МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

MECHANICAL MILLING PROCESSES OF TITANIUM ALLOYS

Daulet Asylbekov

student, department of mechanical engineering, Akhmet Baitursynuly Kostanay Regional University,

Kazakhstan, Kostanay

Darina Zhamalova

teacher of special disciplines, Kostanay College of Automobile Transport,

Kazakhstan, Kostanay

Beibit Kaliyev

scientific supervisor, senior lecturer department of mechanical engineering, Akhmet Baitursynuly Kostanay Regional University,

Kazakhstan, Kostanay

АННОТАЦИЯ

Титан является одним из наиболее интересных и сложных для обработки металлов из-за своих уникальных свойств, которые нашли широкое применение в различных отраслях промышленности. Механическая обработка титана сложнее, чем обработка обычной стали, и требует специальных методов и оборудования. Этот обзор литературы рассматривает механические процессы фрезерования титана, включая аспекты силы и мощности резания, температуры резания, износа инструмента и его срока службы, а также качество поверхности и тип стружки, получаемой при фрезеровании титана с использованием указанных процессов.

ABSTRACT

Titanium is one of the most interesting and difficult metals to process because of its unique properties, which have found wide application in various industries. Machining titanium is more difficult than processing ordinary steel and requires special methods and equipment. This literature review examines the mechanical processes of titanium milling, including aspects of cutting force and power, cutting temperature, tool wear and service life, as well as surface quality and type of chips produced by milling titanium using these processes.

Ключевые слова: фрезерование; механическая обработка; сила резания; шероховатость поверхности; титановый сплав; износ инструмента.

Keywords: milling, mechanical processing, cutting force, surface roughness, titanium alloy, tool wear.

Титан и его сплавы находят широкое применение в авиационной и ракетной промышленности, что является одним из главных направлений использования. Кроме того, титан также широко применяется в других отраслях, включая автомобильную, судостроительную, химическую, металлургическую, медицинскую, военную и пищевую промышленность.

В последние десятилетия произошло стремительное распространение применения титана, что сопровождалось значительным увеличением его производства. Производство титановых сплавов постоянно расширяется и улучшается [1].

Например, существует изобретение, позволяющее создавать титановые сплавы с разнообразной микроструктурой без необходимости повторного нагрева. Этот метод позволяет использовать повышенные скорости деформации, сокращает время обработки и/или устраняет необходимость в специализированном ковочном оборудовании.

Превосходные свойства титана, такие как высокая прочность на сжатие и растяжение, низкая плотность, высокая усталостная прочность в атмосфере и морской воде, а также его исключительная устойчивость к коррозии, являются основными причинами растущей популярности этого материала. Титан и его сплавы обладают уникальными свойствами, такими как устойчивость к солнечной радиации, высокая температурная стойкость и отличные прочностные характеристики. Они могут работать как при высоких температурах (до 600-650 °C), так и в криогенных условиях, включая температуры жидкого водорода [2].

Несмотря на эти преимущества, титан является материалом, требующим особого подхода при механической обработке. Его низкая теплопроводность приводит к повышенным температурам резания, что, в свою очередь, увеличивает износ инструмента и снижает его стойкость [3]. Это приводит к высокой стоимости процесса обработки и низкой производительности.

Поэтому разработка эффективных методов механической обработки титана имеет важное значение для снижения затрат и повышения конкурентоспособности продукции, изготовленной из этого материала.

При обработке заготовки резанием требуется удалить определенный слой металла и преодолеть его сопротивление, которое представляет собой силу резания [3]. В процессе грубого фрезерования, когда снимается несколько миллиметров металла, сила резания увеличивается, в то время как в процессе чистового фрезерования она снижается в несколько раз. Поэтому при выборе фрез, разработке приспособлений и проектировании станков необходимо учитывать тип обработки и силу резания. [4].

Необходимо обращать внимание на то, какие силы действуют на инструмент в процессе фрезерования. Таким образом, фреза оказывает влияние на движение стола, и, фактически, сила подачи при фрезеровании в направлении движения меньше на 20...30% по сравнению с фрезерованием в противоположном направлении из-за воздействия силы. [5].

При обработке титана и жаропрочных сплавов наблюдаются особенно высокие значения температуры резания. Скорость резания оказывает наиболее сильное влияние на температуру, и с увеличением скорости она быстро возрастает и затем стремится к предельному значению, примерно равному температуре плавления обрабатываемого материала. Передача тепла от режущего инструмента к заготовке зависит от теплофизических свойств обоих материалов. Из-за низкой теплопроводности титана большая часть тепла, создаваемого при фрезеровании, будет поглощаться инструментом. Высокая температура резания одна из причин быстрого износа инструмента [1].

В современном производстве деталей из титана существуют повышенные требования к производительности, точности и качеству поверхности. Для удовлетворения этих требований используется техника высокоскоростного резания. Высокие скорости и низкое силовое воздействие в зоне контакта между заготовкой и инструментом позволяют перераспределить тепловые потоки между заготовкой, стружкой и инструментом.

Стружку титана можно легко приварить к режущим кромкам инструмента, особенно, когда начинается износ инструмента. Серьезный износ инструмента является основной причиной высокой стоимости обработки титана. Скорость резания должна быть достаточно низкой, чтобы избежать слишком короткого срока службы инструмента [1].

Даже при очень малых подачах фрезерование не обеспечивает идеально гладкую поверхность. Под воздействием режущего инструмента металл в зоне резания подвергается пластической деформации: он сжимается в направлении скорости резания и расширяется в боковых направлениях. Это приводит к усадке металла, который уходит в виде стружки, и размеры стружки становятся больше, чем размеры сечения среза.

Титан, как правило, используется для большой надежности и сопротивления износа, и поэтому высокое качество поверхности необходимо поддерживать.

После проведенного обзора литературы можно сделать следующие выводы относительно эффективной обработки титана: рекомендуется сохранять небольшую площадь контакта между заготовкой и фрезой, использовать фрезы с большим числом зубьев и большим дополнительным задним углом, а также следить за остротой режущей кромки.

Список литературы:

1. К. Виттингтон, В. Власов «Высокоскоростная механообработка». Журнал «САПР и графика». 11/2002.
2. Ильин А.А., Колачёв Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства, Справочник. –М.: ВИЛС-МАТИ, 2009. –520 с.: ил.
3. Кувшинский В. В. Фрезерование. –М., «Машиностроение», 1977. –240 с.
4. Тома Жан-Филипп (US), Способы обработки сплавов титана: Автореф. –Россия, 2017. –74 с.
5. Карибаев А., Автоматизирование обрабатывания зубчатых колес на зубофрезерных станках / А. Карибаев, К. Шаяхметов, Б. Калиев // Ахмет Байтурсынов - великая личность и наследие нации» материалы международной научно-практической конференции студентов и магистрантов – Костанай: КРУ имени А. Байтурсынова. – 01 апреля, 2022. – С. 342-346.