מדוע אנו חושבים שסגסוגת טיטניום היא חומר קשה לעיבוד? בגלל חוסר ההבנה המעמיקה של מנגנון העיבוד והתופעה שלו.
01
"חום" הוא ה"אשם" לקושי בעיבוד סגסוגות טיטניום
כוח החיתוך של עיבוד סגסוגת טיטניום גבוה רק במעט מזה של פלדה עם אותה קשיות, אך התופעה הפיזיקלית של עיבוד סגסוגת טיטניום היא הרבה יותר מסובכת מזו של עיבוד פלדה, מה שגורם לעיבוד סגסוגת טיטניום להתמודד עם קשיים גדולים.
המוליכות התרמית של רוב סגסוגות הטיטניום נמוכה מאוד, רק 1/7 של פלדה ו-1/16 של אלומיניום. לכן, החום שנוצר בתהליך חיתוך סגסוגת טיטניום לא יועבר במהירות לחומר העבודה או יילקח על ידי שבבים, אלא יצטבר באזור החיתוך, והטמפרטורה שנוצרת יכולה להגיע עד 1000 מעלות צלזיוס, מה שגורם ל- קצה חיתוך של הכלי כדי ללבוש, להיסדק ולמות במהירות. הצטברות קצוות, הופעה מהירה של קצוות בלויים, בתורו מייצרת יותר חום באזור החיתוך, ומקצרת עוד יותר את חיי הכלי.
הטמפרטורה הגבוהה שנוצרת במהלך תהליך החיתוך הורסת גם את שלמות פני השטח של חלקי סגסוגת טיטניום, וכתוצאה מכך ירידה בדיוק הגיאומטרי של החלק ותופעת התקשות העבודה שמפחיתה ברצינות את חוזק העייפות שלו.
הגמישות של סגסוגות טיטניום יכולה להועיל לביצועי חלק, אך במהלך חיתוך, העיוות האלסטי של חומר העבודה הוא גורם חשוב לרטט. לחץ החיתוך גורם לחומר ה"אלסטי" לעזוב את הכלי ולהתאושש, כך שהחיכוך בין הכלי לחומר העבודה גדול מפעולת החיתוך. תהליך החיכוך יוצר גם חום, מה שמחמיר את בעיית המוליכות התרמית הירודה של סגסוגות טיטניום.
בעיה זו חמורה אף יותר בעת עיבוד חלקים בעלי דופן דקה או בצורת טבעת שמתעוותים בקלות. זו משימה לא קלה לעבד חלקים בעלי דופן דקה מסגסוגת טיטניום לדיוק הממדים הצפוי. מכיוון שכאשר חומר העבודה נדחק על ידי הכלי, העיוות המקומי של הקיר הדק חרג מהטווח האלסטי כדי לייצר דפורמציה פלסטית, וחוזק החומר וקשיות החומר בנקודת החיתוך גדלים באופן משמעותי. בשלב זה, העיבוד במהירות החיתוך שנקבעה במקור הופך גבוה מדי, מה שמוביל עוד יותר לבלאי חד של הכלי.
02
ידע תהליכי לעיבוד סגסוגות טיטניום
על בסיס הבנת מנגנון העיבוד של סגסוגות טיטניום, יחד עם ניסיון העבר, הידע העיקרי בתהליך לעיבוד סגסוגות טיטניום הוא כדלקמן:
(1) תוספות עם גיאומטריית זווית חיובית להפחתת כוח החיתוך, חום חיתוך ועיוות של חלק העבודה.
(2) שמור על הזנה קבועה כדי למנוע התקשות של חומר העבודה. הכלי צריך להיות תמיד במצב הזנה במהלך תהליך החיתוך. כמות החיתוך הרדיאלית ae צריכה להיות 30 אחוז מהרדיוס במהלך הכרסום.
(3) בנוזל חיתוך בלחץ גבוה ובזרימה גדולה נעשה שימוש כדי להבטיח את היציבות התרמית של תהליך העיבוד ולמנוע ניוון משטח העבודה ונזק לכלי עקב טמפרטורה מופרזת.
(4) שמור על קצה החיתוך של הלהב חד, סכינים קהות הן הגורם להצטברות חום ולבלאי, מה שעלול להוביל בקלות לכשל בסכינים.
(5) עיבוד במצב הרך ביותר של סגסוגת טיטניום ככל האפשר, מכיוון שהחומר נעשה קשה יותר לעיבוד לאחר התקשות, טיפול בחום משפר את חוזק החומר ומגביר את הבלאי של הלהב.
(6) השתמש ברדיוס אף גדול או שיפוע כדי לחתוך כמה שיותר לתוך קצה החיתוך. זה יכול להפחית את כוח החיתוך והחום בכל נקודה ולמנוע שבירה מקומית. בעת כרסום סגסוגות טיטניום, בין פרמטרי החיתוך, למהירות החיתוך יש את ההשפעה הגדולה ביותר על חיי הכלי vc, ואחריה כמות החיתוך הרדיאלית (עומק הכרסום) ae.
03
החל מהלהב כדי לפתור את בעיית עיבוד הטיטניום
בלאי חריץ הלהב המתרחש במהלך עיבוד סגסוגת טיטניום הוא הבלאי המקומי של החלק האחורי והקדמי לאורך עומק כיוון החיתוך, אשר נגרם לרוב מהשכבה המוקשה שהותירה העיבוד הקודם. התגובה הכימית והדיפוזיה בין הכלי לחומר העבודה בטמפרטורת עיבוד העולה על 800 מעלות היא גם אחת הסיבות להיווצרות בלאי חריץ.
מכיוון שבמהלך העיבוד, מולקולות הטיטניום של חומר העבודה מצטברות בקדמת הלהב, ו"מרותכות" ללהב בלחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה, ויוצרות קצה בנוי. כאשר קצה בנוי מתקלף מקצה החיתוך, הוא מוריד את ציפוי הקרביד של התוספת, ולכן עיבוד טיטניום דורש חומרים מיוחדים וגיאומטריות הוספה.
04
מבני כלים לעיבוד שבבי טיטניום
המוקד של עיבוד סגסוגת טיטניום הוא חום. יש לרסס כמות גדולה של נוזל חיתוך בלחץ גבוה על קצה החיתוך בזמן ומדויק כדי להסיר חום במהירות. ישנם מבנים ייחודיים של חותכי כרסום המשמשים במיוחד לעיבוד סגסוגת טיטניום בשוק.
