirati oblikovanje strugotine, na taj način poboljšavajući pouzdanost procesa rezanja i može poboljšati količinu rezanja obrade legura od titana.

Ovdje treba napomenuti da je pri tlaku rashladnog maziva ispod 7MPa, rashladna tekućina isparavala ispred rezne ivice i formirala mjehurić, čime je onemogućila prijenos topline. Kada je tlak rashladne tečnosti veći od 7MPa, mjehurić se može ukloniti i rashladna tečnost može se prskati izravno na mjesto rezanja. Osim toga, treba istaknuti da upotreba tradicionalnih tekućina za podmazivanje mineralnim uljem, visokotlačno hlađenje rezanjem, uljem lako udišete puno zraka, što rezultira lošom učinkovitošću raspršivanja topline. U tu svrhu, njemačka kompanija za maziva Fuchs Europe razvila je rashladno mazivo (Ecocool TN2525 HP) sa ispušnim svojstvima na bazi sintetičke masti kako bi poboljšala učinak hlađenja maziva za hlađenje.

U preradi legura titana glavni su alati mehanički učvršćeni komadi i čvrsti alati od tvrdog karbida. Općenito govoreći, brzina rezanja grube obrade iznosi oko 50m / min, a brzina rezanja završne obrade iznosi (200-300) m / min. Nakon hlađenja pod visokim pritiskom, brzina rezanja može se povećati za 20%. U ovom trenutku temperatura se neće povećavati zbog povećanja brzine košenja. Ako se koristi ultra-visokotlačno hlađenje, uz korištenje CBN alata, brzina rezanja može se dodatno poboljšati. Međutim, uređaji za hlađenje i podmazivanje ultra visokog pritiska moraju biti posebno opremljeni. Zbog središta za obradu, okretnog centra i višenamjenske složene mašine opremljene rashladnim uređajem za podmazivanje uglavnom je samo (7-10) MPa.


Usporedba efekata obrade konvencionalnim hlađenjem i hlađenjem pod visokim pritiskom (podaci Sandvik)

Iz usporedbe efekata obrade različitih načina hlađenja može se vidjeti da hlađenje pod visokim tlakom pruža uvjete za poboljšanje parametara rezanja. Visoki parametri rezanja mogu značajno poboljšati efikasnost proizvodnje i značajno smanjiti troškove pojedinog komada. Iako se trajnost alata može povećati za 50 posto hlađenjem pod visokim pritiskom, to se može umanjiti samo za 1,5 posto po jedinici, jer troškovi alata obično čine samo 3 posto troškova proizvodnje.

Koristite hlađenje pod visokim pritiskom, obratite pažnju na preciznu koordinaciju pritiska, protoka i otvora mlaznice. Prema Sandviku, na primjer, korištenje mlaznice s otvorom od 1 mm na alatu zahtijeva brzinu protoka tekućine za hlađenje i podmazivanje od 5 l / min za održavanje tlaka. Stoga treba odabrati veličinu otvora mlaznice da bi se stvorio najveći pritisak i najbolje korištenje rashladnog maziva.

Za obradu glodanja, u slučaju upotrebe više noža, postoji odgovarajući broj mlaznica, u ovom trenutku potreban je veliki protok rashladne tekućine za podmazivanje i podmazivanje, ako protok sustava podmazivanja nije dovoljan, to će utjecati na izlazni tlak mlaznice. U ovom trenutku razmislite o korištenju mlaznice malog promjera mlaznice kako biste smanjili protok i održavali pritisak prskanja rashladnog maziva.


Koristite prikladne alate za rezanje i alatne strojeve

U zrakoplovnoj industriji većina komponenti legura titana prerađuje se od grubih do gotovih proizvoda pri čemu je uklonjena velika količina materijala. Zid komponentnog gotovog proizvoda je vrlo tanak, oblika je vrlo složen, često se susreće u procesu glodanja dubokog utora. Stoga je veoma važno poboljšati brzinu uklanjanja materijala. Ograničavajući faktor za poboljšanje brzine uklanjanja materijala je trošenje alata. Istraživanje instituta za tehnologiju proizvodnje i alatnih strojeva (IFW) na sveučilištu u Leibniz Hanoveru pokazuje da mljevenje komponente od legure titanijuma (TiAl6V4) s manjim uglom stražnjeg dijela (alfa = 6o) i relativno velikim prednjim uglom (gama = 14o) smanjuje trošenje alata.

Zbog niskog modula elastičnosti titana, vibracija se lako pojavljuje kod glodanja. S obzirom na ovu situaciju, dizajn rezača planira koristiti glodalicu s neravnim zubima i uski remen kočnice s nultim stražnjim uglom. Da biste poboljšali uklanjanje strugotine, polirajte prednju stranu alata.

Da bi se poboljšala brzina rezanja materijala, često se koristi veća količina leđa i bočnih rezanja, stoga će se pri obradi stvoriti veće opterećenje rezanja. Titanijum je sklon vibracijama zbog svog modula niskog elastičnosti. Iz tih razloga stroj treba da ima visoku krutost, dobre prigušivačke performanse, veliki obrtni moment vretena i uređaj za napajanje velike snage. Za krajnje glodanje i kružne šupljine utora ili utora posebno je važno pouzdano uklanjanje strugotine, zbog čega stroj treba koristiti horizontalnu konfiguraciju vretena

Trenutno se za obradu komponenti od legure titanija mogu koristiti centri za obradu poput Ecoforce 2035 i 2060 za obradu DST korporacije, C-60U 5-osni procesni centri Hermle korporacije i Makino T4 iz Makino korporacije. Uključujući Makino T4 posebno je dizajniran za obradu legura od titana, osim što alatni stroj ima visoku krutost, posebno stabilnost strukture alatnog stroja, horizontalnu konfiguraciju vretena i vreteno velike snage i efikasan sistem hlađenja, stroj također ima aktivni sustav prigušivanja , inovacijom prigušivanja vibracija sistema može inhibirati posebno u gruboj obradi. Sustav djeluje na vodećoj šini proporcionalno sili rezanja trenjem, tako da se postiže ravnoteža sile rezanja trenjem. Tako Makino T4 može postići veću dubinu košenja, postići veću brzinu uklanjanja materijala (oko 500 cm3 / min kod grube obrade) i smanjiti trošenje alata.


Zaključak

Tehnologija hlađenja pod visokim pritiskom ima brojne prednosti kao što su produžavanje radnog vijeka alata, kontrola formiranja strugotine, povećanje brzine rezanja i poboljšanje kvalitete površine radnog komada, a samim tim i povećanje učinkovitosti proizvodnje.

Trenutno je tehnologija visokog pritiska hlađenja zrela tehnologija, u praktičnoj upotrebi je hlađenje tekućine za podmazivanje visokog pritiska, dovoljan protok i formiranje preciznog poravnanja rezne ivice i kontaktnog područja čipa visokoenergetskog mlaza, koji je alat za rezanje efikasno hlađenje i efikasna kontrola čipa je osnovni uvjet. Da bi se dobili najbolji rezultati obrade komponenata legure titanijuma, potrebno je kombinirati visokotlačno hlađenje s racionalnim izborom i dizajnom materijala alata, obloga, geometrijskih uglova i parametara rezanja.

Stoga je izbor reznih alata pogodnih za obradu legura od titana, visoka krutost, visoke performanse prigušivanja i alatni stroj još jedan važan uvjet za ostvarivanje ekonomičnog rezanja komponenata od legure titana.