Технология шлифования титановых сплавов: особенности, проблемы и пути решения

Титановые сплавы являются типичными материалами, которые-трудно-обрабатывать. Их уникальные физические, химические и механические свойства легко приводят к ряду проблем во время шлифования, таких как нагрузка и засорение круга, пригорание поверхности заготовки, отклонение точности обработки и чрезмерное остаточное напряжение, которые серьезно ограничивают эффективность обработки и качество готовой продукции.

 

 

1. Механические свойства

Титановые сплавы сохраняют высокую твердость как при обычных, так и при повышенных температурах, что приводит к более высоким нагрузкам при шлифовании по сравнению с обычной сталью. Их модуль упругости вдвое меньше, чем у стали, что приводит к недостаточной жесткости. Тонкостенные-и тонкие детали имеют тенденцию отскакивать и вибрировать во время шлифования, что приводит к ошибкам в размерах и волнистости поверхности. Материал демонстрирует заметное нагартование, образуя упрочненный поверхностный слой, который ускоряет износ колес и создает микротрещины, снижая усталостную долговечность компонентов.

 

2. Термические свойства

Титановые сплавы обладают плохой теплопроводностью, что затрудняет рассеивание тепла при шлифовании. Более 90% тепла накапливается на поверхности заготовки, при этом мгновенная температура шлифования превышает 1500 градусов. Это легко вызывает прижог при шлифовке, металлографическую трансформацию и чрезмерное растягивающее остаточное напряжение.

 

3. Химические свойства

Титановые сплавы химически стабильны при комнатной температуре, однако их химическая активность резко возрастает при высоких температурах шлифования. Они легко вступают в реакцию с абразивными материалами круга, вызывая нагрузку на круг, засорение и притупление абразивного зерна, создавая порочный круг. Между тем, реакции с кислородом и азотом воздуха приводят к образованию хрупких оксидных и нитридных слоев, ухудшая целостность поверхности детали.

 

 

1. Склонность к пригоранию поверхности и микродефектам.

Концентрированное тепло шлифования легко вызывает поверхностные ожоги, окисление и металлографические изменения, оставляя следы подпалин. Совместное воздействие высокой температуры и силы шлифования приводит к образованию микротрещин на поверхности, ухудшая усталостную и коррозионную стойкость деталей, что может привести к списанию прецизионных аэрокосмических и медицинских компонентов.

 

2. Быстрый износ круга и плохая стабильность обработки.

Титановые сплавы имеют тенденцию прилипать к абразивам, что приводит к засорению круга и потускнению зерен. Скорость износа шлифовальных кругов в 3-5 раз выше, чем у обычной стали, требующей частой правки. Неустойчивые условия работы вызывают вибрацию и нестабильность сил шлифования, ухудшая стабильность размеров и качество поверхности, а также увеличивая затраты на расходные материалы и техническое обслуживание.

 

3. Чрезмерное остаточное напряжение и деформация заготовки.

Пластическая деформация и перепады температур при шлифовании вызывают в поверхностном слое растягивающие остаточные напряжения, способствующие распространению микротрещин. Тонкостенные-заготовки специальной-формы,-прецизионные прецизионные детали подвержены короблению, что снижает точность сборки и надежность обслуживания.

 

4. Сложное удаление стружки, противоречие между качеством и эффективностью.

Стружка тонкого помола легко прилипает и накапливается, что усугубляет фрикционный нагрев и повреждение поверхности. Снижение параметров обработки для контроля дефектов резко снижает эффективность обработки, что приводит к неизбежному компромиссу-при обработке.

 

 

1. Выберите подходящий абразивный инструмент для уменьшения адгезии и износа.

Замените обычные корундовые шлифовальные круги на смоляной-связке. Отдавайте предпочтение кругам из карбида кремния со стеклокерамической связкой или кругам из CBN. Первые обладают высокой пористостью, отличными-характеристиками самозатачивания и сильной анти-адгезионной способностью; последние обеспечивают превосходную износостойкость и стабильную точность, подходящие для высокоточного массового производства. Размер зерна подбирайте в соответствии с рабочими процессами: крупное зерно для черновой обработки для облегчения удаления стружки и мелкое зерно для чистовой обработки для улучшения качества поверхности.

 

2. Оптимизация параметров измельчения для достижения баланса между качеством и эффективностью.

Примите стратегию «низкой окружной скорости, небольшой глубины резания и умеренной скорости подачи»: окружная скорость круга менее или равна 20 м/с, одиночная глубина резания менее или равна 0,02 мм, скорость подачи от 12 до 16 м/мин. Внедрите послойное многопроходное-шлифование для рассеивания тепла при шлифовании и снижения наклепа и остаточных напряжений.

 

3. Модернизация системы охлаждения и смазки для рассеивания тепла при шлифовке.

Откажитесь от методов охлаждения сырой нефти. Примените целевое охлаждение под высоким-давлением, чтобы промыть зону шлифования и стружку. Обеспечьте низкотемпературное-охлаждение и минимальное количество смазки (MQL). Охлаждение жидким азотом можно использовать для высокоточной-механической обработки, чтобы исключить пригар и улучшить распределение поверхностных напряжений.

 

4. Внедрение комплексных процессов обработки, чтобы преодолеть ограничения обработки.

Ультразвуковое-шлифование основано на высокочастотной-вибрации, позволяющей уменьшить усилие шлифования, уменьшить накопление тепла и прилипание стружки. Плазменное предварительное-модификационное шлифование заранее смягчает поверхностный слой, снижая режущую нагрузку и износ круга, что идеально подходит для массового производства высокопрочных-конструкционных компонентов.

 

5. Полный-контроль процесса для подавления деформации и остаточных напряжений.

• Удалите начальное остаточное напряжение путем старения перед механической обработкой;
• Во время обработки используйте симметричные сегментированные инструменты для шлифования и гашения вибрации-, чтобы избежать вибрации и концентрации напряжений;
• Проведите низко-снятие напряжений после шлифования с последующим контролем поверхности и напряжений;
• Регулярно чистите шлифовальные круги, чтобы предотвратить последующую деформацию и выход из строя деталей.

 

Ruihang, как прямой производитель титановой продукции, поставляет сырье оптимального качества для производства прецизионных компонентов. Если у вас есть какие-либо потребности в покупке, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте:Sam.Rui@bjrh-titanium.com