13. septembril andis Apple välja mobiiltelefonide seeria iPhone 15. Tasub mainida, et see on esimene kord, kui nutitelefonidele ilmuvad titaanisulamist raamid.
Titaanisulam on kerge, korrosioonikindel ja ülitugev materjal. Nutitelefonides kasutamisel võib see parandada telefoni üldist tugevust, kukkumiskindlust ja kriimustuskindlust. Titaanisulam on aga raskesti töödeldav materjal ning titaanisulamist raamide kasutuselevõtt on väljakutseks ka CNC-tehnoloogias.
Miks me arvame, et titaanisulam on raskesti töödeldav materjal? Tutvume sellega seotud lõiketöötluse omadustega.
01
"Kuumus" on "süüdlane", mis muudab titaanisulamite töötlemise keeruliseks
Titaanisulamite töötlemisel on lõikejõud vaid veidi suurem kui sama kõvadusega terasel, kuid titaanisulamite töötlemise füüsikalised nähtused on palju keerulisemad kui terase töötlemisel, mistõttu on titaanisulami töötlemisel tohutuid raskusi.
Enamiku titaanisulamite soojusjuhtivus on väga madal, ainult 1/7 terasest ja 1/16 alumiiniumist. Seetõttu ei kandu titaanisulami lõikamisel tekkiv soojus kiiresti töödeldavale detailile ega kao laastudega, vaid koondub lõikepiirkonda. Tekkiv temperatuur võib olla üle 1000 kraadi, mis põhjustab tööriista lõikeserva kiiret kulumist, pragunemist ja moodustumist. Sisseehitatud serv, kiiresti kulunud lõikeserv, tekitab lõikepiirkonnas rohkem soojust, lühendades veelgi tööriista eluiga.
Lõikamisprotsessi käigus tekkivad kõrged temperatuurid hävitavad ka titaanisulamist detailide pinna terviklikkuse, mille tulemuseks on detailide geomeetrilise täpsuse vähenemine ja töökõvenemise nähtus, mis vähendab tõsiselt nende väsimustugevust.
Titaanisulamite elastsus võib olla kasulik osade toimivusele, kuid lõikeprotsessi ajal on tooriku elastne deformatsioon oluline vibratsiooni põhjus. Lõikesurve põhjustab "elastse" töödeldava detaili tööriistast eemaldumise ja tagasilöögi, mistõttu tööriista ja tooriku vaheline hõõrdumine kaalub üles lõiketoimingu. Hõõrdeprotsess tekitab ka soojust, mis süvendab titaanisulamite halva soojusjuhtivuse probleemi.
See probleem on veelgi tõsisem õhukeseseinaliste või rõngakujuliste osade töötlemisel, mis kergesti deformeeruvad. Titaanisulamist õhukeseseinalisi osi ei ole lihtne eeldatava mõõtmete täpsusega töödelda. Kuna töödeldava detaili materjali lükkamisel tööriista abil on õhukese seina lokaalne deformatsioon ületanud elastsuse piiri ja tekitab plastilise deformatsiooni, suureneb materjali tugevus ja lõikepunkti kõvadus märkimisväärselt. Sel ajal muutub algselt määratud lõikekiirus liiga suureks, põhjustades veelgi tööriista kiiret kulumist.
02
Protsessi oskusteave titaanisulamite töötlemiseks
Tuginedes titaanisulamite töötlemismehhanismi mõistmisele ja varasemate kogemuste lisamisele, on titaanisulamite töötlemise peamised protsessialased teadmised järgmised:
(1) Kasutage lõikejõu, lõikekuumuse ja tooriku deformatsiooni vähendamiseks positiivse nurga geomeetriaga plaate.
(2) Säilitage pidev etteanne, et vältida töödeldava detaili kõvenemist. Tööriist peab lõikeprotsessi ajal alati olema etteandeolekus. Radiaalne lõikekogus ae peaks freesimise ajal olema 30% raadiusest.
(3) Kasutage kõrgsurve ja suure vooluga lõikevedelikku, et tagada töötlemisprotsessi termiline stabiilsus ning vältida töödeldava detaili pinna degeneratsiooni ja liigsest temperatuurist põhjustatud tööriista kahjustusi.
(4) Hoidke tera serv teravana. Nürid tööriistad põhjustavad kuumuse kogunemist ja kulumist, mis võib kergesti põhjustada tööriista rikke.
(5) Töödelge titaanisulameid võimalikult pehmes olekus, kuna materjali on pärast kustutamist raskem töödelda ning kuumtöötlus suurendab materjali tugevust ja suurendab tera kulumist.
(6) Kasutage tööriista otsa suurt kaareraadiust või faasi, et sisestada võimalikult suur osa tööriista servast lõikesse. See vähendab lõikejõudu ja kuumust igas punktis ning hoiab ära lokaalse purunemise. Titaanisulami freesimisel on lõikeparameetrite hulgas lõikekiirusel suurim mõju tööriista elueale vc, millele järgneb radiaalne tööriista haardumine (freesimissügavus) ae.
03
Titaani töötlemise probleemide lahendamiseks alustage teradega
Titaanisulamite töötlemisel tekkiv tera soone kulumine on tagumise ja esiosa lokaalne kulumine lõikesügavuse suunas. Sageli on selle põhjuseks eelmisest töötlemisest jäänud kõvastunud kiht. Keemiline reaktsioon ja difusioon tööriista ja tooriku materjali vahel töötlemistemperatuuridel üle 800 kraadi on samuti üheks soone kulumise põhjuseks.
Kuna töötlemisprotsessi käigus kogunevad tooriku titaanmolekulid tera ette ja "keevitatakse" tera külge kõrge rõhu ja kõrge temperatuuri all, moodustades ülesehitatud serva. Kui ülesehitatud serv koorub lõikeservalt maha, võtab see endaga kaasa sisetüki karbiidkatte, mistõttu titaani töötlemine nõuab spetsiaalseid sisetüki materjale ja geomeetriat.
04
Titaani töötlemiseks sobiv tööriista struktuur
Titaanisulami töötlemisel keskendutakse kuumusele. Kuumuse kiireks eemaldamiseks tuleb lõikeservale kohe ja täpselt pihustada suur kogus kõrgsurvelõikevedelikku. Turul on spetsiaalselt titaanisulamite töötlemiseks mõeldud freeside ainulaadsed struktuurid.
