آلیاژ تیتانیوم درجه 5 که با نام Ti-6Al-4V نیز شناخته می شود، در مقایسه با فولادهای کربنی معمولی، فولادهای ضد زنگ و آلیاژهای آلومینیوم به طور گسترده ای به عنوان یک ماده ماشینکاری دشوار شناخته شده است. اگرچه می توان آن را با موفقیت برش داد، آسیاب کرد، سوراخ کرد و با ابزارها و پارامترهای مناسب چرخاند، اما خواص فیزیکی و مکانیکی منحصر به فرد آن منجر به راندمان ماشینکاری نسبتا پایین، سایش ابزار بالا و الزامات سختگیرانه برای شرایط پردازش می شود. در زیر تجزیه و تحلیل دقیق ماشینکاری آن و چالش های اصلی در حین برش است.
مشکل اصلی در ماشینکاری Ti-6Al-4V ناشی از هدایت حرارتی پایین آن است.
آلیاژهای تیتانیوم گرما را بسیار ضعیف هدایت می کنند. در طول ماشینکاری، بیشتر گرمای تولید شده را نمی توان به سرعت در قطعه کار یا اتمسفر پخش کرد، بلکه روی لبه برش ابزار متمرکز می شود. این دمای بالای موضعی به سرعت مواد ابزار را نرم کرده یا به آن آسیب می رساند و باعث سایش شدید، چسبندگی یا حتی خرابی ابزار می شود. در نتیجه، سرعت برش باید بسیار کمتر از سرعت مورد استفاده برای فولادها باشد، معمولاً بین 30 تا 80 متر در دقیقه برای تراشکاری و کمتر برای حفاری و فرز.
چالش دیگر استحکام بالای آن در دماهای بالا است. Ti-6Al-4V استحکام و سختی قابل توجهی را حتی در دمای بالای ایجاد شده در حین برش حفظ می کند.
این بدان معنی است که مواد در طول فرآیند برش در برابر تغییر شکل و جدا شدن مقاومت می کنند و بارهای مکانیکی سنگینی را روی لبه ابزار وارد می کنند. ترکیب دمای بالا و استرس زیاد باعث تسریع سایش ابزار می شود که یکی از بارزترین مسائل در تولید است.
Ti-6Al-4V همچنین چسبندگی قوی و تمایل به تشکیل لبه های ساخته شده (BUE) را نشان می دهد. در طول برش، اتم های تیتانیوم به راحتی با مواد ابزار، به ویژه ابزار کاربید، پخش می شوند و به هم متصل می شوند.
این باعث می شود که مواد قطعه کار روی لبه برش جوش داده شود و یک لبه ساخته شده را تشکیل دهد. هنگامی که BUE شکسته می شود، ذرات ابزار را از بین می برد که منجر به سایش سریع پهلو و پوشش ضعیف سطح می شود. این موضوع به ویژه در سرعت های کم برش و خنک کننده ناکافی مشهود است.
علاوه بر این، آلیاژهای تیتانیوم مدول الاستیک پایینی دارند، که به این معنی است که مواد تحت فشار برش به عقب برگشته اند.اجزای دیوار نازک یا قطعات باریک مستعد لرزش، انحراف و خطاهای ابعادی هستند. این اثر پشت فنری همچنین اصطکاک بین قطعه کار و کناره ابزار را افزایش می دهد و سایش ابزار و زبری سطح را بدتر می کند. بنابراین، ماشین ابزارهای سفت و سخت، اتصالات قوی و مسیرهای ابزار مناسب ضروری است.
با این حال، با استراتژی های ماشینکاری بهینه، Ti-6Al-4V را می توان با کارایی و کیفیت قابل قبولی ماشین کاری کرد.
راه حل های کلیدی عبارتند از: استفاده از ابزار کاربید سیمانی با دانه ریز و پایداری حرارتی بالا. اعمال روانکاری خنک کننده با فشار بالا فراوان برای کاهش دما؛ اتخاذ سرعت برش متوسط، نرخ تغذیه زیاد و عمق برش متوسط. نگهداری ابزار تیز؛ و بهبود صلبیت سیستم برای به حداقل رساندن لرزش.
به طور خلاصه، ماشینکاری آلیاژ تیتانیوم درجه 5 ضعیف تا متوسط است.ماشین کاری غیرممکن نیست، اما این فرآیند با سرعت برش کم، سایش ابزار بالا، غلظت حرارت بالا و حساسیت به لرزش مشخص می شود. با پارامترهای صحیح، تجهیزات سخت، خنک کننده موثر و ابزار مناسب، می توان به ماشین کاری پایدار و دقیق دست یافت. با توجه به این مشکلات، ماشینکاری Ti-6Al-4V معمولاً به تجربه پردازش تخصصی و هزینه های ساخت بالاتر در مقایسه با فلزات معمولی نیاز دارد.
