Какие параметры наиболее критичны при обработке тонкостенных титановых деталей?
Механическая обработка тонкостенных титановых компонентов представляет собой вершину сложности в области высокоточной обработки. Особые свойства титана — низкая теплопроводность, высокий коэффициент упругости и склонность к вибрациям — усугубляются гибкостью тонких стенок. Успех зависит от контроля параметров, минимизирующих силы резания, тепловое расширение и вибрации. Ключевые параметры не существуют изолированно, а образуют взаимосвязанную систему.
1. Радиальная глубина резания (ae) и степень зацепления инструмента
Это, пожалуй, самый важный параметр. Большая радиальная нагрузка создаёт значительное боковое усилие, изгибающее тонкую стенку, что приводит к вибрациям, геометрическим отклонениям и ухудшению чистоты поверхности. Решение — использовать небольшое радиальное врезание, обычно 10–30% диаметра инструмента. Этого лучше всего достичь при помощи траекторий типа трохоидального или динамического фрезерования, которые поддерживают постоянное, малое зацепление инструмента. Эта стратегия, применяемая в нашем сервисе многоосевой обработки, позволяет инструменту большую часть времени работать в свободном, «прохладном» состоянии, что резко снижает постоянную нагрузку на стенку и эффективно рассеивает тепло.
2. Выбор инструмента и его геометрия
Инструмент должен обеспечивать чистое срезание материала с минимальным сопротивлением. Острые, полированные режущие кромки с большим положительным углом наклона — обязательное условие. Они снижают силы резания и предотвращают «выталкивание» стенки. Большой радиус при вершине инструмента помогает распределить нагрузку, но требует баланса, чтобы не увеличить контакт и нагрев. Для чистовой обработки часто требуется инструмент с меньшим радиусом закругления или специально предназначенный для финальных проходов.
3. Параметры резания: подача и скорость
Вопреки интуиции, увеличенная подача на зуб нередко полезнее. Слишком малая подача вызывает трение, наклёп и выделение тепла без эффективного удаления материала. Достаточно высокая подача гарантирует, что инструмент режет, а не трёт материал, формируя чистое срезание и хорошую эвакуацию стружки. Однако скорость резания (SFM) должна быть умеренной. Высокие скорости быстро генерируют тепло, которое тонкая стенка не успевает рассеять, что приводит к термическому искажению. Сбалансированный подход, реализуемый в нашем сервисе высокоточной обработки, сочетает умеренную скорость с агрессивной подачей для максимальной производительности при контроле тепла и силы резания.
4. Осевое врезание (ap) и последовательность обработки
Хотя осевая глубина оказывает меньшее влияние на изгиб, чем радиальная, глубокое осевое врезание увеличивает общие силы резания и может вызывать вибрации. Следует использовать умеренную осевую глубину и симметричную последовательность обработки. Это означает чередование съёма материала с обеих сторон стенки, чтобы сбалансировать остаточные напряжения, а не полностью обрабатывать одну сторону сначала. После черновой обработки часто необходима промежуточная термообработка для снятия напряжений, чтобы устранить внутренние деформации перед финальными, деликатными проходами.
5. Крепление и тепловое управление
Деталь должна быть зафиксирована таким образом, чтобы её поддержка максимально соответствовала условиям конечной установки, предотвращая деформации после снятия. Индивидуальные приспособления, вакуумные столы или низкоплавкие сплавы обеспечивают оптимальную поддержку тонких стенок. С точки зрения тепла, высоконапорная подача охлаждающей жидкости через инструмент является обязательной. Она не только охлаждает зону резания и инструмент, но и механически разрушает стружку, предотвращая её повторное резание или прилипание к детали — одну из наиболее частых причин брака при фрезеровании тонких стенок в рамках нашего сервиса обработки титана на станках с ЧПУ.
