ترک هایی که باید در ماشینکاری CNC آلیاژ تیتانیوم اجتناب کرد و نحوه جلوگیری از آنها

چرا آلیاژهای تیتانیوم به راحتی تحت ماشینکاری CNC ترک می کنند؟

تیتانیوم و آلیاژهای آن به دلیل استحکام ویژه بالا و مقاومت در برابر خوردگی فوق‌العاده به طور گسترده برای سخت‌افزارهای هوافضا، شیمیایی، پزشکی و دریایی انتخاب می‌شوند. همین ویژگی ها برش آنها را دشوار می کند. تیتانیوم گرما را ضعیف هدایت می کند، با رسانایی حرارتی تقریباً 7 W/(m·K) برای درجه 5 (Ti-6Al-4V)، بنابراین گرمای تولید شده توسط لبه برش توسط تراشه منتقل نمی شود. در عوض در یک نوار باریک در نوک ابزار و در لایه سطحی قطعه کار متمرکز می شود، جایی که دمای محلی می تواند بسیار بالاتر از دمای عمده قطعه باشد. تیتانیوم همچنین مدول الاستیک پایینی دارد، حدود 110 گیگا پاسکال، بنابراین تحت نیروی برش منحرف می‌شود و به سمت کناره ابزار برمی‌گردد. این دو ویژگی با هم توضیح می دهند که چرا کنترل ترک، به جای دقت ابعادی به تنهایی، بر بازده فرآیند ماشینکاری تیتانیوم حاکم است.

چهار خانواده ترک اکثر اجزای تیتانیوم ضایع شده را تشکیل می دهند: ترک های حرارتی، ترک های سرد، ترک های خستگی و ترک های تمرکز تنش. هر کدام منشأ متفاوتی دارند و بنابراین راه‌حل متفاوتی دارند، و مغازه‌ای که با آنها به عنوان یک مشکل برخورد می‌کند، معمولاً در برخی پارامترها{1}}محافظه‌کارانه عمل می‌کند و همچنان بخش‌های دیگر را از دست می‌دهد.

ترک های حرارتی

ترک های حرارتی نتیجه مستقیم گرمایش موضعی بیش از حد است. هنگامی که سرعت برش، تغذیه یا عمق برش، گرمای ورودی را فراتر از آنچه ابزار و مایع خنک کننده می توانند حذف کنند، فشار می دهد، لایه سطحی آسیب دیده در برابر فلز سردتر زیر آن منبسط می شود. هنگامی که کرنش القایی از شکل پذیری محلی فراتر رفت، شبکه ای از ترک های سطحی ریز باز می شود. ترک‌ها معمولاً کم عمق هستند، اما بی‌ضرر نیستند: آنها به‌عنوان محل شروع ترک‌های خستگی در سرویس عمل می‌کنند.

ظاهر معمولی:ریزش سطحی ریز و نزدیک به هم، اغلب در کناره یا روی یک برش تمام شده.

پیشگیری:سرعت سطح را کاهش دهید، برای انتقال گرما به داخل تراشه، خوراک را به ازای هر دندان افزایش دهید، از مایع خنک‌کننده ابزار{0}}فشار بالا استفاده کنید، و ابزارها را تیز نگه دارید تا ساییدگی به جای برش رخ ندهد.

ترک های سرد

ترک های سرد پس از برش ایجاد می شود، در حالی که قطعه کار سرد می شود. تیتانیوم در هنگام خنک شدن به شدت منقبض می شود و مدول الاستیک پایین آن به این معنی است که محدودیت از مواد اطراف باعث ایجاد استرس داخلی می شود. اگر این تنش از قدرت تسلیم محلی بیشتر شود، قطعه ترک می خورد. دیوارهای نازک، محورهای بلند و باریک، قطعاتی که فقط از یک طرف آن‌ها برداشته می‌شود و قطعات کار که پس از ماشین‌کاری خیلی سریع خاموش می‌شوند یا هوا{3}}خیلی سریع منفجر می‌شوند، گزینه‌های معمول هستند.

ظاهر معمولی:ترک های تیز و مستقیم در یک بخش نازک یا در انتقال بین یک صفحه ماشینکاری شده و یک شبکه ماشینکاری نشده.

پیشگیری:حذف مواد در اطراف قطعه را متعادل کنید، مقدار یکنواخت یکنواخت را ایجاد کنید، از خنک شدن سریع بعد از خشن کردن اجتناب کنید، و استرس{0}}قطعات سنگین یا نامتقارن را قبل از اتمام نهایی تسکین می دهد.

ترک های خستگی

هر برش قطع شده یک بار چرخه ای به قطعه کار وارد می کند. درج‌هایی که وارد و خارج می‌شوند، گذرگاه‌های فرزکاری که از شکافی که قبلاً ماشین‌کاری شده عبور می‌کنند، و هر فرآیندی که در آن ابزار به هم می‌خورد، تنش متناوب بر لایه سطحی اعمال می‌کند. از آنجایی که تیتانیوم به روشی مفید عمل نمی‌کند-سخت می‌شود، سطح آسیب ریز-تا زمانی که ترک خستگی ایجاد شود جمع می‌کند. فرسودگی ابزار، اتصالات ناپایدار، آویزان بدون پشتیبانی و مسیر ابزار بد ترتیب، همگی دامنه چرخه ای را افزایش می دهند.

ظاهر معمولی:یک ترک عمود بر تنش چرخه ای اصلی منتشر می شود که اغلب از علامت ابزار شروع می شود.

پیشگیری:کنترل سایش ابزار با تغییر درج‌ها در یک بازه زمانی مشخص، به حداقل رساندن برآمدگی، افزایش سفتی یراق آلات، استفاده از فرز صعودی با قوس ورودی صاف، و اجتناب از علائم ماندگاری.

ترک های تمرکز استرس

ترک‌های تمرکز تنش بر اساس هندسه-است. گوشه‌های داخلی تیز، شکاف‌های باریک، سوراخ‌های حفر شده بر روی سطح منحنی، و علائم ماشینکاری درشت، همگی تنش اسمی را در این ویژگی چندین برابر می‌کنند. برای تیتانیوم حساسیت بریدگی بالا است، بنابراین شعاع گوشه ای که در فولاد نرم قابل قبول است ممکن است منشاء ترک در یک جزء درجه 5 باشد.

ظاهر معمولی:ترکی که از گوشه تیز، فیله، کلید یا علامت ابزار تابش می‌کند.

پیشگیری:شعاع فیله سخاوتمندانه را مشخص کنید، گوشه‌های داخلی را به جای فرورفتن درون‌یابی کنید، علامت‌های ابزار را با تکمیل کنترل‌شده حذف کنید، و تمام لبه‌ها را در جهتی مشخص جدا کنید.

مقایسه چهار نوع ترک

کنترل های فرآیندی که هر چهار نوع ترک را کاهش می دهد

اگرچه هر خانواده کرک درمان مخصوص به خود را دارد، مجموعه کوچکی از{0}}کنترل‌های کف مغازه خطر را در کل کاهش می‌دهد.

با کاتر هندسی مثبت از آسیاب بالا بروید.قیچی لبه چنگکی تیز و مثبت به جای مالش دادن، گرما را در تراشه نگه می دارد و نیروی برشی را که باعث انحراف می شود، کاهش می دهد.

خنک کننده به سمت منطقه برش هدایت می شود.تیتانیوم نیاز به سیل یا{0}}تحویل فشار بالا دارد که دقیقاً در لبه باشد، نه شستشوی کلی قطعه.

محل کار پایدار و کاملاً پشتیبانی شده.حداقل اورهانگ و تکیه گاه های سفت و سخت، منبع ارتعاشی را که ترک های ناشی از خستگی را تغذیه می کند، حذف می کند.

فواصل عمر ابزار مستند شده-.جایگزینی درج در دقیقه شمارش شده به جای گوش یکی از شایع ترین علل خستگی و ترک حرارتی را از بین می برد.

بازرسی پس از خشن کردن، نه تنها در پایان.بازرسی نافذ رنگ از چهره های بحرانی پس از ماشینکاری خشن، ترک خوردگی غلظت حرارتی و تنش را در حالی که قطعه هنوز می تواند دوباره کار شود، می گیرد.

برای گریدهای تجاری خالص مانند درجه 2 و درجه 4، همان اصول اعمال می شود، اما استحکام کمتر به این معنی است که انحراف، به جای تخریب حرارتی، غالب است، بنابراین تغذیه برای هر دندان و سفتی تکیه گاه سزاوار بیشترین توجه است. برای نمرات آلفا{3}}بتا مانند درجه 5، تعادل به سمت کنترل حرارت و وضوح لبه تغییر می‌کند.

سوالات متداول

س: کدام نوع ترک در ماشینکاری CNC آلیاژ تیتانیوم رایج است؟
ترک حرارتی شایع ترین مشکل گزارش شده است، زیرا تیتانیوم گرما را به جای تراشه به قطعه کار می برد. کاهش سرعت سطح و افزایش تغذیه به ازای هر دندان بیشتر موارد را برطرف می کند.

س: آیا بعد از اینکه قطعه از قبل بازرسی ابعادی را گذرانده است، ترک های سرد ظاهر می شوند؟
بله. ترک‌های سرد در طول خنک‌سازی یا در حین جابجایی بعدی و کاهش استرس ایجاد می‌شوند، بنابراین قطعات تیتانیوم دیوار نازک باید دوباره پس از رسیدن به دمای اتاق به جای بلافاصله پس از آخرین برش، بازرسی شوند.

س: آیا پچ پچ فقط یک مشکل پرداخت سطحی است؟
خیر. پچ پچ تنش متناوب را تحمیل می کند که باعث ایجاد ترک های خستگی در زیر سطح می شود، بنابراین بخشی که قابل قبول به نظر می رسد اما در معرض صدای شدید قرار گرفته است باید به عنوان خطر ترک خوردگی در نظر گرفته شود.

س: چگونه تصمیم بگیرم که آیا شعاع گوشه به اندازه کافی بزرگ است؟
شعاع را بر اساس ضخامت مقطع و بار اعمال شده قرار دهید و به جای فرو رفتن، گوشه را با کاتر درون یابی کنید. هر جا که طراحی اجازه می دهد باید از گوشه های داخلی تیز در تیتانیوم اجتناب شود.

س: آیا کاهش استرس همیشه از ترک خوردن سرما جلوگیری می کند؟
تنش پسماند را کاهش می دهد اما آن را حذف نمی کند و قبل از رسیدن قطعه به ابعاد نهایی باید اعمال شود. حذف متعادل انبار و خنک کننده کنترل شده اولین خط دفاعی است.

س: آیا این قوانین برای تیتانیوم خالص تجاری متفاوت است؟
مکانیسم‌ها یکسان هستند، اما درجه‌های خالص نرم‌تر و انعطاف‌پذیرتر هستند، بنابراین انحراف و ساخت ابزار{0}}بیشتر از تخریب حرارتی اهمیت دارند، و قطعات درجه 2 یا درجه 4 معمولاً تغذیه‌های تهاجمی‌تری را تحمل می‌کنند.