Titaniumlegering van klasse 5, ook bekend als Ti-6Al-4V, wordt algemeen erkend als een moeilijk te bewerken materiaal in vergelijking met conventionele koolstofstaalsoorten, roestvast staal en aluminiumlegeringen. Hoewel het met de juiste gereedschappen en parameters met succes kan worden gesneden, gefreesd, geboord en gedraaid, leiden de unieke fysieke en mechanische eigenschappen ervan tot een relatief lage bewerkingsefficiëntie, hoge gereedschapsslijtage en strenge eisen aan de verwerkingsomstandigheden. Hieronder vindt u een gedetailleerde analyse van de bewerkbaarheid en de belangrijkste uitdagingen tijdens het snijden.
De grootste moeilijkheid bij het bewerken van Ti-6Al-4V komt voort uit de lage thermische geleidbaarheid.
Titaniumlegeringen geleiden warmte zeer slecht. Tijdens de bewerking kan het grootste deel van de gegenereerde warmte niet snel naar het werkstuk of de atmosfeer worden afgevoerd, maar concentreert zich op de snijkant van het gereedschap. Deze plaatselijke hoge temperatuur verzacht of beschadigt het gereedschapsmateriaal snel, waardoor ernstige slijtage, hechting of zelfs gereedschapsfalen ontstaat. Als gevolg hiervan moeten de snijsnelheden veel lager worden gehouden dan die voor staal, doorgaans tussen 30 en 80 m/min voor draaien en lager voor boren en frezen.
Een andere uitdaging is de hoge sterkte bij hoge temperaturen. Ti-6Al-4V behoudt een aanzienlijke sterkte en hardheid, zelfs onder de hoge temperaturen die tijdens het snijden ontstaan.
Dit betekent dat het materiaal tijdens het snijproces bestand is tegen vervorming en scheiding, waardoor zware mechanische belastingen op de gereedschapsrand worden uitgeoefend. De combinatie van hoge temperaturen en hoge spanningen versnelt gereedschapslijtage, wat een van de meest prominente problemen bij de productie is.
Ti-6Al-4V vertoont ook een sterke hechting en de neiging tot snijkantopbouw (BUE). Tijdens het snijden diffunderen titaniumatomen gemakkelijk en hechten zich aan gereedschapsmaterialen, vooral hardmetalen gereedschappen.
Hierdoor wordt het werkstukmateriaal aan de snijkant vastgelast, waardoor een snijkantopbouw ontstaat. Wanneer BUE afbreekt, worden gereedschapsdeeltjes weggenomen, wat leidt tot snelle flankslijtage en een slechte oppervlakteafwerking. Dit probleem is vooral duidelijk bij lage snijsnelheden en onvoldoende koeling.
Bovendien hebben titaniumlegeringen een lage elasticiteitsmodulus, wat betekent dat het materiaal de neiging heeft terug te veren onder snijdruk.Dunwandige componenten of slanke onderdelen zijn gevoelig voor trillingen, doorbuiging en maatfouten. Dit terugverende effect verhoogt ook de wrijving tussen het werkstuk en de gereedschapsflank, waardoor de slijtage van het gereedschap en de oppervlakteruwheid verslechteren. Daarom zijn stijve werktuigmachines, sterke opspanningen en geschikte gereedschapsbanen essentieel.
Met geoptimaliseerde bewerkingsstrategieën kan Ti-6Al-4V echter met aanvaardbare efficiëntie en kwaliteit worden bewerkt.
Belangrijke oplossingen zijn onder meer: het gebruik van hardmetalen gereedschappen met fijne korrel en hoge thermische stabiliteit; het aanbrengen van overvloedige hogedruk-koelingssmering om de temperatuur te verlagen; het hanteren van gematigde snijsnelheden, grote voedingssnelheden en een gematigde snedediepte; het onderhouden van scherpe gereedschappen; en het verbeteren van de systeemstijfheid om trillingen te minimaliseren.
Samenvattend is de bewerkbaarheid van een titaniumlegering van klasse 5 slecht tot matig.Het is niet onmogelijk om het te bewerken, maar het proces wordt gekenmerkt door een lage snijsnelheid, hoge gereedschapsslijtage, hoge warmteconcentratie en gevoeligheid voor trillingen. Met de juiste parameters, stevige apparatuur, effectieve koeling en het juiste gereedschap kan een stabiele en nauwkeurige bewerking worden bereikt. Vanwege deze problemen vereist de bewerking van Ti-6Al-4V doorgaans gespecialiseerde verwerkingservaring en hogere productiekosten in vergelijking met gewone metalen.
