Perché la barra di titanio si comporta diversamente sul tagliente
Tre proprietà del materiale spiegano quasi tutti i problemi incontrati durante la lavorazione delle barre in lega di titanio. La conduttività termica è bassa: Ti-6Al-4V si avvicina a 7 W/(mK), circa un sesto o un settimo di quello dell'acciaio al carbonio semplice, quindi il calore di taglio si concentra sulla punta dell'utensile invece di fuoriuscire con il truciolo. Il modulo elastico è di circa 114 GPa, circa la metà di quello dell'acciaio, quindi il pezzo si flette sotto la forza di taglio e le barre sottili si piegano e ritornano elastiche. Il titanio è anche chimicamente reattivo al di sopra dei 500 gradi circa, dove inizia a interagire con i materiali dell'utensile e il truciolo si salda alla superficie inclinata. Insieme, questi effetti producono una rapida usura sui fianchi e sui crateri, tagliente di riporto, vibrazioni su barre lunghe e il rischio di incendio causato da trucioli fini, e ciascuno di questi effetti è gestito dal controllo del processo piuttosto che dalla forza bruta.
Qualità, grado e condizione della canna prima del taglio
La qualità della lavorazione inizia con la barra in entrata e tre controlli dovrebbero precedere un ciclo di produzione. Innanzitutto, conferma il grado e lo standard in vigore: ASTM B348 per titanio e barre in lega di titanio, GB/T 2965 per materiale fornito secondo gli standard cinesi e ASTM F136 per impianto-grado Ti-6Al-4V ELI. Il grado cambia direttamente la lavorabilità - i gradi non legati da 1 a 4 si tagliano più facilmente rispetto alle leghe alfa-beta come il grado 5, che sono più resistenti e generano più calore. In secondo luogo, verificare la microstruttura e la consistenza meccanica dal certificato del mulino; la variazione da lotto a lotto nella durezza o nella struttura rende imprevedibili le forze di taglio. In terzo luogo, verificare le condizioni della superficie e la coerenza dimensionale, comprese rettilineità e rotondità, poiché un'asta piegata o non circolare impone una profondità di taglio irregolare lungo la sua lunghezza, che appare come variazione del diametro, chiacchiere e finitura incoerente.
Parametri di tornitura per asta di titanio
I seguenti valori sono punti di riferimento tipici per Ti-6Al-4V con utensili in metallo duro su una macchina rigida. Sono valori iniziali: le impostazioni finali dipendono dalla qualità, dall'attrezzatura, dall'erogazione del refrigerante, dalla rigidità della macchina e dalla finitura richiesta.
| Operazione | Velocità di taglio (m/min) | Foraggio | Profondità di taglio | Note |
|---|---|---|---|---|
| Tornitura di sgrossatura, metallo duro | 30-50 | 0,15-0,30 mm/giro | 1,0-4,0 mm | Prendere prima la massima profondità di taglio pratica e tenere l'utensile innestato |
| Finitura di tornitura, metallo duro | 50-80 | 0,08-0,15 mm/giro | 0,2-0,5 mm | Bordo affilato; un passaggio pulito anziché ripetute sfiorature leggere |
| Tornitura con acciaio super rapido- | 10-25 | 0,10-0,20 mm/giro | 0,5-2,0 mm | Solo per tagli leggeri o interrotti, con flusso di liquido refrigerante |
Fresatura, Foratura e Regole Generali
Fresatura e perforazione seguono la stessa logica: velocità superficiale modesta, impegno generoso, nessuna sosta.
| Operazione | Velocità di taglio (m/min) | Foraggio | Profondità e note |
|---|---|---|---|
| Fresatura, metallo duro, salita | 30-60 | 0,05-0,15 mm/dente | Sgrossatura fino a 1,5 mm circa, finitura 0,3-0,5 mm; fortemente preferita la fresatura in salita |
| Foratura, metallo duro | 10-25 | 0,05-0,15 mm/giro | Beccare o utilizzare il refrigerante-per l'utensile in modo che la punta del trapano non sfreghi mai una superficie-indurita |
Tre regole si applicano a ogni operazione. Mantieni la profondità di taglio sufficientemente ampia da tagliare sotto lo strato di lavoro-indurito lasciato dalla passata precedente. Non lasciare mai che l'utensile sfreghi o soffermi, perché lo sfregamento genera la pelle indurita che distrugge la passata successiva. Quando compaiono vibrazioni o-bordo di riporto, ridurre la velocità di taglio prima di ridurre l'avanzamento e registrare i parametri per grado e per lotto in modo che l'officina crei i propri dati di riferimento verificati invece di fare affidamento su tabelle generiche.
Sicurezza degli utensili, del refrigerante e dell'officina
La selezione dei materiali per gli utensili segue la classe ISO K per i materiali non-ferrosi e difficili: il metallo duro-a grana fine con basso contenuto di cobalto e i rivestimenti PVD come TiAlN o AlTiN resistono all'usura per diffusione che distrugge le qualità-per uso generale sul titanio. La geometria positiva della spoglia con bordo affilato e levigato riduce la pressione di taglio; l'utensile dovrebbe essere sostituito in base a un programma di usura anziché dopo un guasto, poiché un bordo usurato trasforma il taglio in sfregamento in pochi secondi. L'erogazione del refrigerante è più importante del volume del refrigerante. - il refrigerante ad alta- pressione puntato direttamente sulla zona di taglio evacua il calore e scarica i trucioli ed è la misura più efficace contro l'usura e il rischio di incendio. I pezzi fini e i trucioli di titanio si infiammano facilmente, quindi i trucioli vengono rimossi regolarmente, si evita la molatura a secco del titanio e nella macchina viene tenuto un mezzo estinguente adeguato. Per il fornitore che lavora anche pezzi finiti, questi controlli vengono applicati alla tornitura, fresatura, alesatura e foratura CNC di barre e componenti finiti, con risultati dimensionali verificati rispetto al disegno prima della spedizione.
Domande frequenti
D: Perché il titanio necessita di una velocità di taglio inferiore rispetto all'acciaio?
R: La sua conduttività termica è pari a circa un sesto-un settimo di quella dell'acciaio al carbonio, quindi il calore rimane sul tagliente. Una velocità superficiale inferiore, un tagliente affilato e il refrigerante diretto nella zona di taglio mantengono la temperatura del tagliente entro l'intervallo in cui sopravvive l'utensile.
D: Cosa causa le vibrazioni durante la lavorazione di aste sottili in titanio?
R: Il modulo elastico è di circa 114 GPa, circa la metà di quello dell'acciaio, quindi il pezzo si flette sotto carico. Il supporto della contropunta, le lunette fisse, la sporgenza ridotta dell'utensile e le passate di finitura più leggere lo controllano.
D: Devo ridurre l'avanzamento o la velocità quando appare il bordo di riporto-?
R: Ridurre prima la velocità di taglio. La riduzione dell'avanzamento assottiglia il truciolo, favorisce lo sfregamento e accelera l'incrudimento, il che peggiora il problema anziché migliorarlo.
D: Quali strumenti sono consigliati?
R: Metallo duro di classe ISO K a grana fine-, preferibilmente rivestito in PVD, con spoglia positiva e tagliente affilato e levigato. La durata dell'utensile sul titanio è determinata più dall'affilatura del tagliente e dall'erogazione del refrigerante che dalla sola qualità.
D: Esiste il rischio di incendio nella lavorazione del titanio?
R: Sì. Trucioli fini e trucioli possono incendiarsi. Utilizzare un refrigerante ad alta-pressione o un sistema di evacuazione truciolo dedicato, rimuovere frequentemente i trucioli, non macinare mai a secco le particelle fini di titanio e tenere un mezzo estinguente adeguato vicino alla macchina.
D: Quali documenti devono accompagnare la canna?
R: Un certificato EN 10204 Tipo 3.1 secondo ASTM B348 o GB/T 2965 con analisi termica e risultati meccanici, oltre alla verifica dimensionale, in modo che il processo di taglio possa essere qualificato rispetto alle condizioni effettive di consegna.
