Boren in een titaniumlegering is een bewerkingsproces met een hoog-risico. Dit materiaal heeft een lage thermische geleidbaarheid van ongeveer 7 W/m·K. Het houdt de warmte vast in de snijzone tijdens het boren. Het materiaal heeft ook hoge sterkte en actieve chemische eigenschappen. Deze kenmerken versnellen de slijtage door schuren en lijm aan de randen van het snijgereedschap. Fabrieksarbeiders worden in de praktijk geconfronteerd met een veelvoorkomend probleem. Werknemers verhogen de snijparameters om de productie-efficiëntie te verhogen, maar snijgereedschappen verslijten snel. Werknemers verlagen de parameters om de standtijd van het gereedschap te verlengen, maar de bewerkingscyclustijd wordt langer.
Mensen hoeven niet de ene prioriteit boven de andere te kiezen. Ze hoeven de twee uitkomsten alleen maar op een slimme manier in evenwicht te brengen.
Snijsnelheid – de thermische gouverneur
De snijsnelheid beïnvloedt de snijtemperatuur het meest bij het boren van titaniumlegeringen. Bij het bewerken van staal zijn hogere snelheden mogelijk, waardoor de productiviteit wordt verhoogd met minimale gereedschapsslijtage. Voor het bewerken van titaniumlegeringen is een strikte snelheidscontrole vereist. Een te hoge snijsnelheid veroorzaakt een snelle temperatuurstijging in de snijzone. Het werkstukoppervlak zal werkhardende lagen vormen. De snijkant zal in korte tijd ernstige flankslijtage en schade aan de snijkant oplopen.
Volhardmetalen gereedschappen werken goed binnen een stabiel snelheidsbereik van 25 tot 45 m/min. Boren met TiAlN-coating draaien met lage toerentallen in dit bereik. Ze vertonen stabiele slijtageregels en produceren gaten met een consistente kwaliteit. Snelheidswaarden buiten dit bereik zorgen ervoor dat de slijtage van het gereedschap scherp toeneemt. Overmatige thermische belasting overschrijdt de warmteafvoercapaciteit van snijgereedschappen.
Voedingssnelheid – De spaanvormingsvariabele
De voedingssnelheid regelt de spaandikte, de spaanverwijderingsstatus en de axiale snijkracht rechtstreeks. De voedingssnelheid heeft de grootste invloed op de ruwheid van het gatoppervlak van alle bewerkingsparameters voor Ti-6Al-4V-boren. Lage voedingssnelheid vermindert het boorkoppel en de axiale kracht. Maar een extreem lage voedingssnelheid zal verharding van het titaniumoppervlak veroorzaken. Het slaagt er ook niet in om spanen effectief te breken en te verwijderen. Een hoge voedingssnelheid helpt de spanen in regelmatige segmenten te verdelen. Maar het verhoogt de mechanische druk op de boorpunt.
Het beste voedingssnelheidsbereik voor conventioneel boren is 0,03 tot 0,12 mm/omw. Spilsnelheid en gereedschapspunthoek veranderen de werkstuktemperatuur bij titaniumboren. De voedingssnelheid veroorzaakt geen duidelijke temperatuurveranderingen. Deze praktische regel vertelt gebruikers duidelijk. Optimalisatie van de voedingssnelheid verbetert vooral de spaanvorm en de mechanische krachtomstandigheden. Het heeft weinig effect op de warmtebeheersing.
Koelvloeistofstrategie – de enabler
Gewone koelvloeistof is niet geschikt voor het efficiënt boren van titaniumlegeringen. De temperatuur van de snijzone is te hoog om traditionele smeermiddelen normaal te laten werken. Het gereedschaps- en chipcontactgebied verliest effectieve thermische bescherming. De hoge-toevoer van koelmiddel verbetert de bewerkingsomstandigheden volledig.
Gereedschappen met interne koelkanalen sturen hoge-koelvloeistof rechtstreeks naar de snijkant. Dit ontwerp regelt de snijtemperatuur goed en zorgt voor een soepele spaanafvoer. Professionele koelmiddelkanaalstructuren leveren vier keer meer koelmiddel onder dezelfde druk. Standaard hogedruk-pompen bereiken de minimale effectieve druk. Deze druk duwt het koelmiddel in de spaanspleet van het gereedschap- en vormt een stabiele smeerlaag.
Voor het boren van titanium met een hoge-productiviteit moeten gereedschappen met interne hoge-koelmiddelkanalen worden gebruikt. Deze configuratie is een noodzakelijke voorwaarde voor een stabiele en efficiënte bewerking.
Gereedschapsgeometrie – de krachtvermenigvuldiger
Parameteroptimalisatie kan niet werken zonder op elkaar afgestemde gereedschapsgeometrie. X-vormig verdunningsontwerp verlaagt de snijweerstand. Het verbetert ook de gatkwaliteit en de efficiëntie van de spaanverwijdering. Tipontwerpen met dubbele-hoek en samengestelde hoeken van 118 graden en 90 graden breken de spanen gestaag en geleiden de spanenafvoer soepel. Hardmetalen gereedschapssubstraten met professionele coatings bieden een stabiele hardheid bij hoge- temperaturen en weerstand tegen oxidatie.
Verschillende gereedschapsgeometrieën zorgen voor zeer verschillende bewerkingsresultaten. Een professionele test bewijst dat één speciale structuur van een veeggereedschap 75 gaten kan boren met een snelheid van 50 m/min en een voedingssnelheid van 0,10 mm/omw. De levensduur is drie keer zo lang als die van andere gangbare gereedschapsgeometrieën. Gereedschapsgeometrie speelt een sleutelrol bij prestatieverschillen, meer dan gereedschapscoatings en substraten.
Het praktische raamwerk
Het volgende parametersysteem biedt een betrouwbare referentie voor fabrieken die Ti-6Al-4V titaniumlegeringen bewerken.
- Snijsnelheid: 25–45 m/min voor volhardmetalen gereedschappen. Kies lage snelheidswaarden voor intermitterend snijden of onstabiele bewerkingsomstandigheden.
- Voedingssnelheid: 0,03–0,12 mm/omw. Gebruik lage voedingssnelheden voor een betere oppervlakteafwerking. Gebruik hoge voedingen voor betere spaanbreekprestaties.
- Koelmiddel: Maak gebruik van interne hogedruk-koelvloeistoftoevoer. De minimaal aanbevolen druk is 1000 psi (7 MPa).
- Puntgeometrie: Tiphoek van 118 graden –140 graden met verdunningsbehandeling. Kies ontwerpen met dubbele-hoeken voor nauwkeurige spaanbeheersing.
- Coating: TiAlN PVD-coating op fijnkorrelige carbidesubstraten.
Gebruikers kunnen parametercombinaties aanpassen op basis van de werkelijke bewerkingsbehoeften. Geef prioriteit aan lage voedingssnelheden en gematigde snelheden als oppervlakteafwerking de kernvereiste is. Geef prioriteit aan bewerking op hoge-snelheid met hoge-koelvloeistof als productie-efficiëntie het hoofddoel is. Intermitterend vertragend voedingsboren is een andere effectieve methode. Het kan de efficiëntie van de spaanverwijdering bij het boren van titaniumlegeringen verbeteren.
