9월 13일, Apple은 iPhone 15 시리즈 휴대폰을 출시했습니다. 티타늄 합금 프레임이 스마트폰에 등장한 것은 이번이 처음이라는 점을 언급할 만하다.
티타늄 합금은 가볍고 부식에 강하며 강도가 높은 소재입니다. 스마트폰에 사용 시 휴대폰의 전반적인 강도, 낙하 방지, 긁힘 방지 등을 향상시킬 수 있습니다. 그러나 티타늄 합금은 가공이 어려운 소재이기 때문에 티타늄 합금 프레임의 도입도 CNC 기술의 난제입니다.
티타늄 합금이 가공하기 어려운 재료라고 생각하는 이유는 무엇입니까? 관련 절단 가공 특성에 대해 알아 보겠습니다.
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"열"은 티타늄 합금을 가공하기 어렵게 만드는 "주인"
티타늄 합금을 가공할 때 절삭력은 동일한 경도의 강철보다 약간 높지만 티타늄 합금 가공의 물리적 현상은 강철 가공보다 훨씬 복잡하여 티타늄 합금 가공이 큰 어려움에 직면하게 됩니다.
대부분의 티타늄 합금의 열전도율은 매우 낮습니다. 강철의 1/7, 알루미늄의 1/16에 불과합니다. 따라서 티타늄 합금 절단 중에 발생하는 열은 공작물로 빠르게 전달되거나 칩에 의해 제거되지 않고 절단 영역에 집중됩니다. 생성된 온도는 1000도 이상으로 높을 수 있으며 이로 인해 공구의 절삭날이 빠르게 마모되고 균열이 생기고 형태가 형성됩니다. 빠르게 마모되는 절삭날인 구성인선은 절삭 영역에 더 많은 열을 발생시켜 공구 수명을 더욱 단축시킵니다.
절단 과정에서 발생하는 고온은 티타늄 합금 부품의 표면 무결성을 파괴하여 부품의 기하학적 정확도를 저하시키고 피로 강도를 심각하게 감소시키는 가공 경화 현상을 초래합니다.
티타늄 합금의 탄성은 부품 성능에 도움이 될 수 있지만 절삭 공정 중 가공물의 탄성 변형은 진동의 중요한 원인입니다. 절단 압력으로 인해 "탄성" 가공물이 공구에서 멀어지고 반동하게 되어 공구와 가공물 사이의 마찰이 절단 작용보다 더 커집니다. 마찰 과정은 또한 열을 발생시켜 티타늄 합금의 열전도율 문제를 악화시킵니다.
이 문제는 벽이 얇거나 쉽게 변형되는 링 모양의 부품을 가공할 때 더욱 심각합니다. 티타늄 합금 벽이 얇은 부품을 예상되는 치수 정확도로 가공하는 것은 쉽지 않습니다. 공작물 재료가 공구에 의해 밀려나면 얇은 벽의 국부적 변형이 탄성 범위를 초과하고 소성 변형을 일으키기 때문에 재료 강도와 절삭 지점의 경도가 크게 증가합니다. 이때 원래 결정된 절삭 속도가 너무 높아져 공구 마모가 더욱 빨라집니다.
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티타늄 합금 가공 노하우
티타늄 합금의 가공 메커니즘을 이해하고 과거 경험을 추가하여 티타늄 합금 가공의 주요 공정 노하우는 다음과 같습니다.
(1) 절삭력, 절삭 열 및 공작물 변형을 줄이기 위해 포지티브 각도 형상의 인서트를 사용하십시오.
(2) 공작물의 경화를 방지하기 위해 일정한 이송을 유지하십시오. 절단 공정 중에는 공구가 항상 이송 상태에 있어야 합니다. 반경 방향 절삭량 ae는 밀링 시 반경의 30%가 되어야 합니다.
(3) 가공 공정의 열 안정성을 보장하고 과도한 온도로 인한 공작물 표면 변질 및 공구 손상을 방지하려면 고압 및 고유량 절삭유를 사용하십시오.
(4) 칼날을 날카롭게 유지하십시오. 무딘 공구는 열 축적과 마모의 원인이 되어 쉽게 공구 고장을 일으킬 수 있습니다.
(5) 담금질 후 재료 가공이 더 어려워지고 열처리로 인해 재료의 강도가 증가하고 블레이드 마모가 증가하기 때문에 가능한 가장 부드러운 상태에서 티타늄 합금을 가공하십시오.
(6) 큰 공구 끝 원호 반경 또는 모따기를 사용하여 가능한 한 많은 공구 가장자리를 절단에 삽입하십시오. 이는 모든 지점에서 절삭력과 발열을 줄이고 국부적인 파손을 방지합니다. 티타늄합금을 밀링할 때 절삭변수 중 절삭속도는 공구수명 vc에 가장 큰 영향을 미치며, 반경방향 공구 절입(밀링 깊이) ae가 그 뒤를 따릅니다.
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티타늄 가공 문제를 해결하려면 블레이드부터 시작하세요.
티타늄 합금을 가공할 때 발생하는 날 홈 마모는 절삭 깊이 방향을 따라 앞뒤면의 국부적인 마모입니다. 이전 가공에서 남겨진 경화층으로 인해 발생하는 경우가 많습니다. 800도를 초과하는 가공 온도에서 공구와 피삭재 사이의 화학 반응 및 확산도 홈 마모의 원인 중 하나입니다.
가공 과정에서 가공물의 티타늄 분자가 블레이드 앞에 축적되어 고압 및 고온에서 블레이드에 "용접"되어 구성인선을 형성하기 때문입니다. 구성인선이 절삭인선에서 벗겨지면 인서트의 초경 코팅도 함께 벗겨지므로 티타늄 가공에는 특수한 인서트 재질과 형상이 필요합니다.
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티타늄 가공에 적합한 공구 구조
티타늄 합금 가공의 초점은 열입니다. 열을 빠르게 제거하려면 다량의 고압 절삭유를 절삭날에 신속하고 정확하게 분사해야 합니다. 시중에는 특히 티타늄 합금 가공을 위한 독특한 구조의 밀링 커터가 있습니다.
