9月13日,苹果发布了iPhone15系列手机。值得一提的是,这是钛合金边框首次亮相智能手机。
钛合金是一种轻质、耐腐蚀、强度高的材料,已被广泛应用于航空领域,可以优化飞机各部分性能,实现和提高结构减重。苹果公司将钛合金材质应用于智能手机的边框,除了考虑到美观性,更多的是为了提升手机的整体强度、耐摔性和耐刮擦性。但钛合金属于难加工材料,钛合金边框的引入,也是CNC技术上的一种挑战。
QUESTION
“热”是钛合金
难加工的“罪魁祸首”
钛合金加工时的切削力只是略高于同等硬度的钢,但是加工钛合金的物理现象比加工钢要复杂得多,从而使钛合金加工面临巨大的困难。
切削过程中,产生高温
大多数的钛合金的热导率很低,只有钢的1/7,铝的1/16。因此,在切削钛合金过程中产生的热量不会迅速传递给工件或被切屑带走,而集聚在切削区域,所产生的温度可高达1000℃以上,使刀具的刃口迅速磨损、崩裂和生成积屑瘤,快速出现磨损的刀刃,又使切削区域产生更多的热量,进一步缩短刀具的寿命。
切削过程中产生的高温同时破坏了钛合金零件的表面完整性,导致零件几何精度下降和出现严重减少其疲劳强度的加工硬化现象。
切削过程中,工件弹性变形
钛合金的弹性对零件性能来说可能是有益的,但是在切削过程中,工件的弹性变形是产生振动的重要原因。切削压力使“弹性”的工件离开刀具和反弹,从而使刀具与工件之间摩擦现象大于切削作用。摩擦过程也会产生热,加重了钛合金导热性不良问题。
加工薄壁或环形等易变形零件时,这个问题就更加严重,将钛合金薄壁零件加工到预期的尺寸精度不是一件容易的事。因为随着工件材料被刀具推开时,薄壁的局部变形已经超出弹性范围而产生塑性变形,切削点的材料强度和硬度明显增加。此时,按照原先确定的切削速度加工就变得过高,进一步导致刀具急剧磨损。
加工钛合金
工艺诀窍
在理解钛合金加工机理的基础上,加上以往的经验,加工钛合金的主要工艺诀窍如下:
采用正角型几何形状的刀片,以减少切削力、切削热和工件的变形。
保持恒定的进给以避免工件的硬化,在切削过程中刀具要始终处于进给状态,铣削时径向吃刀量ae应为半径的30%。
采用高压大流量切削液,以保证加工过程的热稳定性,防止因温度过高导致工件表面变性和刀具损坏。
保持刀片刃口锋利,钝的刀具是热集结和磨损的原因,容易导致刀具失效。
尽可能在钛合金最软的状态加工,因为淬硬后材料变得更难加工,热处理提高了材料的强度并增加刀片的磨损。
使用大的刀尖圆弧半径或倒角切入,尽可能把更多的刀刃进入切削。这可以减少每一点的切削力和热量,防止局部破损。在铣削钛合金时,各切削参数中切削速度对刀具寿命vc的影响最大,径向吃刀量(铣削深度)ae次之。
适合钛加工
刀具结构
钛合金加工的焦点是热,大量高压切削液要及时准确地喷射到切削刃上,才能够快速地将热量移除。市场上有专门用于钛合金加工的铣刀独特结构。
钛合金
切削液的选用
切削钛合金时,为了降低切削温度,需要当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切削液。对切削液的要求有热导率大、比热容大、热容量大、汽化热大、汽化速度大、流量大、流速快。一般说来,水比油的热导率大3~5倍,比热容大1倍,汽化热几乎大10倍左右,故用水溶性切削液较为合适。
小贴士
马思特新型合成精密加工液
TRIM® HyperSol™ 888NXT
HyperSol™ 888NXT 是一款多用性、全能型的精密加工液,它不仅拥有高效的冷却性,还拥有出色的润滑性,为钛合金等硬金属提供卓越的性能。此外,低泡、低味和延长刀具寿命等多优异性能更是完美诠释了它的无与伦比。
使用MQL雾化微量润滑切削钛合金,可以得到更好的润滑冷却效果。通过MQL专用设备,使有极压润滑能力的微量油与压缩空气充分混合,形成气溶胶,高压喷射于加工区域,比油性冷却纯油的浇注供液避免了起火风险,又比水溶切削液能更深入核心切削区域3倍以上。有实践记录证明,MQL微量润滑方式可以延长8倍的刀具寿命,同样加工参数可实现提升加工精度1级。
小贴士
马思特微量润滑加工液
TRIM® MQL100
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