Как устранить типичные проблемы обработки титана: вибрации, заусенцы и деформации?

Решение типичных проблем при обработке титана — таких как вибрации (chatter), заусенцы и деформация деталей — требует системного подхода, направленного на устранение корневых причин, связанных с физическими свойствами титана: низкой теплопроводностью, высокой прочностью при повышенных температурах и химической активностью. Успех обеспечивается комбинацией жёсткой установки, оптимизированного инструмента и параметров, а также продуманного проектирования процесса.

Снижение вибраций и дрожания (Chatter)

Вибрации — это резонансные колебания между инструментом и заготовкой, которые портят чистоту поверхности и быстро изнашивают инструмент. Эластичность титана усугубляет эту проблему.

• Максимальная жёсткость: Это главное правило. Используйте максимально короткие и жёсткие держатели инструмента (например, термоусадочные или гидравлические патроны). Заготовка должна быть жёстко закреплена в тисках или, предпочтительно, непосредственно прикручена к базовой плите или планшайбе для устранения податливости. Станки с многоосевой обработкой особенно эффективны, поскольку позволяют завершить обработку сложных деталей за одну установку.

• Оптимизация траектории и зацепления инструмента: Избегайте обработки с полной шириной фрезы. Используйте траектории трохоидального или динамического фрезерования с постоянным малым радиальным зацеплением (обычно 5–15% диаметра инструмента) и большой осевой глубиной резания. Это снижает ударные нагрузки и направляет силы резания в более жёсткую ось шпинделя.

• Регулировка параметров: Если возникает вибрация, не всегда следует снижать скорость. Часто увеличение подачи или небольшое изменение оборотов шпинделя помогает выйти из зоны гармонического резонанса.

Контроль и минимизация заусенцев

Заусенцы, особенно стойкие «скатные» заусенцы, характерные для титана, возникают из-за пластичности материала и угла выхода инструмента.

• Геометрия и острота инструмента: Используйте острые инструменты с положительным передним углом и специально обработанной режущей кромкой. Острая кромка режет материал чисто, а не выдавливает его, что снижает образование заусенцев. Инструменты нужно менять до того, как они затупятся.

• Стратегия выхода инструмента: Избегайте выхода режущей кромки перпендикулярно кромке детали. По возможности выполняйте фаску в качестве финальной операции или применяйте плавные входы/выходы инструмента («ramp-on/ramp-off»). При сверлении отверстий использование подкладочного материала или жертвенной пластины помогает предотвратить выходные заусенцы в процессе сверления на станках с ЧПУ.

• Процессы удаления заусенцев: Несмотря на оптимизацию, полное отсутствие заусенцев редко достижимо. Ручная обработка непостоянна. Автоматизированные методы, такие как виброобработка и полировка деталей, эффективны для открытых поверхностей. Для твёрдых или сложных внутренних геометрий подойдут электроэрозионная обработка (EDM) или электрополировка, удаляющие заусенцы без механического воздействия.

Предотвращение деформации деталей

Деформация титановых деталей часто вызывается двумя факторами: остаточными напряжениями в исходном материале и напряжениями, возникающими в процессе обработки.

• Снятие напряжений в исходном материале: Всегда используйте материал, прошедший термообработку (отжиг или снятие напряжений), для фрезерования из заготовок. Это обеспечивает стабильное внутреннее состояние материала.

• Сбалансированное снятие материала: Избегайте обработки всей массы с одной стороны за один проход — это создаёт неравновесие внутренних напряжений и ведёт к короблению. Более правильный метод — поочерёдно снимать материал с обеих сторон, поддерживая равновесие напряжений.

• Тепловое управление: Интенсивное локальное нагревание при резании вызывает тепловое расширение и остаточные напряжения после охлаждения. Используйте достаточное количество охлаждающей жидкости под высоким давлением для поддержания стабильной температуры. Для геометрий, склонных к деформации, рекомендуется промежуточная термообработка после черновой обработки для снятия напряжений перед чистовой.

• Закрепление и силы зажима: Равномерно распределяйте усилия зажима и избегайте чрезмерного прижима, который может деформировать тонкостенные участки. После снятия детали со станка она возвращается в исходное состояние, что приводит к искажению размеров. Грамотное расположение точек фиксации — ключевой принцип высокоточной обработки.