Khoan titan và hợp kim titan: chống cháy dụng cụ

Titan bền, nhẹ, chống ăn mòn tốt nên được dùng trong hàng không, y tế và những chi tiết đòi hỏi cao. Nhưng khi đưa vào khoan, titan là một trong những vật liệu khó nhất, và vấn đề số một là cháy dụng cụ. Nguyên nhân không phải titan quá cứng, mà nằm ở cách nó xử lý nhiệt. Hiểu điều này là chìa khóa để khoan titan mà không hỏng mũi liên tục.

Vì sao titan làm cháy dụng cụ

Điểm mấu chốt là titan dẫn nhiệt rất kém, chỉ khoảng một phần sáu so với thép. Ở hầu hết vật liệu, phần lớn nhiệt sinh ra khi cắt được phoi và phôi mang đi. Với titan thì không: nhiệt không thoát vào phôi mà dồn hết lên lưỡi dao.

Hệ quả là một chuỗi hỏng nối tiếp nhau: lưỡi nóng lên nhanh, mềm đi, mòn, rồi bắt đầu cọ xát thay vì cắt. Càng cọ càng sinh nhiệt, bề mặt lỗ lại biến cứng làm lần cắt sau khó hơn, và cuối cùng mũi cháy, mất lưỡi. Đây chính là cảnh "khoan titan sai cách": một vòng xoáy nhiệt tự khuếch đại.

Ba yếu tố cần kiểm soát

Vì gốc rễ là nhiệt, mọi giải pháp cho titan đều nhằm giữ nhiệt vùng cắt ở mức thấp và không cho nó tích lại. Ba yếu tố quan trọng nhất là tốc độ cắt, bước tiến và tưới nguội.

Tốc độ cắt thấp

Trái với nhiều vật liệu, titan buộc phải chạy tốc độ cắt thấp. Tốc độ càng cao, nhiệt sinh ra càng nhanh mà titan lại không thoát được. Chỉ tăng tốc độ một chút cũng có thể rút ngắn tuổi thọ dao rất mạnh. Đây là điều ngược trực giác với người quen chạy nhanh cho năng suất.

Bước tiến đủ lớn, không cọ xát

Để bù năng suất bị mất do tốc độ thấp, người ta tăng bước tiến. Bước tiến lớn còn có lợi kép: giữ cho lưỡi luôn cắt vào lớp vật liệu mới thay vì cọ trên bề mặt đã biến cứng. Cọ xát là kẻ thù trực tiếp, vừa sinh nhiệt vừa làm biến cứng bề mặt, nên tuyệt đối tránh để dao trượt hoặc dừng tại chỗ.

Tưới nguội áp lực cao, đúng điểm

Vì titan không tự tản nhiệt, dung dịch cắt phải làm thay việc đó, mang nhiệt đi khỏi vùng cắt. Tưới nguội cần nhiều, liên tục và quan trọng nhất là nhắm đúng vào điểm cắt; tưới lệch chỗ gần như vô ích. Tưới nguội áp lực cao là giải pháp hiệu quả để hạ nhiệt và kéo dài tuổi thọ dao trên titan.

Chọn dao cho titan

Với titan, khả năng chịu nhiệt và giữ lưỡi ở nhiệt độ cao quan trọng hơn tốc độ. Một số điểm cần chú ý khi chọn dao:

• Dao carbide chịu nhiệt: giữ độ cứng ở nhiệt độ cao tốt hơn HSS, phù hợp với môi trường nhiệt tập trung của titan.
• Lưỡi thật sắc: lưỡi sắc cắt gọn, giảm ma sát và giảm nhiệt; dao cùn cọ xát là nguyên nhân trực tiếp làm cháy mũi.
• Lớp phủ phù hợp: lớp phủ chịu nhiệt giúp bảo vệ lưỡi trong vùng nhiệt cao.
• Kẹp cứng vững: titan đàn hồi, dễ rung và dội lại dưới lực dao, nên hệ thống phải thật vững để tránh rung và mẻ lưỡi.
• Thoát phoi tốt: phoi titan dai và dính, cần thoát nhanh khỏi lỗ để không tích nhiệt.

Lưu ý thực hành khi khoan titan

• Không để dao dừng hoặc trượt trên bề mặt: mọi khoảnh khắc cọ xát đều sinh nhiệt và làm biến cứng bề mặt.
• Rút dao thoát phoi ở lỗ sâu: giúp phoi thoát và cho dung dịch cắt vào tới đáy lỗ.
• Giữ dao luôn sắc: thay hoặc mài lại đúng lúc, vì dao mòn trên titan xuống cấp rất nhanh.
• Kiểm soát rung: kẹp chặt, chọn thông số ổn định để tránh rung do tính đàn hồi của titan.
• Chú ý an toàn với phoi titan: phoi và bột titan mịn có thể bắt cháy; giữ khu vực gọn, dọn phoi và tránh tích tụ bột mịn gần nguồn nhiệt.

Titan đòi hỏi kỷ luật về thông số hơn hầu hết vật liệu thông dụng khác. Khi đã quen với nguyên tắc kiểm soát nhiệt, việc khoan titan trở nên ổn định và dự đoán được. Cách chọn dao và tra thông số cắt cho từng vật liệu được trình bày kỹ trong các bài viết liên quan bên dưới.