Icke-metallisk och annan mekanisk bearbetning - Knowledge

Bearbetning av titanlegeringar, superlegeringar och icke-metalliska material

1. Bearbetning av titanlegering

Titanlegeringar används i stor utsträckning inom flyg-, medicinska och biomedicinska områden på grund av deras höga hållfasthet-till-viktförhållande, korrosionsbeständighet och biokompatibilitet. De klassificeras dock som svåra-att-bearbetade material på grund av deras låga värmeledningsförmåga, höga kemiska reaktivitet och arbets-härdningstendens.

Viktiga bearbetningstekniker:

CNC-fräsning: Höghastighets-pinnfräsar av hårdmetall används ofta. Dynamiska frässtrategier hjälper till att minska värmeuppbyggnad och verktygsslitage. Till exempel kan spindelhastigheter upp till 18 000 rpm uppnå toleranser på ±0,02 mm i Grade 5 titanium.

Vändning: Kräver stela inställningar och vassa verktyg. Dynamiska svarvmetoder används för att stabilisera skärkrafterna och undvika prat, speciellt i flexibla titankomponenter.

Borrning och borrning: Användning av vassa hårdmetallborrar, hög-kylvätska (större än eller lika med 70 bar) och låga matningshastigheter är avgörande för att förhindra överhettning och säkerställa dimensionsnoggrannhet.

Spiralfräsning: Effektiv för grovbearbetning, fördelar skärtrycket jämnt och reducerar verktygsslitage.

5-axlig bearbetning: Möjliggör komplexa geometrier och minskar installationstiden, särskilt användbar inom flyg- och medicinska implantattillverkning.

Kylvätska och verktyg:

Emulsion eller syntetiska kylmedel med hög smörjförmåga är att föredra.

Inre kylvätsketillförsel och vibrationsdämpande-verktygshållare förbättrar ytfinish och verktygslivslängd.

Hybriddämpningshållare kan minska vibrationerna med upp till 40 %, vilket möjliggör spegel-liknande finish på tunna-väggar.

2. Superlegeringsbearbetning (t.ex. GH4169, GH2747)

Superlegeringar, särskilt nickel-baserade legeringar som GH4169 och GH2747, är kritiska i hög-temperaturtillämpningar som gasturbiner, jetmotorer och rymdkomponenter. De uppvisar utmärkt krypmotstånd, oxidationsbeständighet och styrka vid förhöjda temperaturer, men är extremt svåra att bearbeta.

Nyckelutmaningar:

Höga skärkrafter och temperaturer

Snabbt verktygsslitage på grund av arbetshärdning

Låg värmeledningsförmåga som leder till värmekoncentration vid verktygskanten

Bearbetningsstrategier:

Verktygsmaterial: Användning av verktyg av belagd hårdmetall, keramik eller kubisk bornitrid (CBN)

Låga skärhastigheter: För att minska värmeutvecklingen

Hög-kylvätska: Viktigt för evakuering av spån och kylning

Stabila inställningar: Styva fixturer och korta verktygsöverhäng för att minimera vibrationer

Bearbetningstekniker:

Svarvning och fräsning: Utförs ofta under kontrollerade förhållanden med optimerade verktygsbanor och kylvätskeflöde

Smide och värmebehandling: Före bearbetning smides superlegeringar ofta vid höga temperaturer (t.ex. 950–1300 grader) och genomgår lösning + åldringsbehandlingar för att förbättra bearbetbarheten och mekaniska egenskaper

Simulering och optimering: Finita elementmodellering (t.ex. DEFORM) används för att förutsäga temperatur- och töjningsfält under smide och bearbetning

3. Bearbetning av icke-metalliskt material

Icke-metalliska material som plast, keramik, glas och kompositer används i allt större utsträckning inom flyg-, elektronik- och medicinindustrin på grund av deras lätta vikt, korrosionsbeständighet och skräddarsydda egenskaper.

Vanliga icke-metalliska material:

Plast: ABS, polykarbonat, PEEK, PTFE

Keramik: Aluminiumoxid, zirkoniumoxid, kiselkarbid

Glas: Kvarts, optiskt glas

Kompositer: Kolfiber, glasfiber, laminat

Bearbetningstekniker:

CNC-bearbetning: Hög-precisionsfräsning och svarvning med diamant-belagda eller hårdmetallverktyg

Laserskärning: Speciellt för plaster och kompositer

Ultraljudsbearbetning: För hårda och spröda material som keramik

Vattenskärning: Lämplig för värme-känsliga material

Viktiga överväganden:

Verktygsval: Måste undvika överdriven värme och materialsmältning