เมื่อวันที่ 13 กันยายน Apple เปิดตัวโทรศัพท์มือถือซีรีส์ iPhone 15 เป็นที่น่าสังเกตว่านี่เป็นครั้งแรกที่เฟรมโลหะผสมไทเทเนียมปรากฏบนสมาร์ทโฟน
โลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุน้ำหนักเบา ทนต่อการกัดกร่อน และมีความแข็งแรงสูง เมื่อใช้ในสมาร์ทโฟน จะสามารถปรับปรุงความแข็งแรงโดยรวม ความต้านทานการตกหล่น และความต้านทานรอยขีดข่วนของโทรศัพท์ได้ อย่างไรก็ตาม ไททาเนียมอัลลอยด์เป็นวัสดุที่ตัดเฉือนได้ยาก และการนำเฟรมไททาเนียมอัลลอยด์มาใช้ก็ถือเป็นความท้าทายในเทคโนโลยี CNC เช่นกัน
เหตุใดเราจึงคิดว่าโลหะผสมไทเทเนียมเป็นวัสดุที่ตัดเฉือนได้ยาก มาเรียนรู้เกี่ยวกับคุณลักษณะการประมวลผลการตัดที่เกี่ยวข้องกัน
01
"ความร้อน" คือ "ตัวการ" ที่ทำให้โลหะผสมไทเทเนียมแปรรูปได้ยาก
แรงตัดเมื่อแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมจะสูงกว่าเหล็กที่มีความแข็งเท่ากันเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ปรากฏการณ์ทางกายภาพของการแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมนั้นซับซ้อนกว่าเหล็กแปรรูปมาก ทำให้การประมวลผลโลหะผสมไทเทเนียมต้องเผชิญกับความยากลำบากอย่างมาก
ค่าการนำความร้อนของโลหะผสมไททาเนียมส่วนใหญ่ต่ำมาก เพียง 1/7 ของเหล็กและ 1/16 ของอะลูมิเนียม ดังนั้นความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดไทเทเนียมอัลลอยด์จะไม่ถูกถ่ายเทไปยังชิ้นงานอย่างรวดเร็วหรือถูกเศษดึงออกไป แต่จะกระจุกตัวอยู่ที่บริเวณการตัด อุณหภูมิที่สร้างขึ้นอาจสูงถึงมากกว่า 1,000 องศา ทำให้คมตัดของเครื่องมือสึกหรอ แตกร้าว และขึ้นรูปอย่างรวดเร็ว คมตัดที่สะสมอยู่ทำให้คมตัดสึกหรออย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดความร้อนในบริเวณการตัดมากขึ้น ส่งผลให้อายุการใช้งานของเครื่องมือสั้นลงอีก
อุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการตัดยังทำลายความสมบูรณ์ของพื้นผิวของชิ้นส่วนโลหะผสมไททาเนียม ส่งผลให้ความแม่นยำทางเรขาคณิตของชิ้นส่วนลดลง และปรากฏการณ์การแข็งตัวของงานซึ่งจะช่วยลดความแข็งแรงเมื่อยล้าของชิ้นส่วนเหล่านี้ลงอย่างมาก
ความยืดหยุ่นของโลหะผสมไททาเนียมอาจเป็นประโยชน์ต่อประสิทธิภาพของชิ้นส่วน แต่ในระหว่างกระบวนการตัด การเสียรูปแบบยืดหยุ่นของชิ้นงานเป็นสาเหตุสำคัญของการสั่นสะเทือน แรงกดในการตัดทำให้ชิ้นงาน "ยืดหยุ่น" เคลื่อนออกจากเครื่องมือและเด้งกลับ ทำให้เกิดแรงเสียดทานระหว่างเครื่องมือและชิ้นงานมากกว่าการตัด กระบวนการเสียดสียังก่อให้เกิดความร้อน ซึ่งทำให้ปัญหาการนำความร้อนของโลหะผสมไทเทเนียมแย่ลง
ปัญหานี้ร้ายแรงยิ่งขึ้นเมื่อประมวลผลชิ้นส่วนที่มีผนังบางหรือรูปทรงวงแหวนที่เสียรูปได้ง่าย ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะแปรรูปชิ้นส่วนผนังบางของโลหะผสมไทเทเนียมให้ได้ความแม่นยำของมิติที่คาดหวัง เนื่องจากเมื่อเครื่องมือผลักวัสดุชิ้นงานออกไป การเสียรูปเฉพาะที่ของผนังบางจะเกินช่วงยืดหยุ่นและทำให้เกิดการเสียรูปแบบพลาสติก ความแข็งแรงและความแข็งของวัสดุของจุดตัดจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก ในเวลานี้ ความเร็วตัดที่กำหนดเดิมสูงเกินไป ส่งผลให้เครื่องมือสึกหรอเร็วยิ่งขึ้น
02
ความรู้ด้านกระบวนการสำหรับการแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียม
บนพื้นฐานของความเข้าใจกลไกการประมวลผลของโลหะผสมไทเทเนียมและเพิ่มประสบการณ์ที่ผ่านมา ความรู้กระบวนการหลักในการแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมมีดังนี้:
(1) ใช้เม็ดมีดที่มีรูปทรงมุมบวกเพื่อลดแรงตัด ความร้อนในการตัด และการเสียรูปของชิ้นงาน
(2) รักษาอัตราป้อนให้คงที่เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ชิ้นงานแข็งตัว เครื่องมือควรอยู่ในสถานะป้อนเสมอในระหว่างกระบวนการตัด จำนวนการตัดในแนวรัศมี ae ควรเท่ากับ 30% ของรัศมีในระหว่างการกัด
(3) ใช้น้ำมันตัดแรงดันสูงและการไหลสูงเพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรทางความร้อนของกระบวนการตัดเฉือน และป้องกันการเสื่อมสภาพของพื้นผิวชิ้นงานและความเสียหายของเครื่องมือที่เกิดจากอุณหภูมิที่มากเกินไป
(4) รักษาขอบใบมีดให้คม เครื่องมือทื่อเป็นสาเหตุของการสะสมความร้อนและการสึกหรอ ซึ่งอาจทำให้เครื่องมือเสียหายได้ง่าย
(5) แปรรูปโลหะผสมไทเทเนียมในสถานะที่อ่อนที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เนื่องจากวัสดุจะแปรรูปได้ยากขึ้นหลังจากการชุบแข็ง และการบำบัดด้วยความร้อนจะเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุและเพิ่มการสึกหรอของใบมีด
(6) ใช้รัศมีส่วนโค้งของปลายเครื่องมือขนาดใหญ่หรือการลบมุมเพื่อแทรกขอบเครื่องมือเข้าไปในการตัดให้ได้มากที่สุด ซึ่งจะช่วยลดแรงตัดและความร้อนทุกจุดและป้องกันการแตกหักเฉพาะจุด เมื่อทำการกัดไททาเนียมอัลลอยด์ ในบรรดาพารามิเตอร์การตัด ความเร็วตัดมีผลกระทบมากที่สุดต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือ vc ตามมาด้วยการมีส่วนร่วมของเครื่องมือในแนวรัศมี (ความลึกในการกัด) ae
03
เริ่มต้นด้วยใบมีดเพื่อแก้ไขปัญหาการประมวลผลไทเทเนียม
การสึกหรอของร่องใบมีดที่เกิดขึ้นเมื่อตัดเฉือนโลหะผสมไททาเนียมคือการสึกหรอเฉพาะที่ด้านหลังและด้านหน้าตามทิศทางความลึกของการตัด มักเกิดจากชั้นแข็งที่เหลือจากการประมวลผลครั้งก่อน ปฏิกิริยาทางเคมีและการแพร่กระจายระหว่างเครื่องมือกับวัสดุชิ้นงานที่อุณหภูมิการประมวลผลเกิน 800 องศา ก็เป็นสาเหตุหนึ่งของการสึกหรอของร่องเช่นกัน
เนื่องจากในระหว่างกระบวนการตัดเฉือน โมเลกุลไทเทเนียมของชิ้นงานจะสะสมอยู่ด้านหน้าใบมีด และ "เชื่อม" กับใบมีดภายใต้แรงดันสูงและอุณหภูมิสูง ทำให้เกิดขอบที่สะสมอยู่ เมื่อคมตัดที่สะสมหลุดออกจากคมตัด จะมีการเคลือบผิวคาร์ไบด์ของเม็ดมีดด้วย ดังนั้นการตัดเฉือนไทเทเนียมจึงต้องใช้วัสดุและรูปทรงพิเศษของเม็ดมีด
04
โครงสร้างเครื่องมือเหมาะสำหรับการกลึงไทเทเนียม
จุดเน้นของการประมวลผลโลหะผสมไทเทเนียมคือความร้อน ต้องฉีดน้ำหล่อเย็นแรงดันสูงจำนวนมากที่คมตัดทันทีและแม่นยำเพื่อขจัดความร้อนได้อย่างรวดเร็ว มีโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของหัวกัดในท้องตลาดโดยเฉพาะสำหรับการแปรรูปโลหะผสมไทเทเนียม
