Το κράμα τιτανίου 5, γνωστό και ως Ti‑6Al‑4V, αναγνωρίζεται ευρέως ως δύσκολο στη μηχανή υλικό σε σύγκριση με τους συμβατικούς ανθρακούχους χάλυβες, τους ανοξείδωτους χάλυβες και τα κράματα αλουμινίου. Παρόλο που μπορεί να κοπεί, να λειανθεί, να τρυπηθεί και να γυρίσει με τα κατάλληλα εργαλεία και παραμέτρους, οι μοναδικές φυσικές και μηχανικές του ιδιότητες οδηγούν σε σχετικά χαμηλή απόδοση μηχανικής κατεργασίας, υψηλή φθορά του εργαλείου και αυστηρές απαιτήσεις για συνθήκες επεξεργασίας. Ακολουθεί μια λεπτομερής ανάλυση της μηχανικής του ικανότητας και των βασικών προκλήσεων κατά την κοπή.
Η κύρια δυσκολία στη μηχανική κατεργασία του Ti‑6Al‑4V προέρχεται από τη χαμηλή θερμική του αγωγιμότητα.
Τα κράματα τιτανίου μεταδίδουν τη θερμότητα πολύ άσχημα. Κατά τη μηχανική κατεργασία, το μεγαλύτερο μέρος της παραγόμενης θερμότητας δεν μπορεί να διαχυθεί γρήγορα στο τεμάχιο εργασίας ή στην ατμόσφαιρα, αλλά συγκεντρώνεται στην κοπτική άκρη του εργαλείου. Αυτή η τοπική υψηλή θερμοκρασία μαλακώνει ή καταστρέφει γρήγορα το υλικό του εργαλείου, προκαλώντας σοβαρή φθορά, πρόσφυση ή ακόμα και αστοχία του εργαλείου. Ως αποτέλεσμα, οι ταχύτητες κοπής πρέπει να διατηρούνται πολύ χαμηλότερες από αυτές που χρησιμοποιούνται για χάλυβες, συνήθως μεταξύ 30–80 m/min για τόρνευση και χαμηλότερες για διάτρηση και φρεζάρισμα.
Μια άλλη πρόκληση είναι η υψηλή αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες. Το Ti‑6Al‑4V διατηρεί σημαντική αντοχή και σκληρότητα ακόμη και κάτω από τις υψηλές θερμοκρασίες που δημιουργούνται κατά την κοπή.
Αυτό σημαίνει ότι το υλικό αντιστέκεται στην παραμόρφωση και τον διαχωρισμό καθ' όλη τη διάρκεια της διαδικασίας κοπής, τοποθετώντας βαριά μηχανικά φορτία στην άκρη του εργαλείου. Ο συνδυασμός υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής καταπόνησης επιταχύνει τη φθορά του εργαλείου, το οποίο είναι ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα στην παραγωγή.
Το Ti‑6Al‑4V παρουσιάζει επίσης ισχυρή πρόσφυση και τάση να σχηματίζει δομημένη ακμή (BUE). Κατά τη διάρκεια της κοπής, τα άτομα τιτανίου διαχέονται εύκολα και συνδέονται με υλικά εργαλείων, ειδικά εργαλεία καρβιδίου.
Αυτό προκαλεί τη συγκόλληση του υλικού του κατεργαζόμενου τεμαχίου στην κοπτική άκρη, σχηματίζοντας μια ενσωματωμένη άκρη. Όταν το BUE σπάει, αφαιρεί σωματίδια εργαλείου, οδηγώντας σε γρήγορη φθορά των πλευρών και κακό φινίρισμα της επιφάνειας. Αυτό το ζήτημα είναι ιδιαίτερα εμφανές σε χαμηλές ταχύτητες κοπής και ανεπαρκή ψύξη.
Επιπλέον, τα κράματα τιτανίου έχουν χαμηλό συντελεστή ελαστικότητας, πράγμα που σημαίνει ότι το υλικό τείνει να αναπηδά πίσω υπό την πίεση κοπής.Τα εξαρτήματα λεπτού τοιχώματος ή τα λεπτά εξαρτήματα είναι επιρρεπή σε κραδασμούς, παραμόρφωση και σφάλματα διαστάσεων. Αυτό το εφέ ελατηρίου πλάτης αυξάνει επίσης την τριβή μεταξύ του τεμαχίου εργασίας και της πλευράς του εργαλείου, επιδεινώνοντας τη φθορά του εργαλείου και την τραχύτητα της επιφάνειας. Επομένως, οι άκαμπτες εργαλειομηχανές, η ισχυρή στερέωση και οι κατάλληλες διαδρομές εργαλείων είναι απαραίτητα.
Ωστόσο, με βελτιστοποιημένες στρατηγικές κατεργασίας, το Ti‑6Al‑4V μπορεί να κατεργαστεί με αποδεκτή απόδοση και ποιότητα.
Οι βασικές λύσεις περιλαμβάνουν: χρήση εργαλείων καρβιδίου με τσιμέντο με λεπτόκοκκο και υψηλή θερμική σταθερότητα. εφαρμογή άφθονης λίπανσης ψύξης υψηλής πίεσης για μείωση της θερμοκρασίας· Υιοθέτηση μέτριων ταχυτήτων κοπής, μεγάλων ρυθμών τροφοδοσίας και μέτριου βάθους κοπής. συντήρηση αιχμηρών εργαλείων. και βελτίωση της ακαμψίας του συστήματος για την ελαχιστοποίηση των κραδασμών.
Συνοπτικά, η μηχανική ικανότητα του κράματος τιτανίου βαθμού 5 είναι κακή έως μέτρια.Δεν είναι αδύνατη η μηχανική επεξεργασία, αλλά η διαδικασία χαρακτηρίζεται από χαμηλή ταχύτητα κοπής, υψηλή φθορά του εργαλείου, υψηλή συγκέντρωση θερμότητας και ευαισθησία στους κραδασμούς. Με σωστές παραμέτρους, άκαμπτο εξοπλισμό, αποτελεσματική ψύξη και κατάλληλα εργαλεία, μπορεί να επιτευχθεί σταθερή και ακριβής κατεργασία. Λόγω αυτών των δυσκολιών, η κατεργασία Ti‑6Al‑4V απαιτεί συνήθως εξειδικευμένη εμπειρία επεξεργασίας και υψηλότερο κόστος κατασκευής σε σύγκριση με τα συνηθισμένα μέταλλα.
