Las razones por las que las aleaciones de titanio son difíciles de procesar
En primer lugar, la concentración de temperatura.
La conductividad térmica de la mayoría de las aleaciones de titanio es muy baja, sólo 1/7 de la del acero, 1/16 de la del aluminio y 1/25 de la del cobre. Por lo tanto, el calor generado durante el corte de la aleación de titanio no se transferirá rápidamente a la pieza de trabajo ni será arrastrado por las virutas, sino que se concentrará en el área de corte.
La temperatura generada por el filo puede alcanzar hasta 1000 grados, provocando un rápido desgaste y agrietamiento del filo de la herramienta, lo que resulta en la acumulación de viruta y acorta la vida útil de la herramienta.
La alta temperatura generada durante el proceso de corte también daña la integridad de la superficie de las piezas de aleación de titanio, lo que provoca una disminución de la precisión geométrica de las piezas y la aparición de endurecimiento por trabajo, lo que reduce seriamente su resistencia a la fatiga.
En segundo lugar, deformación elástica.
El módulo de elasticidad de la aleación de titanio no es muy alto, por ejemplo, el módulo de elasticidad de TC4 es solo 110 Gpa, mientras que el módulo de elasticidad del acero 45 es 210 Gpa, y el módulo de elasticidad del acero inoxidable como 303304316 también es de alrededor de 200 Gpa. Por lo tanto, al procesar aleaciones de titanio, es probable que se produzca deformación elástica.
Al procesar piezas circulares o de paredes delgadas, este problema es más grave. No es fácil procesar piezas de paredes delgadas de aleación de titanio con la precisión dimensional esperada. Porque cuando la herramienta empuja el material de la pieza de trabajo, la deformación local de la pieza de pared delgada ha excedido el rango elástico, lo que resulta en una deformación plástica, y la resistencia y dureza del material de la punta de corte aumentan significativamente.
La presión de corte hace que la pieza de trabajo "elástica" abandone la herramienta y rebote, lo que resulta en una mayor fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo que el efecto de corte. El proceso de fricción genera calor, lo que agrava el problema de la mala conductividad térmica de las aleaciones de titanio.
En tercer lugar, la aleación de titanio tiene una buena afinidad, lo que conduce a la formación de virutas largas y continuas durante los procesos de torneado y taladrado, que pueden enredar la herramienta y dificultar su funcionamiento. Cuando la profundidad de corte es demasiado profunda, la herramienta puede pegarse, quemarse y fracturarse.
Por supuesto, la afinidad también es bastante útil en otros lugares, como en las bombas de iones, que se utilizan para fabricar placas de cátodos de titanio. Cuando los átomos de titanio se proyectan sobre la pared del tubo del ánodo, pueden adsorber gas y generar un vacío ultraalto.
En cuarto lugar, la vibración.
La elasticidad de las aleaciones de titanio puede ser beneficiosa para el rendimiento de las piezas, pero durante el proceso de corte, la deformación elástica de la pieza de trabajo es una causa importante de vibración.
La vibración generada al procesar la aleación de titanio es aproximadamente 10 veces mayor que la del acero. Debido a la concentración del calor de corte en la pieza de corte, se generan virutas en forma de dientes de sierra, lo que provoca fluctuaciones en la potencia de corte.
Contramedidas para el procesamiento difícil de aleaciones de titanio
En primer lugar, enfriar
Se pueden utilizar refrigerantes para reducir la alta temperatura generada durante el proceso de corte. Normalmente, los refrigerantes de aceite no solubles se utilizan para cortes y cizallas de baja velocidad y trabajos pesados, mientras que los refrigerantes de corte solubles se utilizan para cortes o cizallas de alta velocidad.
Además, se puede utilizar el método de corte a baja temperatura, utilizando nitrógeno líquido (-180 grado) o CO2 líquido (-76 grado) como fluido de corte para reducir la temperatura de la zona de corte. Este método puede reducir la fuerza de corte principal en un 20 %, reducir la temperatura de corte en más de 300 grados, eliminar los depósitos de viruta, mejorar la calidad de la superficie de mecanizado y aumentar la durabilidad de la herramienta de 2 a 3 veces.
En segundo lugar, elija la herramienta adecuada.
Elegir la herramienta de corte adecuada puede generar mejoras significativas.
Debido al hecho de que el calor debe descargarse a través del filo y el refrigerante, en lugar de a través de las virutas como el acero, una pequeña porción del filo debe soportar tensiones térmicas y mecánicas extremadamente altas, utilizando filos cortantes afilados para reducir la fuerza de corte.
Además, la presión de corte se puede reducir mediante el uso de rectificado con ranuras pulidas y hojas indexables de ángulo alto.
Si es necesario, también se pueden utilizar herramientas de corte recubiertas para resistir la viscosidad de la aleación y romper virutas largas, minimizando así la fricción durante la eliminación de virutas, lo que ayuda a prevenir la generación de calor durante el proceso de mecanizado.
En tercer lugar, alimentación constante o aumento de la velocidad de alimentación.
El titanio es propenso a endurecerse por trabajo, lo que significa que al cortar materiales, el titanio se vuelve más duro y, por lo tanto, más propenso al desgaste de la herramienta. La alimentación constante garantiza que el endurecimiento por trabajo se mantenga al mínimo.
Por supuesto, si la máquina lo permite, se puede aumentar la velocidad de avance, lo que significa que la herramienta pasa menos tiempo en un área específica, por lo que no hay más tiempo para la acumulación de calor y el endurecimiento por trabajo.
Cuarto, reducir la velocidad de corte.
Por ejemplo, usar una velocidad de corte de acero de 1/3 o menos para controlar la liberación de calor.
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