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純鈦與鈦合金加工

純鈦與鈦合金金屬,多應用於醫療與航太工業,其金屬屬性屬於難切削材。切削過程中,切屑不容易移除,且易黏著於刀具之刃口,如圖示<一>,容易造成二次切削,使得刀具壽命降低,加工效率不彰,甚至會使刀具折斷。

 

圖示<一>切削鈦合金切屑沾黏於刀具照片

 

DHF秉著專業的精神,投入研發,創新刀法,改善塗層,增加刀具製程,當然研發的過程相當艱辛,但也一一克服,2009年鈦好切系列產品終於上市,我們也將這過程的照片,以下提供做探討:

a: 當刀具的溝槽設計不當,導致無法斷屑,容易造成長條擠壓狀的切屑。如圖示<二>

b: 當刀具的幾何圖形設計理想,所產生的切屑成片狀,表示刀具切削能力好,相對刀具壽命佳。如圖示<三>

                 圖示<二>不理想刀具切屑形狀                                                                        圖示<三>理想刀具切屑形狀

 

一般傳統概念,切削鈦的Vc值只可達40~60m/min,DHF打破傳統、提高加工效率、增加刀具壽命,經我們研發應用測試下,我們的鈦好切系列產品Vc值可達100~150m/min左右,倘若在加工排屑良好的情況下,切深(Aa)及切寬(Ap)有0.8D的加工能力,我們的鈦好切系列刀具產品種類齊全,針對銑削溝槽、側銑、面銑、螺旋下刀銑削,都有不同的刀具設計及選項。

以下針對DHF 鈦好切系列產品做舉例介紹:

A. UTW

    1: 特殊波浪刀法設計,Vc值可達120-150m/min;

    2: 高轉速’大切深’大進給’ 屬於粗銑刀具;

    3: 溝銑與側銑Aa(切深)與Ap(切寬)有0.5D~0.8D之切削能力。

B. UTH / UTHR

     1: 屬於粗、精銑刀具;

     2: 高螺旋角R溝設計Vc值可達130m/min;

     3: Aa(切深)與Ap(切寬)有0.5D~0.8D之切削能力。

     4: 精銑時’表面光潔度佳

C. UTJ

     1: 屬於粗、精銑兩用刀具;

     2: 特殊溝槽斷屑點設計,排屑性良好;

     3: 適合側銑、3D銑。

D. WWB

     1: 屬於粗銑刀具;

     2: 適合鈦’鈦合金毛胚加工<圖示四>;

     3: 溝銑與側銑Aa(切深)與Ap(切寬)有0.5D~0.8D之切削能力。

相對的,要切削鈦系列金屬,一定必先了解其金屬特性與注意事項,我們將經驗值分享於讀者。

鈦合金特點:鈦金屬的密度較小,為4.5g/cm3,僅為鐵的60%,通常與鋁、鎂等被稱為輕金屬,相對的鈦合金、鋁合金、鎂合金則稱為輕合金。        

世界上許多國家都認識到鈦合金材料的重要性,相繼對鈦合金材料進行研究開發,並且得到了實際應用。鈦是二十世紀五十年代發展起來的一種重要的結構金屬,鈦合金因具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性高、易焊接等特點而被廣泛用於各個領域,尤其是強度高、易焊接性能有利於高爾夫球桿頭的製造。

美國1954年研製成功的Ti(鈦)-6Al(鋁)-4V(礬)合金。Ti-6Al-4V合金在耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性方面均達到較好水準。Ti-6Al-4V合金使用量已佔全部鈦合金的75~85%。

鈦合金的硬度大於HB350時切削加工會特別困難,小於HB300時則容易出現黏刀現象,也不易切削。鈦合金對刀具材料的化學親和性強,在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,刀具很容易產生黏結磨損如<圖示一>。

鈦合金的導熱係數很小(相當於S45C的1/5~1/7),切屑與前刀面的接觸長度極短,切削時產生的熱不易傳出,主要集中在切削區和切削刃附近的較小範圍內,切削時所產生溫度很高。

鈦的化學活性大,在高的切削溫度下,很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮;同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象不僅會降低零件的疲勞強度,而且能加劇刀具磨損,是切削鈦合金時的一個很重要特點。

毛胚經過衝壓、鍛造、熱軋等方法加工後,形成硬而脆的不均勻外皮,極易造成崩刃現象,使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序如<圖示四>。(選擇鈦好切系列的WWB產品,此加工難題,將能迎刃而解)

<圖示四>鈦合金毛胚照片

 

綜合以上論點,加工鈦及鈦合金需注意以下重點 :

A.   選擇適合的刀具。

B.   使用高壓水溶性切削液<圖示五>。

C.   使用正確的切削數據。

D.   程式(CAM)撰寫(下刀方式)亦相當重要。

 <圖示五> 高壓水溶性切削液範例

 

了解產品的特色,及正確的選擇與使用,才能將刀具加工能力發揮到極致!

DHF應用技術中心編製

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