Titanová slitina třídy 5, také známá jako Ti-6Al-4V, je široce uznávána jako obtížně obrobitelný materiál ve srovnání s konvenčními uhlíkovými ocelmi, nerezovými ocelmi a slitinami hliníku. Přestože jej lze úspěšně řezat, frézovat, vrtat a soustružit správnými nástroji a parametry, jeho jedinečné fyzikální a mechanické vlastnosti vedou k relativně nízké účinnosti obrábění, vysokému opotřebení nástroje a přísným požadavkům na podmínky zpracování. Níže je podrobná analýza jeho obrobitelnosti a hlavních problémů při řezání.
Hlavní problém při obrábění Ti-6Al-4V spočívá v jeho nízké tepelné vodivosti.
Titanové slitiny vedou teplo velmi špatně. Během obrábění nelze většinu vznikajícího tepla rychle odvést do obrobku nebo atmosféry, ale soustředí se na řeznou hranu nástroje. Tato lokalizovaná vysoká teplota rychle změkne nebo poškodí materiál nástroje, což způsobí vážné opotřebení, adhezi nebo dokonce selhání nástroje. V důsledku toho musí být řezné rychlosti udržovány mnohem nižší než u ocelí, typicky mezi 30–80 m/min pro soustružení a nižší pro vrtání a frézování.
Další výzvou je jeho vysoká pevnost při zvýšených teplotách. Ti-6Al-4V si zachovává významnou pevnost a tvrdost i při vysokých teplotách vznikajících při řezání.
To znamená, že materiál odolává deformaci a oddělování během procesu řezání, což způsobuje velké mechanické zatížení ostří nástroje. Kombinace vysoké teploty a vysokého napětí urychluje opotřebení nástroje, což je jeden z nejvýraznějších problémů ve výrobě.
Ti-6Al-4V také vykazuje silnou přilnavost a tendenci k tvorbě nahromaděných okrajů (BUE). Při řezání se atomy titanu snadno difundují a spojují s nástrojovými materiály, zejména s nástroji z tvrdokovu.
To způsobí, že se materiál obrobku navaří na řeznou hranu a vytvoří nahromaděnou hranu. Když se BUE odlomí, odstraní částice nástroje, což vede k rychlému opotřebení hřbetu a špatné kvalitě povrchu. Tento problém je patrný zejména při nízkých řezných rychlostech a nedostatečném chlazení.
Kromě toho mají slitiny titanu nízký modul pružnosti, což znamená, že materiál má tendenci se pod tlakem řezání odpružit.Tenkostěnné součásti nebo štíhlé součásti jsou náchylné k vibracím, průhybům a rozměrovým chybám. Tento efekt zpětného odpružení také zvyšuje tření mezi obrobkem a bokem nástroje, čímž se zhoršuje opotřebení nástroje a drsnost povrchu. Proto jsou nezbytné pevné obráběcí stroje, pevné upínání a vhodné dráhy nástroje.
S optimalizovanými strategiemi obrábění však lze Ti-6Al-4V obrábět s přijatelnou účinností a kvalitou.
Klíčová řešení zahrnují: použití nástrojů ze slinutého karbidu s jemným zrnem a vysokou tepelnou stabilitou; aplikace vydatného vysokotlakého chladicího mazání pro snížení teploty; použití středních řezných rychlostí, velkých rychlostí posuvu a střední hloubky řezu; údržba ostrých nástrojů; a zlepšení tuhosti systému pro minimalizaci vibrací.
Stručně řečeno, obrobitelnost titanové slitiny Grade 5 je špatná až střední.Není nemožné obrábět, ale proces se vyznačuje nízkou řeznou rychlostí, vysokým opotřebením nástroje, vysokou koncentrací tepla a citlivostí na vibrace. Se správnými parametry, pevným zařízením, efektivním chlazením a správnými nástroji lze dosáhnout stabilního a přesného obrábění. Kvůli těmto obtížím vyžaduje obrábění Ti-6Al-4V obvykle specializované zkušenosti se zpracováním a vyšší výrobní náklady ve srovnání s běžnými kovy.
