Hvorfor er titanlegeringsrammen til iPhone 15 et vanskelig materiale å bearbeide?

13. september lanserte Apple iPhone 15-serien med mobiltelefoner. Det er verdt å nevne at dette er første gang titanlegeringsrammer har dukket opp på smarttelefoner.

Titanlegering er et lett, korrosjonsbestandig og høyfast materiale. Når den brukes i smarttelefoner, kan den forbedre den generelle styrken, fallmotstanden og ripemotstanden til telefonen. Imidlertid er titanlegering et materiale som er vanskelig å bearbeide, og innføringen av rammer av titanlegering er også en utfordring innen CNC-teknologi.

Hvorfor tror vi titanlegering er et vanskelig materiale å bearbeide? La oss lære om dens relaterte skjærebehandlingsegenskaper.

For det første: «Heat» er «synderen» som gjør titanlegeringer vanskelig å behandle

Skjærekraften ved bearbeiding av titanlegeringer er bare litt høyere enn for stål med samme hardhet, men de fysiske fenomenene ved bearbeiding av titanlegeringer er mye mer komplekse enn bearbeiding av stål, noe som gjør bearbeiding av titanlegeringer overfor store vanskeligheter.

Den termiske ledningsevnen til de fleste titanlegeringer er svært lav, bare 1/7 av stål og 1/16 av aluminium. Derfor vil varmen som genereres under skjæringen av titanlegering ikke raskt overføres til arbeidsstykket eller tas bort av sponene, men vil bli konsentrert i skjæreområdet. Temperaturen som genereres kan være så høy som over 1000°C, noe som gjør at verktøyets skjærekant raskt slites, sprekker og danner seg. Oppbygd egg, en raskt slitt egg, genererer mer varme i skjæreområdet, noe som forkorter verktøyets levetid ytterligere.

De høye temperaturene som genereres under skjæreprosessen ødelegger også overflateintegriteten til titanlegeringsdeler, noe som fører til en reduksjon i den geometriske nøyaktigheten til delene og et arbeidsherdingsfenomen som alvorlig reduserer deres utmattelsesstyrke.

Elastisiteten til titanlegeringer kan være gunstig for delens ytelse, men under skjæreprosessen er den elastiske deformasjonen av arbeidsstykket en viktig årsak til vibrasjoner. Kuttetrykk får det "elastiske" arbeidsstykket til å bevege seg bort fra verktøyet og sprette tilbake, noe som får friksjonen mellom verktøyet og arbeidsstykket til å oppveie skjærehandlingen. Friksjonsprosessen genererer også varme, noe som forverrer problemet med dårlig termisk ledningsevne til titanlegeringer.

Dette problemet er enda mer alvorlig ved behandling av tynnveggede eller ringformede deler som lett deformeres. Det er ikke en lett oppgave å behandle tynnveggede deler av titanlegering til forventet dimensjonsnøyaktighet. Fordi når arbeidsstykkematerialet skyves bort av verktøyet, har den lokale deformasjonen av den tynne veggen overskredet det elastiske området og gir plastisk deformasjon, øker materialstyrken og hardheten til skjærepunktet betydelig. På dette tidspunktet blir den opprinnelig bestemte skjærehastigheten for høy, noe som ytterligere forårsaker rask verktøyslitasje.

For det andre: Prosesskunnskap for prosessering av titanlegeringer

På grunnlag av å forstå prosesseringsmekanismen til titanlegeringer og legge til tidligere erfaring, er hovedprosesskunnskapen for behandling av titanlegeringer som følger:

(1) Bruk innsatser med positiv vinkelgeometri for å redusere skjærekraft, skjærevarme og deformasjon av arbeidsstykket.

(2) Oppretthold en konstant mating for å unngå herding av arbeidsstykket. Verktøyet må alltid være i matetilstand under skjæreprosessen. Den radielle verktøyinngrepsmengden ae under fresing bør være 30 % av radien.

(3) Bruk høytrykks- og skjærevæske med stor strømning for å sikre den termiske stabiliteten til bearbeidingsprosessen og forhindre deformasjon av arbeidsstykkets overflate og verktøyskader forårsaket av for høy temperatur.

(4) Hold kniveggen skarp. Stumpe verktøy er årsaken til varmeakkumulering og slitasje, som lett kan føre til verktøysvikt.

(5) Bearbeid titanlegeringen i den mykeste tilstanden så mye som mulig, fordi materialet blir vanskeligere å behandle etter bråkjøling, og varmebehandling øker materialets styrke og øker bladslitasjen.

(6) Bruk en stor verktøyspiss bueradius eller avfasing for å kutte så mye som mulig inn i skjærekanten. Dette reduserer skjærekraft og varme på hvert punkt og forhindrer lokal brudd. Ved fresing av titanlegering, blant skjæreparametrene, har skjærehastigheten størst innvirkning på verktøyets levetid vc, etterfulgt av radiell verktøyinngrep (fresedybde) ae.

For det tredje: Start med blader for å løse problemer med titanbehandling

Bladsporslitasjen som oppstår ved bearbeiding av titanlegeringer, er den lokale slitasjen bak og foran langs skjæredybderetningen. Det er ofte forårsaket av det herdede laget etter den forrige behandlingen. Den kjemiske reaksjonen og diffusjonen mellom verktøyet og arbeidsstykkematerialet ved bearbeidingstemperaturer over 800°C er også en av årsakene til sporslitasje.

Fordi under bearbeidingsprosessen samler titanmolekylene til arbeidsstykket seg foran bladet og "sveises" til bladet under høyt trykk og høy temperatur, og danner oppbygd kant. Når oppbygd egg flasses av skjæret, tar den med seg skjærets karbidbelegg, så titanbearbeiding krever spesielle skjærmaterialer og geometrier.

For det fjerde: Verktøystruktur egnet for titanbearbeiding

Fokus for behandling av titanlegering er varme. En stor mengde høytrykksskjærevæske må sprayes på skjærekanten raskt og nøyaktig for å fjerne varmen raskt. Det er unike strukturer av freser på markedet spesielt for titanlegeringsbehandling.