Paduan titanium banyak digunakan di bidang kedirgantaraan, medis, otomotif dan bidang manufaktur kelas atas lainnya karena sifatnya yang sangat baik seperti kekuatan spesifik yang tinggi,ketahanan korosi dan biokompatibilitasNamun, kecanggihan mesin yang buruk, yang ditandai dengan suhu pemotongan yang tinggi, keausan alat yang parah, dan pengerasan kerja yang mudah, menimbulkan tantangan besar bagi proses pemesinan.mengurangi konsumsi alat dan memastikan kualitas benda kerja, penguasaan tiga poin kunci berikut sangat penting, dengan fokus pada pemilihan pelapis dan optimalisasi parameter pemotongan.
Poin Utama 1: Memahami Kemampuan Mesin Paduan Titanium
Sebelum memilih lapisan dan menetapkan parameter pemotongan, perlu untuk memperjelas karakteristik intrinsik paduan titanium yang mempengaruhi pemesinan,yang merupakan dasar untuk optimasi berikutnya:
•Konduktivitas termal rendah: Konduktivitas termal paduan titanium hanya 1/4 ~ 1/5 dari baja.sebagian besar panas yang dihasilkan terakumulasi di zona pemotongan (ujung alat dan area kontak benda kerja) alih-alih terhambat melalui chip atau benda kerja, menyebabkan suhu lokal yang sangat tinggi (hingga 800 ~ 1000 ° C), yang mempercepat keausan alat dan deformasi benda kerja.
•Aktivitas kimia yang tinggi: Pada suhu tinggi, paduan titanium mudah bereaksi dengan oksigen, nitrogen dan karbon di udara untuk membentuk senyawa keras dan rapuh (seperti TiO2, TiN, TiC),yang akan meningkatkan kekuatan pemotongan dan menyebabkan keausan abrasif alatHal ini juga dapat ikatan dengan bahan alat, yang mengakibatkan keausan perekat.
•Kecenderungan kerja yang mengeras: paduan titanium memiliki kekuatan hasil tinggi dan efek pengerasan kerja yang jelas.yang akan menggaruk alat dan mempengaruhi kualitas permukaan pemesinan berikutnya.
Catatan: P1 dapat menjadi grafik perbandingan konduktivitas termal antara paduan titanium dan logam biasa, atau diagram mikroskopis lapisan pengerasan kerja paduan titanium setelah dipotong.
Titik Kunci 2: Pemilihan Lapisan Alat yang Rasional
Lapisan alat memainkan peran penting dalam pemesinan paduan titanium dengan mengurangi gesekan, mengisolasi suhu tinggi, meningkatkan stabilitas kimia dan meningkatkan ketahanan aus.Pemilihan lapisan harus didasarkan pada jenis paduan titanium (seperti Ti-6Al-4V, titanium murni), metode pemesinan (penggilingan, memutar, pengeboran) dan persyaratan pemesinan (keras, finishing). lapisan kinerja tinggi umum untuk pemesinan paduan titanium adalah sebagai berikut:
2.1 Lapisan Titanium Nitride (TiN)
Lapisan TiN adalah lapisan keras tradisional dengan kekerasan sekitar 2000 ~ 2500 HV dan koefisien gesekan rendah (0,4 ~ 0,6).dan dapat secara efektif mengurangi keausan perekat antara alat dan paduan titaniumNamun, ketahanan oksidasi yang buruk, dan akan teroksidasi dan gagal ketika suhu melebihi 500 ° C. Ini cocok untuk kecepatan rendah kasar titanium murni dan titanium paduan rendah,atau skenario pemesinan dengan suhu pemotongan rendah.
2.2 Lapisan Titanium Carbonitride (TiCN)
Lapisan TiCN adalah versi yang ditingkatkan dari TiN, dengan kekerasan 2500 ~ 3000 HV, ketahanan haus yang lebih tinggi dan stabilitas termal daripada TiN.Penambahan elemen karbon meningkatkan ketahanan lapisan terhadap keausan perekat dan keausan abrasif, dan suhu resistensi oksidasi meningkat menjadi 600 ~ 650 °C. Ini cocok untuk memutar dan penggilingan kecepatan menengah Ti-6Al-4V dan paduan titanium lainnya yang umum digunakan,dan dapat menyeimbangkan efisiensi pemesinan dan umur alat.
2.3 Lapisan Aluminium Titanium Nitride (AlTiN)
Lapisan AlTiN adalah lapisan tahan suhu tinggi dengan kinerja komprehensif yang sangat baik, dengan kekerasan 3000 ~ 3500 HV dan suhu tahan oksidasi hingga 800 ~ 900 °C.Elemen aluminium dalam lapisan membentuk film Al2O3 padat pada suhu tinggi, yang dapat secara efektif mengisolasi reaksi kimia antara paduan titanium dan substrat alat (seperti karbida), dan secara signifikan mengurangi keausan termal dan keausan kimia.Ini adalah lapisan yang disukai untuk finishing kecepatan tinggi dan semi finishing paduan titanium, terutama cocok untuk skenario pemesinan suhu tinggi seperti penggilingan kecepatan tinggi dan pengeboran lubang dalam.
2.4 Lapisan Karbon Seperti Berlian (DLC)
Lapisan DLC memiliki koefisien gesekan yang sangat rendah (0,1 ~ 0,2) dan kekerasan tinggi (1500 ~ 2500 HV), yang dapat meminimalkan gesekan dan adhesi antara alat dan paduan titanium,dan menghindari pengerasan kerja yang disebabkan oleh kekuatan pemotongan yang berlebihanNamun, stabilitas termalnya lemah (kegagalan oksidasi di atas 400 °C) dan rapuh, sehingga hanya cocok untuk kecepatan rendah,finishing suhu rendah titanium murni dan paduan titanium lunak (seperti Ti-Gr2), dan tidak untuk suhu tinggi kasar.
Catatan: P2 dapat menjadi tabel perbandingan kinerja lapisan yang berbeda (ketegasan, suhu oksidasi, skenario yang berlaku) atau diagram fisik alat-alat yang dilapisi untuk pemesinan paduan titanium.
Titik Kunci 3: Pengaturan Parameter Pemotongan Secara Ilmiah
Parameter pemotongan (kecepatan pemotongan, kecepatan input, kedalaman pemotongan) secara langsung mempengaruhi suhu pemotongan, kekuatan pemotongan, keausan alat dan kualitas benda kerja.prinsip inti pengaturan parameter adalah"kecepatan pemotongan rendah, kecepatan makan sedang, kedalaman pemotongan kecil"Berikut adalah parameter yang direkomendasikan untuk metode pengolahan umum (mengambil Ti-6Al-4V, paduan titanium yang paling banyak digunakan,dan alat karbida sebagai contoh):
3.1 Parameter berputar
•Kecepatan pemotongan (vc): Untuk kasar, kecepatan adalah 30 ~ 60 m / min; untuk finishing, itu adalah 60 ~ 100 m / min. Jika menggunakan alat berlapis AlTiN, kecepatan dapat meningkat dengan tepat menjadi 80 ~ 120 m / min; untuk titanium murni,kecepatan harus dikurangi sebesar 20% ~ 30% untuk menghindari adhesi yang berlebihan.
•Tingkat pakan (f): Kecepatan input adalah 0,1 ~ 0,3 mm / s untuk kasar dan 0,05 ~ 0,15 mm / s untuk finishing.terlalu rendah tingkat feed akan menyebabkan alat untuk menggosok terhadap benda kerja, mempercepat keausan.
•Kedalaman pemotongan (ap): kedalaman potong untuk kasar adalah 1 ~ 3 mm, dan untuk finishing adalah 0,1 ~ 0,5 mm. Tidak dianjurkan untuk menggunakan kedalaman potong kurang dari 0,1 mm,karena alat akan meluncur pada lapisan keras dari benda kerja, mengakibatkan keausan abrasif yang parah.
3.2 Parameter penggilingan
•Kecepatan pemotongan (vc): Untuk penggilingan pinggiran (roughing), kecepatan adalah 20 ~ 50 m / min; untuk finishing, itu adalah 50 ~ 80 m / min. Untuk penggilingan permukaan, kecepatan dapat sedikit lebih tinggi,40 ~ 70 m/min untuk pengolahan kasar dan 70 ~ 100 m/min untuk finishingAlat-alat yang dilapisi dapat meningkatkan kecepatan sebesar 10% ~ 20%.
•Tingkat pakan per gigi (fz)Untuk penggilingan ujung benda kerja ber dinding tipis.kecepatan input harus dikurangi untuk menghindari deformasi benda kerja.
•Kedalaman pemotongan (ap/ae): kedalaman sumbu potong (ap) untuk kasar adalah 0,5 ~ 2 mm, dan untuk finishing adalah 0,1 ~ 0,3 mm; kedalaman radial potong (ae) umumnya 50% ~ 100% dari diameter alat.
3.3 Parameter Pengeboran
Pengeboran paduan titanium rentan terhadap masalah seperti penyumbatan chip, kerusakan alat dan kualitas lubang yang buruk.
•Kecepatan pemotongan (vc): 10 ~ 30 m/menit, yang lebih rendah daripada memutar dan penggilingan, untuk mengurangi suhu ujung bor.
•Tingkat pakan (f): 0,1 ~ 0,2 mm/r, memastikan bahwa chip dapat dilepaskan dengan lancar tanpa menyumbat seruling bor.
• Langkah-langkah tambahan: Gunakan bor pendingin internal untuk menyemprotkan cairan pemotong langsung ke ujung bor, yang dapat secara efektif mengurangi suhu dan flush chip;Mengadopsi pengeboran intermiten (mengebor masuk dan keluar berulang kali) untuk menghindari akumulasi serpihan.
Catatan: P3 dapat menjadi diagram pengaturan parameter untuk memutar / menggiling / pengeboran, atau diagram kurva hubungan antara kecepatan pemotongan dan umur alat.
Ringkasan
Kunci untuk sukses pengolahan paduan titanium terletak pada tiga aspek: pertama, memahami sepenuhnya karakteristik mesin paduan titanium untuk optimasi target; kedua,memilih lapisan alat yang tepat sesuai dengan skenario pemesinan untuk meningkatkan ketahanan keausan alat dan stabilitas suhu tinggi; ketiga, menetapkan parameter pemotongan ilmiah untuk mengontrol suhu pemotongan dan mengurangi pengerasan kerja.Hal ini juga diperlukan untuk mencocokkan dengan cairan pemotong berkualitas tinggi (lebih disukai untuk cairan pemotong berbasis air dengan kinerja pendinginan yang baik), atau cairan pemotong berbasis minyak untuk pemesinan berkecepatan rendah) dan geometri alat yang wajar, sehingga mencapai efek pemesinan terbaik.