Pokrok vo výskume otrepov na výstupe z vŕtania z titánovej zliatiny
1. Úvod
S rýchlym rozvojom kľúčových oblastí, ako sú lekárske prístroje, letecký a kozmický priemysel, námorný prieskum a petrochemický priemysel v Číne, sa zvyšujú požiadavky na materiálový výkon súvisiacich komponentov. Zliatiny titánu sa postupne stali dôležitými „strategickými kovmi“ v oblasti materiálových aplikácií vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam, ako je nízka hmotnosť, vysoká pevnosť, odolnosť proti korózii a lomová húževnatosť. Zliatiny titánu sa široko používajú v kritických oblastiach, ako sú letecké motory a súčasti trupu.
Pri montáži a upevňovaní dielov zo zliatiny titánu sú vŕtanie a frézovanie základnými procesmi, pričom vŕtanie zaberá významnú časť práce. Počas procesu vŕtania sa však v dôsledku veľkých axiálnych síl a vysokých teplôt často na výstupe z otvoru vytvárajú otrepy rôznych tvarov a výšok, čo priamo ovplyvňuje kvalitu montáže a výkon služby. Štúdie ukazujú, že proces odstraňovania ostrapov výrazne zvyšuje náklady na spracovanie titánových zliatin. Preto má výskum mechanizmu tvorby otrepov počas vŕtania z titánovej zliatiny a skúmanie metód kontroly veľký praktický význam.
Tento článok poskytuje prehľad o typoch, formovacích mechanizmoch a stratégiách kontroly otrepov na výstupe z vŕtania z titánovej zliatiny a poskytuje referenciu pre súvisiaci výskum.
2. Typy ostrapov na výstupe z vŕtania z titánovej zliatiny
Počas vŕtania z titánovej zliatiny nástroj interaguje s obrobkom a vytvára šmykové sily, čo spôsobuje plastickú deformáciu, ohýbanie a trhanie materiálu. Časť materiálu je odstránená, zatiaľ čo zvyšná časť vytvára na výstupe z otvoru otrepy. Tvar a veľkosť výstupných otrepov sa mení v závislosti od rezných parametrov a geometrie nástroja. Analýza typov otrepov pomáha ďalej študovať ich mechanizmy tvorby.
Štúdie ukázali, že otrepy vznikajúce pri vŕtaní z titánovej zliatiny možno klasifikovať do nasledujúcich typov:
Uniforma Burrs: Otrepy, ktoré sa tvoria rovnomerne okolo výstupu.
Jednotné otrepy s vrtným uzáverom: Otrepy so zvyškovým materiálom vytvárajúce relatívne jednotný tvar.
Crown-ako Burrs: Otrepy s korunkovým-tvarom alebo nepravidelným tvarom.
Rôzni výskumníci prostredníctvom experimentov a simulácií zistili, že faktory ako tuhosť obrobku, materiál nástroja a rezné parametre významne ovplyvňujú morfológiu ostrapov. Hoci neexistuje jednotná klasifikačná norma, primárnymi typmi otrepov sú tri uvedené vyššie.
3. Mechanizmy tvorby otrepov na výstupe z vŕtania z titánovej zliatiny
Pri procese vŕtania do zliatin titánu tvorba otrepov úzko súvisí s plastickou deformáciou materiálu a reznou hranou nástroja. Výskum ukázal, že tvorbu otrepov na výstupe z vŕtania možno rozdeliť do niekoľkých etáp, primárne ovplyvnených reznými silami, teplotami a geometriou nástroja.
Proces tvorby otrepov zvyčajne zahŕňa nasledujúce kroky:
Počas rezania materiál na dne otvoru podlieha plastickej deformácii.
Zvyškový materiál je tlačený vrtákom smerom k výstupu otvoru.
Keď materiál presiahne výstupnú hranu otvoru, začne sa naťahovať a lámať, prípadne vytvárať otrepy.
Navyše, prostredníctvom simulácií konečných prvkov sa zistilo, že geometrický uhol nástroja, rezné parametre a rezná teplota majú významný vplyv na tvorbu ostrapov. Rôzne rezné parametre a štruktúry nástrojov môžu viesť k tvorbe rôznych typov ostrapov. Napríklad nízke rýchlosti posuvu a vysoké rýchlosti vretena vo všeobecnosti vytvárajú rovnomerné otrepy, zatiaľ čo vysoké rýchlosti posuvu môžu mať za následok korunové-otrepy.
4. Stratégie kontroly ostrapov na výstupe z vŕtania z titánovej zliatiny
Na riešenie tvorby ostrapov pri vŕtaní z titánovej zliatiny výskumníci navrhli niekoľko stratégií riadenia, najmä vrátane optimalizácie rezných parametrov, dizajnu nástrojov a procesov obrábania.
4.1 Optimalizácia parametrov rezania
Výber vhodných rezných parametrov môže pomôcť znížiť axiálne sily a rezné teploty, čím sa minimalizuje tvorba otrepov. Štúdie ukázali, že optimalizácia otáčok vretena, rýchlosti posuvu a iných rezných parametrov môže účinne znížiť výšku ostrapov. Napríklad vyššie otáčky vretena a nižšie rýchlosti posuvu majú často za následok menšie otrepy.
4.2 Optimalizácia štruktúry nástroja
Konštrukcia nástroja má významný vplyv na tvorbu otrepov. Faktory, ako je uhol sklonu nástroja, dĺžka reznej hrany a materiál nástroja, všetky ovplyvňujú tvorbu ostrapov. Optimalizáciou geometrie nástroja a výberom vhodných materiálov možno efektívne zmenšiť veľkosť a výšku otrepu. Napríklad použitie špirálového vrtáka namiesto špirálového vrtáka môže výrazne znížiť veľkosť otrepu na výstupe.
4.3 Optimalizácia procesov obrábania
Tradičné procesy vŕtania často vedú k tvorbe ostrapov. Výskumníci preskúmali nové metódy obrábania, ako je ultrazvukové -asistované, rotačné ultrazvukové-asistované a kryogénne vŕtanie, ktoré ukázali dobré výsledky. Ultrazvukové-asistované vŕtanie môže znížiť teploty počas procesu obrábania, znížiť ťažnosť materiálu a efektívne kontrolovať veľkosť ostrapov. Okrem toho sa ukázalo, že rotačné ultrazvukové-asistované vŕtanie a obrábanie kryogénnym chladením výrazne znižujú výšku ostrapov.
5. Záver
Zliatiny titánu zohrávajú kľúčovú úlohu v rôznych špičkových{0}}aplikáciách vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu. Avšak kontrola otrepov počas vŕtania z titánovej zliatiny zostáva výzvou. Existujúci výskum ukazuje, že optimalizáciou rezných parametrov, štruktúry nástroja a procesov obrábania možno výrazne znížiť veľkosť ostrapov, čím sa zlepší efektivita obrábania. Budúci výskum by mal ďalej skúmať mechanizmy tvorby otrepov, vyvíjať nové nástroje a technológie obrábania a riešiť výzvy v oblasti obrábania zliatin titánu.
