SZLIFOWANIE METALI (CZĘŚĆ XI). SZLIFOWANIE TYTANU I JEGO STOPÓW

Tytan i jego stopy należą do materiałów żarowytrzymałych. Charakteryzują się zróżnicowaną twardością, małą przewodnością cieplną oraz dużą aktywnością chemiczną. Z tego powodu obróbka ścierna tego metalu wymaga spełnienia specjalnych warunków.

 

W praktyce przemysłowej stopy tytanu występują w postaci płyt, wałków i elementów o nietypowych kształtach, np. łopatki turbin gazowych. Tytan i jego stopy są wykorzystywane szczególnie tam, gdzie liczy się duża odporność na korozję, wytrzymałość i mały ciężar, m.in. do produkcji silników i zespołów napędowych w energetyce oraz w lotnictwie i kosmonautyce. Ze względu na skomplikowany proces produkcji tytan jest około 35 razy droższy od obrabianych stopów i 200 razy droższy

od stali konstrukcyjnej. Mała przewodność cieplna powoduje podczas obróbki powstawanie wysokiej temperatury, co prowadzi do tworzenia się przypaleń i mikropęknięć. Towarzyszą temu intensywne zjawiska adhezyjne i dyfuzyjne, które prowadzą do zaklejenia czynnej powierzchni narzędzia ściernego. Efekt końcowy obróbki ściernej stopów tytanu w dużym stopniu zależy od temperatury skrawania, składu chemicznego ziarna i jego struktury.

 

Stwierdzono, że w wysokich temperaturach tytan wykazuje duże powinowactwo chemiczne do materiału ściernego, co przyczynia się do przyspieszonego zużycia narzędzia. Dlatego zalecanym materiałem ściernym do obróbki tytanu jest zielony węglik krzemu lub elektrokorund uszlachetniony chromem, tytanem lub cyrkonem. Domieszki te znacznie osłabiają zjawisko dyfuzji i adhezji w strefie styku narzędzia z elementem tytanowym. Wyniki badań tych zjawisk wykazują, że grubość warstwy dyfuzyjnej stopu tytanu z elektrokorundem wynosi 400 µm a węglika krzemu – 50 µm. Ponadto stwierdzono, że poprawę skrawalności można także uzyskać przez odpowiedni dobór składu chemicznego tytanu. Z powodu wyżej wymienionych przyczyn szlifowanie stopów tytanu przeprowadza się z zastosowaniem małych prędkości skrawania w granicach 10÷15 m/s, a wyjątkowo (przy zastosowaniu odpowiednich płynów obróbkowych) – do 28 m/s. Mimo tak niskich prędkości skrawania trwałość taśmy ściernej jest stosunkowo mała, a koszt zeszlifowania jednostki objętości jest wysoki. Np. jest 6 do 10 razy wyższy niż koszt zeszlifowania takiej samej ilości stali nierdzewnej. Jednak szlifowanie taśmą ścierną jest i około dwóch razy mniej energochłonne w porównaniu do obróbki ściernicą spojoną.

 

Aby uzyskać zadowalające wyniki w obróbce tytanu i jego stopów, należy stosować – w zależności od potrzeb – różne odmiany szlifowania taśmowego. Możliwe jest szlifowanie swobodną taśmą ścierną, taśmą z użyciem elementu dociskowego, taśmą z programowanym nasypem ściernym itp. Tarcza dociskowa przy szlifowaniu stopów tytanu powinna mieć możliwie najmniejszą średnicę i jak największą twardość. Wieniec koła dociskowego powinien być wykonany z twardej gumy, tworzywa lub stali. Zapewni to prawie liniowy styk narzędzia z przedmiotem obrabianym, a ziarno ścierne zużywa się wówczas w wyniku łupania, a nie adhezyjnego ścierania, które sprzyja jego zalepianiu. Na efektywność obróbki duży wpływ ma także sposób chłodzenia i rodzaj płynu obróbkowego. Szlifowanie w obecności płynu obróbkowego nie tylko podwyższa trwałość taśmy ściernej, ale także całkowicie eliminuje przypalenia i mikropęknięcia w warstwie wierzchniej przedmiotu obrabianego. Efektywność chłodzenia znacznie zwiększa się, jeżeli szlifowanie przeprowadza się w warunkach całkowitego zanurzenia przedmiotu obrabianego w płynie obróbkowym. Najbardziej skutecznie działającym płynem obróbkowym jest 10% roztwór wodny fosforanu potasowego (K2PO4). Innym środkiem chłodzącym i smarującym jest olej mineralny podawany w strefę obróbki. W czasie szlifowania stopów tytanu wytwarzają się dymy i gazy, które powinny być odsysane i oczyszczane.

Anw_Band_GX712JF_14

Spośród kilkudziesięciu odmian pasów bezkońcowych firma Klingspor dostarcza specjalne wykonania do obróbki tytanu i jego stopów. Płótno poliestrowo-bawełniane Klingspor GX 533 JF z pełnym nasypem ziarna węglika krzemu spojonego żywicą syntetyczną nadaje się nie tylko do obróbki tytanu i jego stopów, ale także metali nieżelaznych, tworzyw sztucznych i materiałów mineralnych. Płótno szczególnie polecane jest do obróbki szlifierskiej końcówek narzędzi chirurgicznych z tytanu oraz mosiężnych wyrobów armatury sanitarnej. Ma dużą zdolność dopasowania się do promieni i

kształtu obrabianego detalu. Podłoże poliestrowo-bawełniane jest bardzo odporne na zrywanie i dzięki temu doskonale nadaje się do szlifowania na automatach oraz na tzw. wolnym pasie. Płótno to wykonywane jest z ziarnem w szerokim zakresie granulacji od P80 do P600.

 

Do szerokotaśmowej obróbki bardzo twardych blach ze stopów tytanu produkowanych na potrzeby przemysłu lotniczego i kosmicznego stosowane są płócienne poliestrowe i bawełniane pasy z nasypem węglika krzemu: CS320Y i CS321X. Obróbka jest prowadzona w środowisku emulsji na bazie olejów mineralnych, najczęściej w zakresie granulacji P60–P320.

 

Do szlifowania tytanu i jego stopów na twardych kołach kontaktowych stosuje się pasy bezkońcowe z płótna ściernego Klingspor CS 910Y ACT z samoostrzącym się ziarnem elektrokorundu ceramicznego. Ziarno jest przytwierdzone do wytrzymałego podłoża poliestrowego Y żywicą syntetyczną, a na pełnym nasypie ziarna znajduje się dodatkowa warstwa chłodząca Multi, której zadaniem jest obniżenie temperatury szlifowania i ograniczenie zjawiska powstawania nalepień urobku na nasypie. Wyróżnia go szeroki zakres stosowania: tytan i jego stopy, stal szlachetna oraz inne gatunki stali. Ziarno elektrokorundu ceramicznego charakteryzuje się stałą, wysoką agresywnością i długą żywotnością. Pas ten został zaprojektowany specjalnie do zadań szlifierskich przy dużych obciążeniach. Dzięki zastosowaniu technologii ACT (Advanced Coating Technology) ziarno ma bardzo dobrą przyczepność, a pas wyraźnie dłuższą żywotność. Płótno to dostępne jest z ziarnem o granulacji od P24 do P80.

 

Produktem oferującym większą elastyczność przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości podłoża jest CS 631 XF, wyposażony w półotwarty nasyp na uelastycznionym płótnie bawełnianym typu XF. Pasy bez końcowe wykonane z tego materiału polecane są do pracy na średnio twardych kołach kontaktowych. Materiał ten nadaje się do międzyoperacyjnego szlifowania tytanu i jego stopów oraz wyrobów ze stali szlachetnej. Płótno CS 631 XF produkowane jest z ziarnem o granulacji od P60 do P120.
Wspomnieć należy również o płótnach Klingspor CS 931 JF i GX 931 JF wyposażonych tak jak poprzednicy w dodatkową warstwę MULTI, lecz tym razem na bardzo elastycznym podkładzie typu JF. Elastyczne podłoże powoduje, że pas ścierny oferuje najlepszą zdolność dopasowania się do promieni i krawędzi obrabianego przedmiotu. Główny obszar zastosowania to obróbka ścierna tytanu i jego stopów, stali szlachetnej oraz stali wysokogatunkowych. Bardzo wytrzymałe na rozerwanie podłoże GX 931 JF wykonane jest z mieszanki bawełny oraz poliestru, dzięki czemu zapewnione jest wysokie bezpieczeństwo procesu przy stosowaniu pasów na automatach szlifierskich lub podczas szlifowania na tzw. wolnym pasie. Płótno CS 931 JF produkowane jest z ziarnem o granulacji od P80 do P400, a płótno GX 931 JF – z rozmiarami ziarna od P60 do P150.

Jan Krzos
Literatura
1. Katalog firmy Klingspor 2016 „Dobry. Bezpieczny. Żółty”. 2. Pszczołowski W., Rosienkiewicz P., „Obróbka ściera narzędziami nasypowymi”, WN-T, Warszawa 1995.

 

 

ZOBACZ TAKŻE

Dodaj komentarz

avatar