Lavorazione del titanio: proprietà iniziali del materiale, difficoltà e tipologie di lavorazione, principio di funzionamento, tecniche e raccomandazioni degli specialisti

2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-02 13:57

Oggi c'è un gruppo di metalli per i quali è necessario creare condizioni speciali prima di iniziare a lavorarci. La lavorazione del titanio rientra in questa categoria di lavoro. Tutte le difficoltà e le caratteristiche del processo sono dovute al fatto che questo materiale è caratterizzato da una maggiore durezza.

Descrizione

Il titanio si caratterizza per essere molto resistente, avere un colore argenteo ed essere anche estremamente resistente al processo di ruggine. A causa del fatto che sulla superficie del metallo si forma una pellicola di TiO_{2, ha una buona resistenza a tutte le influenze esterne. Solo l'influenza delle sostanze che contengono alcali nella loro composizione può influire negativamente sulle proprietà del titanio. A contatto con queste sostanze chimiche, la materia prima perde le sue caratteristiche di resistenza.}

A causa dell'elevata resistenza del prodotto, quando si torni il titanio, è necessario utilizzare uno strumento in lega ultra-dura e altre condizioni speciali quando si lavora su un tornio CNC.

Cosa devo considerare durante l'elaborazione?

Se è necessario lavorare con il titanio, è necessario tenere conto delle seguenti proprietà:

• Il primo è attaccare. La lavorazione del titanio utilizzando un tornio crea temperature elevate, causando la fusione del materiale e l'adesione all'utensile da taglio.
• Durante la lavorazione si formano anche polveri fini disperse. Può esplodere, quindi è molto importante seguire rigorosamente tutte le norme di sicurezza durante il funzionamento.
• Per eseguire il processo di taglio di alta qualità di un metallo così pesante, è necessario uno strumento in grado di fornire la modalità appropriata.
• È inoltre necessario selezionare un utensile speciale per il taglio perché il titanio è caratterizzato da una bassa conducibilità termica.

Al termine della lavorazione del titanio, il pezzo finito viene solitamente riscaldato, dopodiché viene lasciato raffreddare all'aria aperta. Pertanto, sulla superficie del materiale viene creata una pellicola protettiva, che è stata descritta sopra.

Classificazione dei metodi di elaborazione

Per tagliare tali materie prime, è necessario uno strumento speciale, oltre a un tornio CNC. Il processo stesso è suddiviso in diverse operazioni, ognuna delle quali viene eseguita secondo la propria tecnologia.

Per quanto riguarda le operazioni stesse, possono essere di base, intermedie o preliminari.

Quando si lavora il titanio su macchine, è necessario ricordare che in questo momento si verificano vibrazioni. Per parzialmentePer risolvere questo problema, è possibile fissare il pezzo in più fasi e farlo anche il più vicino possibile al mandrino. Per ridurre l'influenza della temperatura sul processo di lavorazione, si consiglia di utilizzare frese in metallo duro a grana fine non rivestite e speciali inserti PVD. Qui vale la pena prestare attenzione al fatto che durante la lavorazione del titanio mediante taglio, dall'85 al 90% di tutta l'energia verrà convertita in calore, che verrà assorbito dai trucioli, dal pezzo in lavorazione, dalle frese e dal liquido che è destinato al raffreddamento. Di solito la temperatura nell'area di lavoro raggiunge i 1000-1100 gradi Celsius.

Regola parametri di elaborazione

Quando si lavora un materiale così pesante, ci sono tre parametri principali da considerare:

• angolo di fissaggio dell'utensile di lavoro;
• velocità di avanzamento;
• velocità di taglio.

Se regoli questi parametri, puoi usarli per cambiare la temperatura di lavorazione. In diverse modalità di elaborazione, si osservano diversi parametri di queste caratteristiche.

Per il pretrattamento con un taglio dello strato superiore fino a 10 mm, è consentita una tolleranza di 1 mm. Per lavorare in questa modalità, di solito vengono impostati i seguenti parametri. In primo luogo, l'angolo di fissaggio è compreso tra 3 e 10 mm e, in secondo luogo, la velocità di avanzamento è compresa tra 0,3 e 0,8 mm e la velocità di taglio è impostata su 25 m/min.

Una versione intermedia della lavorazione del titanio prevede il taglio dello strato superiore da 0,5 a 4 mm, nonché la formazione di uno strato uniforme di 1 mm di tolleranza. Angolo di fissaggio 0,5-4 mm, dimensione di avanzamento 0,2-0,5 mm, velocità di avanzamento 40-80 m/min.

L'opzione di elaborazione principale è la rimozione di uno strato di 0,2-0,5 mm, nonché la rimozione delle quote. La velocità di lavoro è di 80-120 m/min, l'angolo di fissaggio è di 0,25-0,5 mm e la velocità di avanzamento è di 0,1-0,4 mm.

È anche molto importante qui notare che la lavorazione del titanio su tali apparecchiature viene sempre eseguita solo quando viene fornita una speciale emulsione di raffreddamento. La sostanza viene fornita sotto pressione allo strumento di lavoro. Ciò è necessario per creare una modalità di funzionamento a temperatura normale.

Strumento di elaborazione

I requisiti per lo strumento di lavorazione dei materiali sono piuttosto elevati. Molto spesso, la lavorazione del titanio e delle leghe viene eseguita utilizzando frese con teste rimovibili e installate su macchine CNC. Durante il funzionamento, l'utensile di lavoro è soggetto ad usura abrasiva, adesiva e diffusa. Particolare attenzione dovrebbe essere prestata all'usura diffusa, poiché in questo momento avviene il processo di dissoluzione sia del materiale da taglio che del grezzo di titanio. Questi processi sono più attivi se la temperatura è compresa tra 900 e 1200 gradi Celsius.

Requisiti degli strumenti

Una caratteristica della lavorazione del titanio è anche che è necessario selezionare uno strumento di lavoro a seconda della modalità operativa selezionata.

Per lavorare in modalità preliminare, gli inserti più comunemente usati sono iC19 tondi o quadrati. Queste piastre sono realizzate in una lega speciale, contrassegnata come H13A e non ha rivestimento.

Per lavorare con successo il titanio in modo intermedio, è già necessario utilizzare solo inserti tondi della stessa lega H13A o della lega GC1155 con rivestimento PDV.

Per il metodo di lavorazione più responsabile e di base, vengono utilizzati ugelli tondi con taglienti affilati, realizzati con leghe H13A, GC 1105, CD 10.

È importante aggiungere che quando si lavora su torni CNC è consentita la minima deviazione dalla forma del pezzo specificata nei termini di riferimento. Molto spesso, gli elementi realizzati con tale lega non presentano deviazioni dalla norma.

Problema di elaborazione principale

Il problema principale riscontrato nella lavorazione di questa materia prima è l'adesione e l'abrasione dell'utensile. Per questo motivo, il trattamento termico del titanio è molto difficile. Inoltre, molti problemi sono causati dal fatto che il metallo ha una conduttività termica molto bassa. A causa del fatto che altri metalli resistono al calore in modo molto più debole, a contatto con il titanio, molto spesso formano una lega. Questo è il motivo principale della rapida usura degli utensili. Per ridurre in qualche modo il graffio e l'adesione, nonché per deviare parte del calore generato, gli esperti raccomandano di procedere come segue:

• In primo luogo, devi usare il refrigerante;
• in secondo luogo, durante l'affilaturapezzi da lavorare, ad esempio, utensili degli stessi materiali per impieghi gravosi dovrebbero essere usati;
• in terzo luogo, durante la lavorazione di materie prime con frese, la velocità viene notevolmente ridotta per ridurre il calore.

Ossidazione e nitrurazione del titanio

Vale la pena iniziare con la nitrurazione del titanio, poiché questo tipo di trattamento è molto più difficile dell'ossidazione. Il processo tecnologico è il seguente. Il prodotto in titanio viene riscaldato a 850-950 gradi Celsius, dopodiché la parte deve essere collocata in un ambiente con azoto gassoso puro per diversi giorni. Successivamente, sulla superficie dell'elemento si forma una pellicola di nitruro di titanio, a causa delle reazioni chimiche che si verificheranno in questi giorni. Se tutto è andato bene, sul titanio apparirà una pellicola di colore dorato, che si distinguerà per una maggiore resistenza e resistenza all'abrasione.

Per quanto riguarda l'ossidazione del titanio, il metodo è molto diffuso e appartiene, come il precedente, al trattamento termico del titanio. L'inizio del processo non è diverso dalla nitrurazione, la parte deve essere riscaldata a una temperatura di 850 gradi Celsius. Ma il processo di raffreddamento non avviene gradualmente e in un mezzo gassoso, ma bruscamente e con l'uso di un liquido. In questo modo è possibile ottenere un film sulla superficie del titanio, che sarà saldamente legato ad esso. La presenza di questo tipo di film sulla superficie porta ad un aumento della resistenza e della resistenza all'abrasione di 15-100 volte.

Parti di collegamento

In alcuni casi, i prodotti in titanio fanno parte di un grandedisegni. Ciò suggerisce che è necessario collegare materiali diversi.

Per collegare i prodotti da questa materia prima, vengono utilizzati quattro metodi principali. Il principale è la saldatura, viene utilizzata anche la brasatura, un metodo di connessione meccanica che prevede l'uso di rivetti e connessione bullonata. Ad oggi, il metodo di lavorazione principale per collegare i prodotti in una struttura è la saldatura in un ambiente di gas inerte o flussi speciali privi di ossigeno.

Per quanto riguarda la saldatura, questo metodo viene utilizzato solo se la saldatura è impossibile o impraticabile. Questo processo è complicato da alcune reazioni chimiche che si verificano a seguito della saldatura. Per effettuare un collegamento meccanico con bulloni o rivetti, dovrai anche utilizzare un materiale speciale.