如何像专业人士一样加工钛


钛曾经是一种神秘的材料,只有少数专业商店能处理得很好。现在它几乎成为一种主食,很多机械师至少在他们职业生涯的某个阶段会遇到它。

加工钛与铝和钢等常用材料相比带来了一些独特的挑战。但由于这种工作中有很多钱来,越来越多的商店正在涉及这些工作。

在这篇文章中,我将阐述哪些策略对我来说是有效的,如何选择优秀的刀具,以及需要考虑的其他事项。

所面临的挑战

到目前为止加工钛的主要挑战正在处理热量。钛是艰难的东西,因此来自摩擦的热量巨大。它也不会良好地进行热量,因此热量聚焦在切割区域中,并且不会迅速消散。

你所做的大部分决定都与程序设定的循环时间和热量之间的平衡有关。

高温在钛加工中如此致命的原因是钛加工会变硬。这意味着当你在处理材料时,如果材料变得太热,它会变得越来越硬。更硬的材料=切割时更多的热量=更硬的材料。

我喜欢把它想象成冲浪。如果你能走在浪潮(危险区)的前面,你就会没事的。让浪头追上你,你就完了。快速、酷炫的剪辑通常是可行的。

钛的加工策略

钛的加工策略与铝或低碳钢等软材料有很大的不同。如果你熟悉加工像英科乃尔这样的高温合金,你会发现在方法上有很多相似之处。

避免碰撞和脱离

由于切削压力如此之高,当刀具接触和脱离材料时所经历的冲击确实对其有一定影响。除了切削刃的额外磨损,这也是工具最有可能产生切屑的地方。

使用更大的弧进和弧出是减少冲击的一个很好的方法。即使你是在一个零件的外侧做一个直线切割,一个大方的弧线将帮助你的工具使用更长时间。

当使用高进料移动时,这尤其重要,例如用剥离或高进料铣削。

跳水铣

到目前为止,这是我的首选。你很难找到一种能够获得更高材料去除率的技术。

这样做的原因是,你是在沿着工具最强的方向切割。侧铣以悬臂的方式推动刀具,而切入铣则直接将切削力向上插入刚性主轴。

通过稳定的工具,该过程可以处理巨大的切割力。

这个过程特别好,在深部几何形状上,如袋装,或者大直径刀具可以配合的任何东西。

这种方法的缺点是通常会有相当数量的半剥削;Plunge Milling留下了一个非常扇形的粗糙表面,需要在以后清理。

即使还在,用于粗糙的磨削与剥离铣削进行半剥削和整理的铣削是一种极其有效的处理钛的方法。

低径向啮合与剥离铣削

0.5xd径向和轴向纵转的经典方法确实不适用于钛。这只是产生了太多的热量,它真的很可能会把你的端盖扑克一半。

什么工作办法更好的方法是在零件几何形状和凹槽长度允许的情况下,最大限度地提高轴向切削深度,并使用较小的径向过渡。我发现刀具直径的5-10%效果非常好。当用户参与度超过25%时,你就开始失去这种技术的优势了。

这适用于深口袋和插槽。浅几何,您真的开始失去这种技术的优势。

这种技术的真正的振作是它利用芯片变薄 - 小井飞机产生更薄的芯片。这意味着您可以增加进料以保持芯片厚度。

使用下面的计算器看看有多困难,你可以给立铣刀生产所需的切屑厚度。注:这是计算最大芯片厚度,不是平均芯片厚度。

          
          

剥离铣削的另一个实际优势是每次旋转的牙齿在切割较少。这意味着总体而言,产生的热量少得多。它还分布在更多的刀具上,因为有更高的轴向切割。

由于产生的热量较少,因此您通常可以卷起RPM。通常,您可以将RPM与全部开槽速度相比,径向速度的径向啮合频繁加倍,并将其增加50%,径向接合25%。这是材料去除率的显着增加。

如果你想知道更多关于你可以得到最大的削磨,我真的建议你阅读这篇关于削皮和摆线铣削的文章

高进料铣削

这是一个可行的选择,当有大量的材料要删除,几何是高度可访问。它也可以是一个真正有效的方法来处理浅层几何和面对操作。

高进给铣削使用一个非常低的轴向切削深度,通常约0.030″-0.050″,但全直径径向切削深度。使用具有大半径的特殊刀片,我们能够实现显著的切屑细化。这意味着我们可以加快进给速度,有效地去除材料。

这是缺点,这些切割器通常直径大 - 通常约为1.25“或更大。这意味着它们无法进入紧密的角落,就像小口袋一样的几何形状。

在一天结束的时候,虽然,这可以是一个真正有效的解决方案时,零件几何是一个很好的适合。

不同的深度

钛是一种非常坚硬的材料。当你切割它的时候,它是研磨的,它会对刃口施加很大的压力。在零件表面还会形成一层很薄但很硬的氧化层。

这意味着佩戴可以真正专注于它在切割顶部接触部分的工具上。这是刀具上切割的公共区域,可以在零件上留下线路并导致导致工作硬化的热区域。

防止这一点非常好的诀窍是使用不同的削减深度。例如,如果您使用的刀具有1英寸的切割深度,请不要让所有切割1“深。

如果可能,请在1“,部分为0.875”,部分削减,部分为0.750“。这将沿着工具的更大面积延长磨损浓度并增加刀具寿命。

瘦功能8x规则

钛的一种常见应用是航空航天部件,这些部件通常有又高又薄的壁来提供强度。由于切削力大,这些壁会发生偏转。这将导致墙比允许的厚。

这是一条很好的经验法则:

当墙体高度超过其厚度的8倍时,需要特别注意。

换句话说,如果口袋的壁厚为0.090“,如果高度超过0.720”,您将使用标准刀具的困难时间。

处理超过这个范围的几何图形的一种有用的方法是留下大量库存以进行整理。留下足够的库存,以匹配这8比1的规则,然后使用一个低轴向切割深度,但高径向切割深度精加工。

为了有效地转向钛,使用与铣削相同的原则:薄你的芯片!

当切割深度不超过插入直径的25%时,圆形插入良好。超出该比例,芯片变薄的益处丢失。您可以使用相同的Peel Milling计算来确定如何增加进料速率。

对于较重的切割,请尝试使用插入件上具有引线角的刀具配置。例如,45度的引线角将产生30%更薄的芯片。这意味着如果该工具具有45度的引线角,则传统的进料速率为0.020“的每rev可以增加到0.026”。

选择合适的刀具

用于钛的刀具与通常用于其他材料(比如钢)的刀具非常不同。虽然普通的钢立铣刀在必要时可以用于钛,但它们真的不会表现得很好。

为了说明这一点,我在完全相同的条件下测试了两个不同的立铣刀。相同的材料,相同的夹持器,相同的速度和进料,相同的冷却剂,相同的程序。性能上的差异绝对是巨大的。

下面是这个测试的视频:

让我们来看看钛铣刀的一些典型特征。我会解释它们是什么以及它们是做什么的。

螺旋角度

每次边缘进入材料时,钛真的会对刀具发出冲击。为了改善表面光洁度并使刀具持续得更长,这些专业的钛的终端在切割边缘上具有高螺旋角。

这意味着牙齿明显地呈螺旋状,而不是更接近直线。通常对于钢,齿将作为一个轻微的螺旋,但对于钛,齿的角度通常在30-60度之间从工具轴。

这导致了一个更平滑的切割行动,更因此剪切材料,而不是把它打掉。你真的可以听到低螺旋和高螺旋刀具之间的区别。

一如既往,这只是一个平衡参数的问题,以找到“最佳点”。低螺旋叶片表面光洁度差,使刀具更容易产生切屑;高螺旋更持久的磨损,因此可以更快地迟钝。

可变螺距

由于钛是一种很硬的材料,它会给切削器带来冲击,所以切削时产生振动的风险很大。当这些冲击与零件和工件夹持的共振频率相匹配时,就会使振动变得难以控制。

除非你有可变螺距切割器。变螺距刀具的齿间距不等。它所做的是打破谐波,否则你可以从均匀的,有节奏的撞击工件的牙齿。

所以不是有一个6槽立铣刀,齿间隔60度,你将有一个63度,另一个57度,一个59度,一个61度,等等。

实质上,这减少了振动。您将看到这在具有低径向啮合的应用中最好的应用,例如用剥离铣削。

可变的螺旋

一个可变的螺旋完成基本上相同的事情是什么可变螺距刀具的目标。不均匀的螺旋防止有节奏的撞击工件。

锋利的切削刃

对于像钢等金属,通过略微圆形预制边缘可以使切削刃更强。尤其常见,可见可转位插入物。由于钢自由切割,因此该工具不需要剃刀尖锐。

这不是钛的情况。略微圆形的边缘会使大量热量进入切割,导致工作加固和整体糟糕的一天。切削刃需要尽可能锐度地保持切割冷却。

这就是为什么钛切削齿会有一种叫做二次减压的东西。而不是一个较钝的边缘,将有一个非常小的平沿切削边缘,这不是在这样一个侵略性的角度。这使得切削刃相当坚固,但不会对芯片流产生负面影响。

基本上,它使你的工具更坚固,使用时间更长。

二级浮雕有几种不同的样式和大小,所以通常找到适合您的应用程序的最佳位置只是一个小测试的问题。

工具的准确性

这可能是切割机最容易被忽视的一个方面。具体来说就是刀柄的精度。

如果刀柄不是特别精确,它会影响刀柄夹紧刀具的能力。例如,如果工具尺寸过小或有同心度问题,则可能存在较弱的保持力或不平衡的芯片负载。

现在我并不是说该工具将脱离持有人(虽然这也可能发生),但这可以对你的进程做两件事:

首先,弱连接不会阻尼振动。其次,不均匀的芯片负荷会导致一些牙齿过早磨损。

所以当你在看可能的刀具选择并比较价格时,也要看一下刀具的容忍度。它可以使您的过程有很大的不同。

长笛的数量

有些材料在立铣刀上有自动的齿数。铝有三种,钢有四种,钛就不是这样了。

一般来说,你会经常看到钛立铣刀有6-10个齿。最有效的牙齿数量取决于零件的几何形状和排屑。

如果您有一个具有各种紧密角度的深口袋的部件,那么埋在角落里真的很容易。在这个申请中,6笛端盖可能最好。

如果你的部分是如此充满方形口袋,是相当开放,然后一个10长笛的立铣刀可能工作得很好。这一切都归结为,你可以在不被碎片堵塞的情况下,在立铣刀上装多少最多的牙齿。

有了10个凹槽,你将获得惊人的馈电速率。但如果你把它推到狭窄的角落,那里有大量的径向啮合,芯片无处可去,它会立刻折成两半。不管你的CAM说它能跑多快,折断的立铣刀都不能让零件更快地出车门。

这通常只是一个测试的问题。最终,你会对它有足够的感觉,并能够合理地进行估计,但在那之前,只是添加牙齿直到有东西断裂,然后后退一步。

涂料

这些非常重要。对于钛,您可以使用热量执行的工具涂层。

对于钛工具来说,您可以找到最常见的涂料是氮化钛或TiAln。该涂层将产生保护工具的氧化铝。这是我的一般转向。

但是,如果您有碎屑问题,则可以尝试另一种涂层。碳化钛氮化物更强,更耐压裂。这更常见于在可索引的插入物上看到,它可以真正增加工具的使用寿命。

工件夹紧

钛确实抵抗了切割,所以你的工作量需要死亡。这对于暴跌碾磨尤其如此。这是几个指针:

  • 只要有可能,将你的切削力对准一个死角,就像夹具上的一个肩。
  • 对于薄壁零件,与航空航天的常见一样,确保部分在下面得到很好的支持。否则,很可能你会在像口袋楼层这样的东西上完成可怕的表面,而且他们往往会结束太厚。
  • 硬化钢夹持器非常适合夹紧粗坯。
  • 在钛的压力下的任何固定元素都会受到大量的磨损和撕裂。尝试热量处理您想要持续的任何夹具。

机器要求

好消息是,现代机器正变得越来越可靠,即使是在入门级。这是因为现代的容忍度甚至比15年前要严格得多。这将带来更坚固、更精确的设备。

刚性

由于钛切削是如此容易振动,刚性机器真的发光。如果你需要有效地去除大量材料,不要指望用便宜的机器。

也就是说,即使是更小、更入门级的机器也能很好地完成小部件的工作。它们通常不能承受很大的切割,但如果这项工作只需要小工具,那么你就不需要更大的工具。

对于将处理真正硬磨的东西,寻找刚度抗频率振动的东西。这是因为切割以相对低的RPM完成,转化为较低的频率。

权力

对于加工钛,你想要一些高扭矩,通常较低的RPM。计算出一个实际的最大转速相当简单。只要计算你想充分使用的最小直径工具的速度。

例如,我们假设最大SFM为600;在磨钛时,很少能超过这个标准。

如果你想最大化1/4″立铣刀:

RPM = 600 SFM x 12 / π x 0.250″直径。

RPM = 9166

对于1/8″立铣刀,在600 SFM时的最高转速将翻倍至18,000 RPM左右。不过说实话,你很少能把这么小的立铣刀跑得这么快。在现实生活中,一台10k RPM的机器会很好地工作。实际上,许多高扭矩钛机器最大在6k RPM,他们工作只是好。

在扭矩方面,我们再次使用一些计算来看看什么样的机器统计数据很好。

使用的平均数是每立方英尺每分钟钛股票的1 HP。显然,尖锐的工具将采用较少,沉闷的工具将更多。但这是一个很好的,简单的拇指,会让你进入球场。

我们可以使用这个公式:

HP =轴向切割深度x径向切割深度x进给速率(IPM) x功率系数(1HP/cu in/min)

因此,让我们说,我们将使用1.0″立铣刀剪切1.5″深,0.100″宽,转速为800,进给速率为24 IPM。

HP = 1.0 x 0.10 x 1 x 24

HP = 2.4 HP -真的不是很多。

对于扭矩,我们将使用以下公式:

扭矩(ft-lbs) = 5252 x HP / RPM

扭矩= 5252 x 2.4 / 800

扭矩= 15.75英尺磅-也不是很多,大多数机器应该能够处理这个没有任何问题。

但是,让我们说我们想钻一个2“洞,这非常努力地推动它。以下是参数:

90 SFM =172 rpm.

进给量= 0.007 CPT =1.2IPM

一个2″圆的面积是3.14平方英寸。削减将只需要3.14马力,但它将需要96 FT-LBS的扭矩!

换句话说,低端扭矩非常重要,如果你想削减大削减。

根据您想要执行的操作,您现有的机器可能无法进行此操作。你可能无法像它们所能接受的那样努力推动这些工具。在报价钛作业时要考虑到这一点——你需要知道你的机器能处理什么。

冷却剂

对于加工钛和其他高温高温合金,适当的冷却剂绝对关键。有人说这是一个最重要的事情之一。

除了确保您使用高端集中力并遵循制造商的混合说明,冷却液交付是成功的主要方面。

把钛很多热量进入工具。比其他材料,如硬工具钢或钢合金,要多得多。冷却剂需要直接进入大体积和高压力的切割区域,以消除这些热量。

高压冷却剂,在300-1000 psi的范围内被大多数机械师视为一个必须的。棘手的部分是冷却剂可以将芯片推回刀具。这种芯片不仅急剧降低了工具寿命;它可以在构建并捕捉工具时导致过程不稳定。

通过工具冷却液是一个非常好的主意。高端刀具将有一个良好的思想输送系统,使冷却液放在需要的情况下,甚至没有足够的压力和体积,即使从深口袋中爆破碎片。

当正确的冷却剂正确使用时,我注意到刀具寿命的主要差异。除了使您的过程更加富有成效,它也使它更安全。钛芯片非常易燃,如果冷却剂没有适当地照顾,那么您可能很难在机器中放火。我已经看到了几次在我的店里发生了。

提示

切分时不要按住feed或减慢feed速度。

这是相当好的保证使你的刀具摩擦,它会产生一个热区,同时会导致工作硬化。一旦你被裁掉了,就让它跑吧。

一旦你有佩戴迹象,就会改变你的刀具。

钛的磨损不是线性的。当它失败时,它失败得很快。最好是尽快更换你的工具,这样你就可以把它们送出去再磨,而不是为硬质合金零件和报废的工作而哭泣。

相关问题

与17-4不锈钢相比,钛加工如何?

与钛相比,17-4的整体加工有很多相似之处。例如,快速的光切割对两种材料都很有效。17-4可加工性很大程度上受其所处热处理条件的影响。在退火条件下,它可能是粘稠的,不一致的和具有挑战性的。当热处理到H900或更低(数字越低意味着材料越硬)时,它明显变得更容易切割。

这两种材料的开发都具有挑战性。钻孔时注意不要使其变硬,使用专门的丝锥,并严格遵循工具制造商的使用说明。

钛可以加工干吗?

不。钛不能机加工干燥有三个原因:

  1. 钛是粘性的,当不润滑时,将粘在切割器或胆量。
  2. 导热系数低;通过芯片散热并不管用。
  3. 它的闪点很低。如果它产生火花,很有可能会点燃你机器和芯片箱里的所有芯片。它也燃烧的非常热和明亮。热到足以损坏你的机器,伤害别人。我在机器里装过钛灯,一点也不好玩。

乔纳森玛斯

在过去的14年里,我一直从事制造和维修工作。我的专业是机械加工。我管理过一个多轴数控机床车间,用于航空航天和医疗原型和合同制造。我也做了很多焊接/制造,以及特殊的工艺。亚博体育下载现在我经营着一家咨询公司,帮助别人解决制造方面的问题。

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