Por que a estrutura em liga de titânio do iPhone 15 é um material difícil de usinar?

Em 13 de setembro, a Apple lançou a série de telefones celulares iPhone 15. Vale ressaltar que esta é a primeira vez que armações em liga de titânio aparecem em smartphones.

A liga de titânio é um material leve, resistente à corrosão e de alta resistência. Quando usado em smartphones, pode melhorar a resistência geral, a resistência a quedas e a arranhões do telefone. No entanto, a liga de titânio é um material difícil de usinar e a introdução de estruturas de liga de titânio também é um desafio na tecnologia CNC.

Por que achamos que a liga de titânio é um material difícil de usinar? Vamos aprender sobre suas características de processamento de corte relacionadas.

Primeiro: o “calor” é o “culpado” que dificulta o processamento das ligas de titânio

A força de corte no processamento de ligas de titânio é apenas ligeiramente superior à do aço da mesma dureza, mas os fenômenos físicos do processamento de ligas de titânio são muito mais complexos do que no processamento de aço, fazendo com que o processamento de ligas de titânio enfrente enormes dificuldades.

A condutividade térmica da maioria das ligas de titânio é muito baixa, apenas 1/7 do aço e 1/16 do alumínio. Portanto, o calor gerado durante o corte da liga de titânio não será transferido rapidamente para a peça ou levado pelos cavacos, mas será concentrado na área de corte. A temperatura gerada pode chegar a mais de 1000°C, fazendo com que a aresta de corte da ferramenta se desgaste, quebre e se forme rapidamente. A aresta postiça, uma aresta de corte rapidamente desgastada, gera mais calor na área de corte, encurtando ainda mais a vida útil da ferramenta.

As altas temperaturas geradas durante o processo de corte também destroem a integridade superficial das peças de liga de titânio, levando a uma diminuição na precisão geométrica das peças e a um fenômeno de endurecimento que reduz seriamente sua resistência à fadiga.

A elasticidade das ligas de titânio pode ser benéfica para o desempenho da peça, mas durante o processo de corte, a deformação elástica da peça é uma causa importante de vibração. A pressão de corte faz com que a peça "elástica" se afaste da ferramenta e ricocheteie, fazendo com que o atrito entre a ferramenta e a peça supere a ação de corte. O processo de fricção também gera calor, o que agrava o problema da baixa condutividade térmica das ligas de titânio.

Este problema é ainda mais sério no processamento de peças com paredes finas ou em forma de anel que são facilmente deformadas. Não é uma tarefa fácil processar peças de paredes finas de liga de titânio com a precisão dimensional esperada. Como quando o material da peça é empurrado pela ferramenta, a deformação local da parede fina excedeu a faixa elástica e produz deformação plástica, a resistência do material e a dureza da ponta de corte aumentam significativamente. Neste momento, a velocidade de corte originalmente determinada torna-se muito alta, causando ainda mais rápido desgaste da ferramenta.

Segundo: Conhecimento de processo para processamento de ligas de titânio

Com base na compreensão do mecanismo de processamento de ligas de titânio e na adição de experiência anterior, o principal know-how do processo para processamento de ligas de titânio é o seguinte:

(1) Use pastilhas com geometria de ângulo positivo para reduzir a força de corte, o calor de corte e a deformação da peça de trabalho.

(2) Mantenha um avanço constante para evitar o endurecimento da peça. A ferramenta deve estar sempre no estado de avanço durante o processo de corte. A quantidade de engate radial da ferramenta ae durante o fresamento deve ser 30% do raio.

(3) Use fluido de corte de alta pressão e grande fluxo para garantir a estabilidade térmica do processo de usinagem e evitar deformação da superfície da peça e danos à ferramenta causados ​​por temperatura excessiva.

(4) Mantenha o fio da lâmina afiado. Ferramentas rombas são a causa do acúmulo de calor e do desgaste, o que pode facilmente levar à falha da ferramenta.

(5) Processe a liga de titânio no estado mais macio possível, porque o material se torna mais difícil de processar após a têmpera e o tratamento térmico aumenta a resistência do material e aumenta o desgaste da lâmina.

(6) Use um raio de arco ou chanfro grande na ponta da ferramenta para cortar o máximo possível na aresta de corte. Isto reduz a força de corte e o calor em todos os pontos e evita quebras locais. No fresamento de liga de titânio, entre os parâmetros de corte, a velocidade de corte tem o maior impacto na vida útil da ferramenta vc, seguida pelo engate radial da ferramenta (profundidade de fresamento) ae.

Terceiro: comece com lâminas para resolver problemas de processamento de titânio

O desgaste da ranhura da lâmina que ocorre durante a usinagem de ligas de titânio é o desgaste local na parte traseira e frontal ao longo da direção da profundidade de corte. Muitas vezes é causado pela camada endurecida deixada pelo processamento anterior. A reação química e a difusão entre a ferramenta e o material da peça em temperaturas de processamento superiores a 800°C também são uma das causas do desgaste da ranhura.

Porque durante o processo de usinagem, as moléculas de titânio da peça se acumulam na frente da lâmina e são “soldadas” à lâmina sob alta pressão e alta temperatura, formando arestas postiças. Quando a aresta postiça se desprende da aresta de corte, ela leva consigo o revestimento de metal duro da pastilha, portanto, a usinagem de titânio requer materiais e geometrias especiais da pastilha.

Quarto: Estrutura da ferramenta adequada para usinagem de titânio

O foco do processamento da liga de titânio é o calor. Uma grande quantidade de fluido de corte de alta pressão deve ser pulverizada na aresta de corte com rapidez e precisão para remover o calor rapidamente. Existem estruturas exclusivas de fresas no mercado específicas para processamento de ligas de titânio.