Pokrok ve výzkumu otřepů na výstupu z vrtání z titanové slitiny
1. Úvod
S rychlým rozvojem klíčových oborů, jako jsou lékařské přístroje, letecký průmysl, námořní průzkum a petrochemický průmysl v Číně, rostou požadavky na materiálové vlastnosti souvisejících komponent. Slitiny titanu se postupně staly důležitými „strategickými kovy“ v oblasti materiálových aplikací díky svým vynikajícím vlastnostem, jako je nízká hmotnost, vysoká pevnost, odolnost proti korozi a lomová houževnatost. Titanové slitiny jsou široce používány v kritických oblastech, jako jsou letecké motory a součásti trupu.
Při montáži a upevňování dílů ze slitiny titanu jsou zásadními procesy vrtání a frézování, přičemž vrtání zabírá významnou část práce. Během procesu vrtání se však v důsledku velkých axiálních sil a vysokých teplot často na výstupu z otvoru tvoří otřepy různých tvarů a výšek, což přímo ovlivňuje kvalitu montáže a výkon služby. Studie ukazují, že proces odstraňování otřepů výrazně zvyšuje náklady na zpracování titanových slitin. Proto má výzkum mechanismu tvorby otřepů při vrtání titanové slitiny a zkoumání kontrolních metod velký praktický význam.
Tento článek shrnuje typy, formovací mechanismy a kontrolní strategie otřepů na výstupu z vrtání titanové slitiny a poskytuje reference pro související výzkum.
2. Typy otřepů na výstupu z vrtání z titanové slitiny
Během vrtání z titanové slitiny nástroj interaguje s obrobkem a vytváří smykové síly, které způsobují plastickou deformaci, ohýbání a trhání materiálu. Část materiálu je odstraněna, zatímco zbývající část tvoří otřepy na výstupu z otvoru. Tvar a velikost výstupních otřepů se liší v závislosti na řezných parametrech a geometrii nástroje. Analýza typů otřepů pomáhá dále studovat mechanismy jejich tvorby.
Studie ukázaly, že otřepy vzniklé při vrtání titanové slitiny lze rozdělit do následujících typů:
Uniformní Burrs: Otřepy, které se tvoří rovnoměrně kolem výstupu.
Jednotné otřepy s vrtacím uzávěrem: Otřepy se zbytkovým materiálem tvoří relativně jednotný tvar.
Crown-jako Burrs: Otřepy s korunkovým-tvarem nebo nepravidelným tvarem.
Různí výzkumníci pomocí experimentů a simulací zjistili, že faktory, jako je tuhost obrobku, materiál nástroje a řezné parametry, významně ovlivňují morfologii otřepů. Ačkoli neexistuje jednotný klasifikační standard, primárními typy otřepů jsou tři výše uvedené.
3. Mechanismy tvorby otřepů na výstupu z vrtání z titanové slitiny
Při procesu vrtání titanových slitin tvorba otřepů úzce souvisí s plastickou deformací materiálu a řeznou hranou nástroje. Výzkum ukázal, že tvorbu otřepů na výstupu z vrtání lze rozdělit do několika fází, které jsou primárně ovlivněny řeznými silami, teplotami a geometrií nástroje.
Proces tvorby otřepů obvykle zahrnuje následující kroky:
Při řezání dochází k plastické deformaci materiálu na dně otvoru.
Zbytkový materiál je vytlačován vrtákem směrem k výstupu otvoru.
Když materiál překročí výstupní hranu otvoru, začne se natahovat a lámat, případně vytvářet otřepy.
Navíc bylo pomocí simulací konečných prvků zjištěno, že geometrický úhel nástroje, řezné parametry a řezná teplota mají významný vliv na tvorbu otřepů. Různé řezné parametry a struktury nástrojů mohou vést ke vzniku různých typů otřepů. Například nízké rychlosti posuvu a vysoké rychlosti vřetena obecně vytvářejí rovnoměrné otřepy, zatímco vysoké rychlosti posuvu mohou mít za následek korunkové-otřepy.
4. Strategie kontroly otřepů na výstupu z vrtání z titanové slitiny
Pro řešení tvorby otřepů při vrtání z titanové slitiny výzkumníci navrhli několik kontrolních strategií, zejména včetně optimalizace řezných parametrů, konstrukce nástrojů a obráběcích procesů.
4.1 Optimalizace řezných parametrů
Výběr vhodných řezných parametrů může pomoci snížit axiální síly a řezné teploty, a tím minimalizovat tvorbu otřepů. Studie ukázaly, že optimalizací otáček vřetena, rychlostí posuvu a dalších řezných parametrů lze účinně snížit výšku otřepů. Například vyšší otáčky vřetena a nižší rychlosti posuvu často vedou k menším otřepům.
4.2 Optimalizace struktury nástroje
Konstrukce nástroje má významný vliv na tvorbu otřepů. Faktory jako úhel čela nástroje, délka řezné hrany a materiál nástroje ovlivňují tvorbu otřepů. Optimalizací geometrie nástroje a výběrem vhodných materiálů lze efektivně snížit velikost a výšku otřepů. Například použití spirálového vrtáku místo spirálového vrtáku může výrazně snížit velikost otřepů na výstupu.
4.3 Optimalizace obráběcích procesů
Tradiční vrtací procesy často vedou k tvorbě otřepů. Výzkumníci prozkoumali nové metody obrábění, jako je ultrazvukové -asistované, rotační ultrazvukové-asistované a kryogenní vrtání, které prokázaly dobré výsledky. Ultrazvukové-asistované vrtání může snížit teploty během procesu obrábění, snížit tažnost materiálu a účinně kontrolovat velikost otřepů. Navíc bylo prokázáno, že rotační ultrazvukové-asistované vrtání a obrábění kryogenním chlazením výrazně snižují výšku otřepů.
5. Závěr
Titanové slitiny hrají klíčovou roli v různých špičkových{0}}aplikacích díky svému vynikajícímu výkonu. Kontrola otřepů během vrtání z titanové slitiny však zůstává výzvou. Stávající výzkumy ukazují, že optimalizací řezných parametrů, struktury nástroje a obráběcích procesů lze výrazně snížit velikost otřepů a zlepšit tak efektivitu obrábění. Budoucí výzkum by měl dále prozkoumat mechanismy tvorby otřepů, vyvinout nové nástroje a technologie obrábění a řešit problémy při obrábění slitin titanu.
