Основные особенности обработки р е з а н и е м титановых

сплавов следующие.

Малая пластичность, приближающая их по свойствам к высокопрочным

материалам. По этому параметру (способности к упрочнению) титановые

сплавы резко отличаются от жаропрочных. Поэтому при обработке титановых

сплавов вследствие их пониженной пластичности величина составляющей Рz

силы резания на 20% ниже, чем для сплавов на основе железа.

1.Малая пластичность титановых сплавов приводит к тому, что при их

обработке образуется специфическая стружка, по внешнему виду похожая на

сливную, имеющая трещины, которые разделяют ее на очень слабо

деформированные элементы, прочно связанные между собой тонким и сильно

деформированным контактным слоем. Образование такой формы стружки

объясняется тем, что с ростом скорости резания пластическая деформация

не успевает протекать в основном объеме, концентрируясь в контактном слое,

где возникают высокие давления и температуры. В связи с этим в отличие

от обычных сталей у титановых сплавов меняется вид стружки с ростом

скорости резания в обратном направлении: сливная стружка переходит в

элементную. Это изменение формы стружки у менее пластичных титановых

сплавов или при обработке с большими подачами происходит при меньших

скоростях резания. Так, при обработке титанового сплава ВТ2 элементная

стружка образуется при меньших скоростях резания, чем при обработке

сплава ВТ1.

2.Высокая химическая активность, выражающаяся при обработке

резанием способностью титановых сплавов к активному взаимодействию с

окружающей средой. Благодаря этому по мере увеличения температуры

в зоне резания происходит сильное поглощение кислорода и азота воздуха, что

способствует повышенному окислению. Это вызывает интенсивное

окалинообразование и охрупчивание материала вследствие диффузии

кислорода в обрабатываемый материал и его наводороживания. Поэтому при

обработке резанием титановых сплавов выделяется относительно меньшее

количество тепла, чем при обработке резанием жаропрочных сплавов.

3.Вместе с тем титановые сплавы имеют еще более худшую теп-

лопроводност ь, чем жаропрочные стали и сплавы; вследствие этого при

резании титана возникает в среднем в 2,2 раза большая температура, чем при

обработке стали 45. Поэтому температура в зоне резания вследствие плохой

теплопроводности титана продолжает оставаться высокой, вызывая тем самым

структурные превращения и сильное взаимодействие с воздухом. В

результате пониженных пластических свойств титановых сплавов образова-

ние в процессе деформации опережающих макро- и микротрещин занимает

значительное место.

В ряде случаев в результате поглощения кислорода и азота воздуха при

обработке титановых сплавов получается так называемая отрицательная усадка

(k / l <0), т. е. длина образующейся стружки l с больше пути резания l. При

обработке на тех же режимах резания, но в струе аргона, отрицательной

усадки не наблюдается. Уменьшение усадки стружки с ростом скорости

резания объясняется также резким снижением сил трения стружки о переднюю

поверхность режущей части резца. Титановые сплавы характеризуются

высокими коэффициентами трения (0,5 ÷ 0,6), что ограничивает их применение

для подвижных соединений. Несмотря на это, в процессе резания на

контактных поверхностях коэффициент трения снижается до 0,2 ÷ 0,3. Это

примерно в 1,5 раза меньше, чем для жаропрочной стали ЭИ787. Малая

усадка стружки приводит к повышенной скорости скольжения ее по передней

поверхности инструмента при тех же скоростях резания.

Рассмотренные выше особенности резания титановых сплавов и

прежде всего высокая активность титана по отношению к кислороду и азоту

воздуха резко снижает площадь контакта стружки с передней поверхностью

инструмента; по сравнению с обработкой конструкционной стали той же

твердости эта площадь снижается в 2-3 раза. Окисление контактного слоя

стружки приводит

к повышению ее твердости. Малая площадь контакта стружки, сочетаясь с

достаточно высокой прочностью титановых сплавов, приводит к большим

нормальным давлениям и при повышенной твердости стружки - к повышенному

износу, а при малой теплопроводности титана — к высоким температурам,

вызывающим явления схватывания и задиры. С другой стороны, активное

воздействие внешней среды при обработке титана резанием вызывает интен-

сивное наростообразование.

4.Так же как и при обработке нержавеющих и жаропрочных материалов,

титановые сплавы оказывают высокое абразивное воздействие на инструмент

вследствие содержания в них высокотвердых включений в виде окислов

нитридов и карбидов; титановые сплавы характеризуются и пониженной

виброустойчивостью движения резания. При обработке титановых сплавов

происходит увеличение составляющих Ру и Рх силы, резания при относительно

небольшой Pz. В отличие от жаропрочных титановые сплавы сильно снижают

свою прочность при повышении температуры. Интенсивность уменьшения

прочности превышает даже эти значения для сплавов на основе железа.

Обработка резанием по корке многих кованых, прессованных или литых

заготовок из титановых или других видов труднообрабатываемых материалов

вызывает дополнительное ухудшение обрабатываемости. Это обусловлено

усиленным абразивным и ударным воздействием на рабочие поверхности

инструмента неметаллических включений, окислов сульфидов, силикатов, а

также. многочисленных пор, образующихся в поверхностном слое при отливке

или прессовании. Последнее еще более усиливается значительными поверхност-

ными неровностями корки.

5.При определении оптимальных режимов резания титановых сплавов

особое внимание следует уделять вопросам техники безопасности.

Образование тонкой стружки, тем более пыли, в процессе

стружкообразования приводит к ее легкому воспламенению с интенсивным

горением. Титановая стружка, покрытая маслом, склонна к самовозгоранию.

Пылеобразная стружка взрывоопасна и вредна для здоровья обслуживающего

персонала. Учитывая изложенное, не следует допускать скоплений титановой

стружки; при обработке резанием титановых сплавов не следует назначать

подачи менее 0,08 мм/об, работать инструментом с износом более 0,8—1,0

мм, со скоростями резания более 100 мм/мин. При точении титанового сплава

ВТ1 допускается большая скорость резания— до 150 м/мин.

По обрабатываемости резанием тугоплавкие материалы разделяются

на три группы: 1. вольфрам и его сплавы; 2. молибден, хром и их сплавы;

3. ниобий, тантал, ванадий.

Вольфрам является наиболее тугоплавким материалом; на ряду с

этим он и его сплавы обладают высокой механической прочностью и

твердостью.

Заготовки деталей из вольфрама получают дуговой или элек-

троннолучевой плавкой, а также методами порошковой металлургии.

Легирование осуществляют обычно этими же способами. Вольфрам наиболее

широко применяется в двух видах — ковкий нелегированный вольфрам с

высокой плотностью (98—100%) и пористый вольфрам, пропитанный серебром

или медью. Вольфрам первого вида вызывает при механической обработке

большие затруднения; наоборот, пропитанный вольфрам обрабатывается

резанием так же легко, как и латунь. Так, если вольфрам первого вида при

точении твердосплавным резцом не допускает скорости резания более 60—90

м/мин, то вольфрам с 10% серебра допускает скорости 400—600 м/мин.

Пропитывающий металл действует как хорошая смазка

Вольфрам плохо поддается обработке резанием; это объясняется его

исключительно высокими хрупкостью, твердостью, теплостойкостью, высоким

абразивным воздействием. Основной причиной хрупкости вольфрама являются

примеси. Поэтому вольфрам, полученный плавкой электронным лучом,

достаточно пластичен. Другим недостатком вольфрама является склонность к

образованию нестойких окисных пленок. Вследствие этих причин инструменты

из быстрорежущей стали быстро тупятся, вызывая выкрашивание на

обрабатываемой поверхности. Поэтому при обработке резанием вольфрама

применяют остро заточенный твердосплавный инструмент с большими

значениями передних углов. Во всех случаях при конструировании деталей из

вольфрама, изготовленных обработкой резанием, следует избегать острых

углов и кромок из-за опасности выкрашивания; с этой же целью точение

следует вести от середины к торцам заготовки.

Процесс стружкообразования при резании вольфрама протекает по

схеме хрупкого разрушения; при этом обработанная поверхность детали имеет

характерную ярко выраженную шероховатость. Неровности имеют

правильные ряды надрывов. При обработке вольфрама плотностью не менее

85% с относительно низкими скоростями резания образуется

мелкодробленая форма стружки. По мере увеличения скорости достигается

переход на непрерывную стружку; при этом повышение скорости ведет к

снижению шероховатости поверхности. Учитывая изложенное, для токарной

обработки нелегированного вольфрама высокой плотности твердосплавными

резцами рекомендуются для черновой обработки s0 = 0,25 ÷ 0,3 мм/об, v = 46 -

61 м/мин; для чистовой - s0 = 0,18 ÷ 0,23 мм/об, v = 61-91 м/мин.

Обрабатываемость вольфрама резанием ввиду его высокой хрупкости

сильно зависит от вида операции. Вероятность откалывания и растрес-

кивания получаемой при обработке поверхности детали особенно велика на

операциях, связанных с ударным воздействием инструмента, например на

фрезеровании. Следовательно, технологичность конструкций деталей из

вольфрама, получаемых механической обработкой, достигается «заданием

конструктором форм деталей, характеризующихся радиальной симметрией,

она обеспечивает широкое применение токарной обработки.

Сила резания при точении вольфрама характеризуется высокой

радиальной составляющей Ру; она составляет 30—50% от полного значения

силы и еще более увеличивается при снятии большой ширины среза. Это

вызывает повышенный износ вершины инструмента, особенно при резании с

отрицательными углами наклона режущей кромки. Следовательно,

обработку деталей из вольфрама нужно производить с небольшими глубинами

резания (t ≤l,5 мм).

Хорошие результаты при обработке вольфрама показывает подогрев

заготовок токами высокой частоты или горелкой до температур 300÷400° С. С

повышением температуры вольфрам становится более пластичным (так, при

1000°С относительное удлинение вольфрама составляет 8—10% против нуля

при комнатной температуре). Одновременно значительно понижается его

прочность. Например, нагрев заготовок до температуры 420°С при точении

приводит к увеличению стойкости резцов в несколько раз; при этом

устраняются выкрашивание и растрескивание обрабатываемого материала. В

этом случае предел прочности на растяжение уменьшается на одну треть, а

твердость — вдвое. Нагрев выше этой температуры не рекомендуют, так как

это может способствовать интенсивному окислению вольфрама и снижению

стойкости резцов.

Для улучшения обрабатываемости прессованные вольфрамовые заго-

товки, подвергнутые предварительному спеканию, пропитывают расплавленным

металлом, не вступающим в химическое соединение с вольфрамом.

Пропитывающий металл должен хорошо смачивать вольфрам и

перемещаться по капиллярам. Он служит наполнителем, а также является

хорошей смазкой, вследствие чего предотвращает вырывание частиц

вольфрама и уменьшает износ инструмента. Такие заготовки можно обраба-

тывать обычными твердосплавными и быстрорежущими резцами; после этого

пропитывающий металл удаляют интенсивным нагревом. Наиболее часто

вольфрамовые заготовки пропитывают медью и ее сплавами.

Хорошие результаты при разрезке вольфрама показывает анодно-

механическая обработка на режимах: рабочий ток 30 ÷ 40 а, напряжение 18÷22

в, скорость подачи заготовки 6 ÷25 мм/мин.

Молибден характеризуется низкой обрабатываемостью резанием. По

сравнению с вольфрамом молибден более пластичен; относительное удлинение

молибдена составляет примерно половину от его значения для

конструкционных сталей.

Обрабатываемость молибдена резанием определяется также способом

получения заготовки: молибден, получаемый плавкой, несмотря на то что он

плотнее порошкообразного молибдена, получаемого спеканием, лучше

поддается обработке резанием. Это обусловлено меньшим растрескиванием

материала, лучшей шероховатостью поверхности. Общей особенностью

обработки резанием для обоих видов материалов является высокая истираю-

щая способность. Другой особенностью молибдена является ограниченный

выбор видов СОЖ, так как молибден химически активен и легко взаимодей-

ствует, например, с осерненными маслами. Хорошие результаты при

обработке резанием молибдена показывает смесь хлорированного масла с

трихлорэтиленом в пропорции 1:1; при этом следует учитывать, что пары

этой жидкости токсичны и требуют проведения специальных мер по технике

безопасности. Некоторое повышение стойкости резцов и снижение

шероховатости поверхности дает применение 10-процентного раствора

эмульсола. Особое внимание при обработке молибдена следует уделять

обеспечению повышенной жесткости технологической системы, ликвидации в

ней люфтов. При резании молибдена применяют оптимальные величины

скоростей; использование низких скоростей резания ведет к увеличению

шероховатости поверхности, высоких - к интенсивному износу инструмента.

Эффективным способом резки тугоплавких сплавов является анодно-

механическая обработка; она осуществляется стальной лентой с применением

в качестве электролита водного раствора жидкого стекла.

Для обработки заготовок из молибдена можно применять также

ультразвуковой, электроискровой и электрохимический процессы. В

последнем случае в качестве электролита используют 10-процентный едкий

калий. Электролитическое полирование применяют в лабораториях, а также для

очистки поверхностей заготовок перед сваркой. Электролит в этом случае

содержит 150 мл метилового спирта (95%), 50 мл концентрированной соля-

ной кислоты и 20 мл концентрированной серной кислоты.

Ниобий характеризуется малой прочностью и высокой пластичностью.

По обрабатываемости ниобий можно сравнить с медью; оба металла

пластичны и легко режутся. Отличительной особенностью ниобия является его

активное схватывание с рабочими поверхностями инструментов, наволакивание

на них. Это увеличивает работу трения, приводит к наклепу и повышению

температуры в зоне резания, а в целом снижает стойкость инструмента и

ухудшает шероховатость поверхности. Учитывая изложенное, при точении

ниобия применяют резцы из сплавов ВК6М и Р18.

Дата добавления: 2014-12-17