Фрезеровка титана: оптимальные скорости и подачи для разных видов фрез

Титан отличается низкой теплопроводностью и высокой прочностью, что создает сложности при механической обработке. В процессе резания выделяется значительное количество тепла, которое не отводится быстро из зоны контакта, приводя к ускоренному износу инструмента. Для компенсации этого эффекта необходимо правильно подбирать режимы резания и геометрию режущей кромки.

Скорость резания при работе с титановыми сплавами варьируется в пределах 30-70 м/мин в зависимости от марки материала и типа фрезы. Для ВТ6 оптимальным диапазоном будет 40-50 м/мин, тогда как более мягкие сплавы, такие как ВТ1-0, допускают увеличение до 60 м/мин. Подача на зуб обычно составляет 0,03-0,1 мм, но точное значение подбирается исходя из жесткости системы станок-инструмент-деталь.

Твердосплавные фрезы с покрытием TiAlN демонстрируют лучшую стойкость при обработке титана. Угол заострения режущей кромки должен быть в пределах 85-90 градусов, а передний угол — от 5 до 10 градусов для снижения сил резания. Диаметр инструмента влияет на выбор скорости: для фрез 6-10 мм оптимальная частота вращения составит 1500-2500 об/мин, а для инструмента 16-20 мм — 800-1200 об/мин.

Черновое фрезерование требует меньших скоростей, но больших подач. Так, при снятии слоя 2-3 мм за проход подачу можно увеличить до 0,08-0,12 мм на зуб, снизив скорость до 35-45 м/мин. Чистовая обработка, напротив, выполняется на повышенных оборотах (50-70 м/мин) с уменьшенной подачей (0,02-0,05 мм на зуб) для достижения шероховатости Ra 1,6 и ниже.

Конические фрезы с углом конуса 30 градусов применяются для обработки сложных профилей. Их преимущество — плавное врезание и снижение вибраций. Скорость резания для такого инструмента должна быть на 15-20% ниже, чем для цилиндрических аналогов, а подача — в пределах 0,04-0,07 мм на зуб.

Шарошечные фрезы эффективны при обработке глубоких пазов и полостей. Из-за большого контакта с материалом их используют на скоростях 25-40 м/мин с подачей 0,03-0,06 мм на зуб. Охлаждение обязательно — лучше применять СОЖ под высоким давлением (до 70 бар) для эффективного отвода стружки и снижения температуры в зоне резания.

Для торцевого фрезерования подходят инструменты с большим числом зубьев (4-6), что позволяет увеличить подачу на оборот до 0,15-0,25 мм. Однако при этом необходимо снижать скорость до 30-40 м/мин, чтобы избежать перегрева.

Спиральные фрезы с переменным шагом зубьев уменьшают вибрации, что особенно актуально при обработке тонкостенных деталей. Их применяют на скоростях 45-60 м/мин с подачей 0,05-0,09 мм на зуб. Увеличение длины рабочей части инструмента требует пропорционального снижения режимов.

При выборе параметров резания стоит ориентироваться на стойкость инструмента. Для твердосплавных фрез она составляет 60-120 минут в зависимости от интенсивности работы. Если износ наступает быстрее, необходимо скорректировать скорость или подачу.

Оптимальная глубина резания при черновой обработке — 1,5-3 мм, при чистовой — 0,2-0,5 мм. Увеличение этих значений ведет к росту нагрузок и снижению точности. Для достижения стабильного результата рекомендуется использовать станки с ЧПУ, позволяющие точно выдерживать заданные режимы.

Титан склонен к налипанию на режущую кромку, поэтому стоит избегать слишком малых подач. Минимальное значение — 0,02 мм на зуб, иначе стружка не отводится, а приваривается к инструменту.

Для контроля процесса можно использовать формулу расчета мощности резания: P = K × Q, где K — удельная сила резания (для титана около 3000 Н/мм²), Q — объем снимаемого металла в минуту. Это помогает подобрать оборудование с достаточной мощностью привода.

При фрезеровании титана часто возникают вибрации, которые снижают качество поверхности. Для их уменьшения нужно применять инструмент с максимально возможным диаметром хвостовика и минимальным вылетом. Демпфированные оправки также помогают повысить стабильность процесса.

Стружка должна быть мелкой и ломкой — это признак правильно выбранных режимов. Длинная витая стружка указывает на недостаточную подачу или износ фрезы. В таком случае требуется проверить заточку или увеличить подачу на 10-15%.

Для повышения эффективности можно использовать трохоидальные стратегии фрезерования, когда инструмент движется по спиральной траектории с постоянным припуском. Это снижает тепловыделение и увеличивает стойкость фрезы.

При работе с титановыми сплавами важно избегать застоя стружки в зоне резания. Лучше применять сжатый воздух или СОЖ с добавками против налипания.

Геометрия режущей кромки играет решающую роль. Острые кромки склонны к выкрашиванию, поэтому небольшое затупление (радиус 0,03-0,05 мм) повышает стойкость инструмента.

Для достижения высокой точности рекомендуется использовать фрезы с жестким креплением пластин. Быстросменные системы не всегда обеспечивают достаточную стабильность, что приводит к биению и ухудшению качества поверхности.

Титан обладает памятью формы, поэтому после механической обработки возможны небольшие деформации. Чтобы минимизировать этот эффект, следует оставлять припуск 0,1-0,2 мм на финишный проход.

При фрезеровании глубоких полостей стоит применять инструмент с внутренним подводом СОЖ. Это обеспечивает эффективное охлаждение и продлевает срок службы фрезы.

Для контроля качества поверхности можно использовать параметр Ra, который не должен превышать 3,2 мкм после чистовой обработки. Если шероховатость выше, нужно проверить заточку инструмента или снизить подачу.

Твердость титана после обработки может повышаться из-за наклепа. Чтобы избежать этого, следует использовать острые фрезы и не допускать перегрева заготовки.

Соблюдение этих рекомендаций позволяет добиться высокой производительности и качества при фрезеровании титановых деталей. Главное — подбирать режимы индивидуально для каждой задачи и контролировать состояние инструмента.