Ono što izdvaja obradu titanijumskih oštrica
Oštrice od legure titanijuma nalaze se u središtu kompresora avio motora, pogonskih jedinica gasnih turbina, rotora turbopunjača i sve većeg broja hirurških instrumenata. Atrakcija je ravnoteža svojstava koju ne reprodukuje niti jedan tip čelika: gustina od oko 4,43 g/cm3, vlačna čvrstoća od 895-1000 MPa za žareni Ti-6Al-4V, modul elastičnosti blizu 110 GPa, i samopopravljajući film od oksida i hlorida koji se uglavnom obnavlja. Oštrica kompresora koja je teška 1,8 kg od nerđajućeg čelika koji se očvršćava može se proizvesti sa otprilike 1,0 kg u Ti-6Al-4V uz isto aerodinamičko opterećenje.
Ta ista svojstva definiraju poteškoću obrade. Titanijum zadržava toplotu: njegova toplotna provodljivost je samo oko 7 W/mK, otprilike jedna trećina nisko{2}}legiranog čelika, tako da toplota stvorena na ivici sečenja odlazi uglavnom kroz alat umesto kroz strugotinu. Temperature{4}}čela mogu premašiti 1000 C, što dovodi do difuznog trošenja, potiče materijal koji se obrađuje na ivici i može smanjiti vijek trajanja alata na djelić onoga što identični umetak pruža na čeliku.
Tri dodatna efekta oblikuju planiranje proizvodnje. Nizak modul elastičnosti omogućava da se tanki profil aeroprofila odbije od alata, proizvodeći klepetanje i dimenzionalno pomjeranje. Visoka hemijska reaktivnost znači da svaki kiseonik, azot ili vodonik prisutni na temperaturi formiraju tvrdo, krto alfa kućište. A ocjena obradivosti titanijuma, koja se često navodi blizu 20 posto besplatnog-čelika za sečenje, čini vrijeme ciklusa i trošak alata dominantnim faktorom cijene oštrice.
Rute obrade za oštrice od legure titanijuma
| Proces | Tipična tolerancija | Najbolja-geometrija | Glavno ograničenje |
|---|---|---|---|
| 5-osno CNC glodanje | +/- 0.02 mm | Površine aeroprofila, integralni pokrovi | Niska brzina uklanjanja metala, habanje alata |
| CNC tokarenje | +/- 0.01 mm | Diskovi, drške, prijelazi korijena | Brbljanje na vitkim dijelovima |
| Puzajuće mlevenje | +/- 0.015 mm | Profil-korijena jele i slotovi | Rizik od opekotina, visoka cijena kotača |
| Elektrohemijska obrada | +/- 0.05 mm | Složene zakrivljene površine, serijski rad | Cijena elektroda, rukovanje elektrolitom |
| Wire EDM | +/- 0.005 mm | Prorezi za korijen, rupe za hlađenje | Sporo na trodimenzionalnim formama |
| Abrazivni vodeni mlaz ili lasersko obrezivanje | +/- 0.1 mm | Zatvaranje i obrezivanje rubova prije završetka | Zona zahvaćena toplinom na rubu laserskog reza |
Parametri rezanja i alati koji izdrže
Nepremazani finozrnasti-karbid klase K10-K20 ostaje radni konj za tokarenje i glodanje titanijuma, sa PVD obloženim i keramičkim razredima rezervisanim za specifične zadatke grube obrade. Slike ispod su početne tačke proizvodnje za Ti-6Al-4V koje se zatim podešavaju na probnim kuponima.
| Operacija | Brzina rezanja | Feed | Strategija rashladne tečnosti |
|---|---|---|---|
| Okretanje | 40-60 m/min | 0,1-0,2 mm/okr | Visok pritisak, 7-15 MPa |
| Krajnje glodanje | 30-50 m/min | 0,05-0,15 mm/zub | Kroz-poplavu vretena |
| Bušenje | 10-20 m/min | 0,05-0,12 mm/okr | Unutarnja rashladna tečnost sa peck ciklusom |
| Puzajuće mlevenje | Brzina točka 15-25 m/s | Dubina reza 0,5-3 mm | Uredno ulje za mljevenje |
Priprema ivica je važna koliko i odabir razreda. Lagana oštrica od 0,02-0,05 mm na oštroj ivici smanjuje strugotine tokom ulaska, a pozitivna geometrija grabulja od 8-15 stepeni smanjuje silu rezanja na tankim zidovima aeroprofila. Čvrsto pričvršćivanje, minimalni prevjes alata i konstantna brzina pomaka koja izbjegava stvrdnjavanje pri radu su praktične poluge koje održavaju proces oštrice od titanijuma stabilnim.
Integritet površine, Alfa kućište i inspekcija
Uklonite alfa kućište formirano iznad otprilike 600 C kiseljenjem u azotnoj-fluorovodičnoj kupki ili kontroliranim mehaničkim miješanjem.
Držite aerodinamičke površine na Ra 0,4 mikrona ili boljem, jer je hrapavost direktan pokretač zamora{1}}života.
Završite blagim prolazima kako biste ograničili zaostali napon zatezanja; niske-površine sa niskim naprezanjem ili kompresijom produžavaju vijek trajanja oštrice.
Potvrdite odsustvo bijelog sloja i mikropukotina metalografskim presjekom na prvim-djelovima.
Primijenite ultrazvučno testiranje za unutrašnje defekte, vrtložna struja za skoro{0}}površinske nedostatke i lasersko skeniranje ili CMM za usklađenost profila.
Balansiranje efikasnosti, troškova i sigurnosti operatera
Na cijenu oštrice dominira vrijeme obrade, potrošnja alata i otpad. Automatska izmjena paleta, prilagodljiva kontrola posmaka koja reaguje na opterećenje vretena i{1}}praćenje vijeka trajanja alata obično donose najveće dobitke prije nego što se razmotri bilo kakva promjena rute procesa. Tamo gdje geometrija dozvoljava, skoro-mrežno kovanje ili aditivne predforme smanjuju volumen metala koji se mora rezati, dok elektrohemijska obrada i EDM preuzimaju karakteristike koje najbrže uništavaju alate za glodanje.
Sigurnost je neodvojiva od procesa. Titanijumske sitnice i strugotine predstavljaju opasnost od sagorevanja, tako da se strugotina mora sakupljati mokra, čuvati odvojeno i nikada ne dozvoliti da se akumulira suva u blizini izvora toplote. Operateri koji rade sa kupatilima za kiseljenje sa fluorovodoničnom kiselinom trebaju zaštitnu odjeću-otpornu na kiselinu, štitnike za lice i ventilaciju, a operacije mljevenja zahtijevaju ekstrakciju uljne magle i prašine.
Često postavljana pitanja
P: Zašto obrada sečiva od titanijuma košta više od obrade sečiva od nerđajućeg čelika?
Budući da se brzina rezanja mora održavati tri do pet puta manja, vijek trajanja alata je kraći, a dodaju se završni koraci kao što je uklanjanje alfa kućišta i puna inspekcija profila. Materijalna premija je obično manji dio razlike.
P: Koja je vrsta titana najčešća za lopatice kompresora?
Ti-6Al-4V je osnovna linija za stepene ventilatora i kompresora do oko 400 C. Približne alfa klase, kao što je Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, preuzimaju snagu na višim radnim temperaturama gdje otpor puzanju postaje kritičan.
P: Da li je rashladna tečnost pod visokim pritiskom zaista neophodna?
Za duboke džepove, proreze u korijenu i bušenje je skoro neophodno, jer lomi strugotinu, uklanja toplinu i sprječava ponovno{0}}rezivanje strugotine. Plitko vanjsko okretanje može raditi na konvencionalnoj rashladnoj tečnosti sa konzervativnim parametrima.
P: Kako se kontroliše brbljanje na tankim zidovima aeroprofila?
Skraćivanjem prepusta alata, korištenjem glodala s promjenjivim spiralnim ili nejednakim nagibom, podupiranjem sekcije podešenim učvršćenjima i smanjenjem radijalne dubine rezanja uz podizanje hoda po zubu kako bi se ivica zadržala u kontaktu.
P: Može li elektrohemijska obrada u potpunosti zamijeniti glodanje?
Ne obično. ECM se ističe u složenim zakrivljenim površinama i serijskoj proizvodnji-bez ivičnjaka, ali cijena elektroda i upravljanje elektrolitom čine ga neekonomičnim za jedno-izuzetnu geometriju i jednostavne planarne karakteristike.
P: Koji set za inspekciju dokazuje da je oštrica prihvatljiva?
Usklađenost profila pomoću CMM-a ili laserskog skeniranja, mjerenje hrapavosti površine, provjere alfa slučaja i mikrostrukture na kuponima, procjena zaostalog naprezanja na kritičnim presjecima, plus ultrazvučno ispitivanje i ispitivanje vrtložnim strujama za unutrašnje i blizu{0}}površinske defekte.
