CNC obráběcí titan

Zavedení

Titan je vysoce ceněný materiál pro svůj výjimečný poměr pevnosti a hmotnosti, Vynikající odolnost proti korozi, a biokompatibilitu. Díky těmto vlastnostem je nepostradatelný v odvětvích od leteckého průmyslu a lékařských zařízení až po automobilové a námořní inženýrství. CNC (Počítačové numerické ovládání) obrábění titanu vyžaduje speciální znalosti a techniky kvůli jedinečným vlastnostem materiálu. Tento průvodce se ponoří do základních tipů, výzvy, a třídy titanu pro efektivní CNC obrábění.

1. Proč zvolit titan pro CNC obrábění dílů?

Titan je oblíbený pro CNC obrábění dílů pro své vynikající vlastnosti:

• Poměr síly k hmotnosti: Titan nabízí jeden z nejvyšších poměrů pevnosti k hmotnosti ze všech kovů, Díky tomu je ideální pro aplikace vyžadující odolnost a lehkost.
• Odolnost proti korozi: Přirozeně tvoří ochrannou vrstvu oxidu, který odolává korozi v drsném prostředí.
• Biokompatibilita: Titan je odolný proti korozi, má vysokou biokompatibilitu a netoxické vlastnosti, díky čemuž je ideální pro použití v lékařském průmyslu.
• Nemagnetický: Tento kov nemá žádné magnetické vlastnosti.
• Společná průmyslová odvětví: Aerospace, lékařský, automobilový průmysl, a námořní sektory ve velké míře využívají titan pro jeho vysoce výkonné schopnosti.

2. Výzvy, které je třeba zvážit při obrábění titanu

Zatímco CNC obrábění titan nabízí mnoho výhod, představuje také několik výzev:

• Vysoká chemická reaktivita a zadření
  Vysoká chemická reaktivita titanu může způsobit reakci plynů s jeho povrchem během obrábění, vedoucí k oxidaci, Zřekněte, a snížená odolnost proti korozi. Navíc, díky nízkému modulu pružnosti je „gumovitý“.,” způsobí přilnutí k řezným nástrojům a vede k poškození nástroje a špatné kvalitě povrchu.
• Nahromadění tepla a řezné síly
  Nízká tepelná vodivost titanu způsobuje akumulaci tepla v místě řezu, což vede k rychlému opotřebení nástroje a potenciálnímu poškození povrchu, zejména u tvrdších slitin. Zmírnit to, používejte nižší otáčky za minutu s větším zatížením třísky a aplikujte vysokotlakou chladicí kapalinu pro udržení nižších řezných teplot. Vysoké řezné síly potřebné pro obrábění titanu také přispívají k opotřebení nástroje, vibrace, a snížená kvalita povrchu.
• Zbytková napětí a kalení
  Krystalová struktura titanových slitin může zvýšit řezné síly, což má za následek zbytková napětí, která mohou způsobit deformaci dílů, crack, nebo časem slábnou, ovlivňující životnost a přesnost obráběných součástí.

3. Užitečné tipy pro obrábění titanu

K překonání těchto výzev, lze použít několik strategií:

• Výběr nástroje: Zvolte karbidové nebo keramické nástroje se správnou geometrií a povlaky navrženými pro titan.
• Řezání parametrů: Upravte rychlost, rychlost posuvu, a hloubka řezu pro řízení tepla a minimalizaci opotřebení nástroje.
• Chladicí kapalina a mazání: Používejte vysokotlakou chladicí kapalinu pro efektivní řízení tepla a prodloužení životnosti nástroje.
• Techniky upínání: Použijte pevné uchycení pro minimalizaci vibrací a chvění.
• Strategie obrábění: Používejte sousledné frézování a lehké hloubkové řezy ke snížení tepelné zátěže a zatížení nástroje.
• Správa čipů: Zajistěte účinné odstraňování třísek, abyste zabránili mechanickému zpevnění a zachovali kvalitu povrchu.

Tyto tipy pomáhají udržovat životnost nástroje, Zlepšení účinnosti, a dosažení požadovaného výsledku.

4. Různé třídy titanu pro CNC obrábění

Titan se vyrábí v různých stupních a slitinách, každý je vhodný pro specifické aplikace s jedinečnými výhodami a nevýhodami. Zde je stručný přehled klíčových druhů titanu:

Kvality čistého titanu

• Stupeň 1 (Nízký obsah kyslíku):

Nejměkčí a nejtažnější titan, známý pro vynikající obrobitelnost, ovlivnit houževnatost, odolnost proti korozi, a formovatelnost. Však, má nižší pevnost ve srovnání s jinými druhy. Používá se v lékařství, automobilový průmysl, a letecké aplikace.

• Stupeň 2 (Standardní obsah kyslíku):

Známý jako „tažný kůň titan,“ nabízí rovnováhu sil, odolnost proti korozi, Formovatelnost, a svařovatelnost. Běžně se používá v lékařských zařízeních a letectví pro letecké motory.

• Stupeň 3 (Střední obsah kyslíku):

Méně populární než Grades 1 a 2, ale nabízí dobré mechanické vlastnosti, vysoká odolnost proti korozi, a majitelnost. Používá se v lékařství, Marine, a letecká pole.

• Stupeň 4 (Vysoký obsah kyslíku):

Vyznačuje se vysokou pevností a odolností proti korozi, ale je náročný na obrábění, vyžadující více chladicí kapaliny a vyšší rychlosti posuvu. Používá se v kryogenních nádobách, součásti draku letadla, výměníky tepla, a zařízení CPI.

Třídy slitin titanu

• Stupeň 5 (Ti6al4v):

Široce používaná slitina s 6% hliník a 4% vanadium, nabízí vysokou odolnost proti korozi a tvarovatelnost, i když ne nejsilnější. Ideální pro výrobu energie, Marine, a kritické letecké struktury.

• Stupeň 6 (Z 5 Al-2,5Sn):

Známý pro svou stabilitu, pevnost, a svařitelnost při vysokých teplotách, díky tomu je vhodný pro draky letadel a proudové motory.

• Stupeň 7 (Z-0.15Pd):

Podobné jako Grade 2 ale s přidaným palladiem pro zvýšenou odolnost proti korozi. Díky své dobré tvarovatelnosti a svařitelnosti je vynikající pro zařízení na chemické zpracování.

• Stupeň 11 (Z-0.15Pd):

Jako Grade 7 ale tažnější a s nižší tolerancí nečistot. Má o něco nižší pevnost a používá se v námořní výrobě a výrobě chlorečnanů.

• Stupeň 12 (Ti0,3Mo0,8Ni):

Obsahuje 0.8% nikl a 0.3% molybden, nabízí vynikající svařitelnost, Síla vysoké teploty, a odolnost proti korozi. Používá se ve výměnících tepla, Marine, a součásti letadel.

• Stupeň 23 (T6Al4V-ELI):

Také známý jako extra nízká intersticiální nebo TAV-EIL, stupeň 23 titan má podobné vlastnosti jako jakost 5 ale je čistší. Má dobrou lomovou houževnatost, biokompatibilita, a špatná relativní obrobitelnost. Využití nachází při výrobě ortopedických čepů, šrouby, chirurgické svorky, a ortodontické aparáty.

5. Porovnání jakostí titanu pro obrábění

Obrobitelnost se u jednotlivých tříd liší, s čistým titanem (Stupně 1-4) jsou lépe obrobitelné než legované druhy. Při výběru stupně, zvažte specifické požadavky vaší aplikace, jako je odolnost proti korozi, pevnost, a nákladová efektivita.

6. Nástroje a zařízení pro obrábění titanu

• CNC stroje: Nezbytností jsou CNC stroje s vysokým točivým momentem schopné přesných pohybů.
• Typy nástrojů: Koncové frézy, cvičení, a vložky musí být vyrobeny z materiálů, které odolávají abrazivní povaze titanu, jako jsou povlakované karbidy nebo keramika.

7. Jak vybrat správné řezné nástroje pro obrábění titanu？

Výběr správných řezných nástrojů pro obrábění titanu je zásadní vzhledem k jedinečným vlastnostem kovu, jako je vysoká pevnost, nízká tepelná vodivost, a chemická reaktivita. Tyto vlastnosti činí titan náročným na obrábění, vyžadující speciální nástrojové materiály, geometrie, a nátěry pro dosažení optimálních výsledků. Zde je průvodce výběrem správných řezných nástrojů pro obrábění titanu:

1. Vyberte vhodný materiál nástroje

• Karbidové nástroje: Karbidové nástroje jsou díky své tvrdosti nejběžnější volbou pro obrábění titanu, houževnatost, a odpor k opotřebení. Upřednostňují se třídy s vysokým obsahem kobaltu, protože nabízejí lepší tepelnou odolnost a zachování hran.
• Nástroje z povlakovaného karbidu: Nanášení povlaků, jako je nitrid titanu a hliníku (TiAlN) nebo nitrid hliníku a chromu (AlCrN) nástroje na tvrdokov zlepšuje tepelnou odolnost a snižuje opotřebení nástroje. Tyto povlaky pomáhají odvádět teplo od řezné hrany a minimalizují chemické reakce s titanem.
• Cermetové nástroje: Skládá se z keramiky a kovu, cermetové nástroje poskytují vynikající odolnost proti opotřebení a zvládnou vyšší řezné rychlosti. Jsou vhodné pro dokončovací operace, kde vzniká méně tepla.
• Keramický a polykrystalický diamant (PCD) Nástroje: Pro specifické vysokorychlostní dokončovací aplikace, keramické nebo PCD nástroje mohou být účinné. Však, jsou křehké a nejsou ideální pro hrubovací operace kvůli jejich nedostatečné houževnatosti.

2. Vyberte správnou geometrii nástroje

• Ostré řezné hrany: Používejte ostré nástroje, kladné úhly čela pro minimalizaci řezných sil a snížení tvorby tepla. Ostré nástroje také pomáhají předcházet ztvrdnutí a zadření, což jsou běžné problémy při obrábění titanu.
• Optimální úhel šroubovice: Výběr nástrojů se správným úhlem šroubovice zlepšuje odvod třísek a snižuje vibrace, což je zásadní pro udržení kvality povrchu a životnosti nástroje. Vyšší úhel šroubovice je často účinnější při snižování chvění.
• Silné jádro a tuhá konstrukce: Stopkové frézy se silnějšími jádry a sníženým počtem drážek jsou pevnější a méně náchylné k průhybu, což pomáhá udržovat přesnost a snižuje riziko zlomení při těžkých řezech.

3. Zvažte povlaky a úpravy nástrojů

• Povlaky TiAlN a AlCrN: Tyto povlaky jsou navrženy tak, aby odolávaly vysokým teplotám a snižovaly chemickou afinitu mezi nástrojem a titanem, snížení šance na zastavěnou hranu (LUK) formování a zadření.
• Diamantový uhlík (DLC) Povlaky: Pro specifické aplikace, Povlaky DLC mohou nabídnout lepší výkon snížením tření a zvýšením odolnosti proti opotřebení, zejména u neželezných slitin titanu.

4. Optimalizujte parametry řezání

• Nižší řezné rychlosti: Nízká tepelná vodivost titanu znamená, že teplo zůstává soustředěno v blízkosti řezné oblasti. Použití nižších řezných rychlostí (obvykle 30-60 metrů za minutu) pomáhá zvládat hromadění tepla a prodlužuje životnost nástroje.
• Mírné sazby za podávání: Vyvážení posuvů s řeznou rychlostí je zásadní. Mírná rychlost posuvu pomáhá udržovat tloušťku třísky, který je nezbytný pro efektivní odvod tepla a zamezení deformace.
• Vysokotlaká chladicí kapalina: Použití vysokotlakých chladicích systémů je pro obrábění titanu zásadní. Pomáhají odvádět teplo a třísky z řezné zóny, zabraňuje poškození nástroje a zajišťuje lepší povrchovou úpravu.

5. Použijte správnou strategii cesty nástroje

• Trochoidální frézování: Tato pokročilá strategie frézování zahrnuje menší radiální hloubky řezu a velké axiální hloubky, což minimalizuje tvorbu tepla a rovnoměrně rozděluje řezné síly, prodloužení životnosti nástroje.
• Peck Drilling: Při vrtání titanu, K rozbití třísek a jejich odvodu z díry lze použít vrtání, snižuje riziko ucpání třísek a hromadění tepla.
• Neustálé zapojení řezačky: Udržujte konstantní úhel záběru frézy, abyste se vyhnuli náhlým změnám zatížení, které mohou způsobit vibrace a ovlivnit životnost nástroje a kvalitu dílu.

6. Zajistěte správné uchycení obrobku a tuhost stroje

• Stabilní upínání: Používejte vysokou přesnost, tuhé řešení upínání obrobku pro minimalizaci vibrací a zajištění stability při obrábění. Snížení vibrací nejen zlepšuje kvalitu povrchu, ale také zabraňuje vylamování nástroje.
• Pevné obráběcí stroje: CNC stroje s vysokou tuhostí a tlumicí kapacitou jsou nezbytné pro efektivní obrábění titanu. Pomáhají minimalizovat vibrace, udržovat stabilitu nástroje, a poskytují přesnou kontrolu nad řeznými silami.

8. Povrchové úpravy obráběných titanových dílů

Řada povrchová úprava techniky mohou zlepšit CNC obráběné titanové produkty z funkčních a estetických důvodů. Titan může být dokončen pomocí metod, jako je leštění, Práškový povlak, PVD povlak, Kartáčování, Eloxování, a tryskáním k dosažení požadovaných povrchových úprav, které splňují specifické průmyslové normy.

9. Pokročilé techniky pro obrábění titanu

• Kryogenní obrábění: K chlazení řezné plochy využívá kapalný dusík, snížení opotřebení nástroje a zlepšení kvality dílů.
• Ultrazvukové obrábění: Zvyšuje rychlost úběru materiálu a snižuje opotřebení nástroje aplikací ultrazvukových vibrací.
• 5-Osové obrábění: Ideální pro vytváření složitých geometrií a zajištění vysoké přesnosti u vícestranných dílů.

10. Kontrola kvality v CNC obrábění titanu

Při obrábění titanu je zásadní zachování těsných tolerancí a přesnosti. Opatření kontroly kvality zahrnují:

• Souřadnicové měřicí stroje (Cmm): Pro přesné měření a dodržování specifikací.
• Ošetření po obrábění: Tepelné zpracování, povrchová úprava, a kontrola zajišťuje, že konečný produkt splňuje specifikace.

11. Běžné aplikace obráběných titanových dílů

Titan je široce používán napříč průmyslovými odvětvími pro součásti, které vyžadují pevnost, lehké vlastnosti, a odolnost proti korozi:

Námořní/námořní průmysl

Díky výjimečné odolnosti proti korozi je titan ideální pro námořní aplikace. Běžně se používá při výrobě kardanových hřídelí, podvodní robotika, lanoví, kulové ventily, námořní výměníky tepla, potrubí požárního systému, čerpadla, vložky výfukového potrubí, a palubní chladicí systémy.

Aerospace

Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti titanu, odolnost proti korozi, a tepelná tolerance z něj činí preferovaný materiál v letectví. Používá se pro součásti sedadel, části turbíny, hřídele, ventily, pouzdra, filtry, a části systému generování kyslíku.

Automobilový průmysl

Zatímco hliník je v automobilovém sektoru často upřednostňován kvůli své dostupnosti a hospodárnosti, titan se stále používá pro vysoce výkonné díly. Patří mezi ně ventily, ventilové pružiny, přidržovače, písty brzdového třmenu, pístní čepy motoru, závěsné pružiny, dorazové závorky, vahadla motoru, a spojovací tyče.

Lékařské a zubní

Titan je vysoce ceněný v lékařské oblasti pro svou odolnost proti korozi, nízká elektrická vodivost, a biokompatibilitu. Používá se v kostních šroubech, zubní implantáty, kraniální šrouby pro fixaci, páteřní tyče, konektory, desky, a ortopedické čepy.

12. Budoucí trendy v obrábění titanu

• Pokroky v nástrojových materiálech a povlakech: Nové materiály a povlaky prodlouží životnost nástroje a zlepší efektivitu obrábění.
• Inovace v obráběcích technikách a automatizaci: Automatizace zvýší produktivitu a konzistenci.
• Udržitelné a nákladově efektivní obráběcí postupy: Zaměřte se na minimalizaci odpadu a spotřeby energie.

13. Zvolte DEZE pro obrábění titanových dílů

DEZE nabízí odborné znalosti v oblasti CNC obrábění titanu s pokročilým vybavením, zkušení strojníci, a závazek ke kvalitě, zajištění vysoce kvalitních komponentů přizpůsobených vašim specifickým požadavkům.

14. Závěr

Jedinečné vlastnosti titanu z něj dělají cenný materiál pro CNC obrábění. Navzdory výzvám, dodržování osvědčených postupů a používání pokročilých technik může přinést výjimečné výsledky. Ať už pro letecké komponenty nebo lékařské přístroje, výběr správné třídy a použití efektivních strategií obrábění jsou klíčem k úspěšným projektům obrábění titanu.

Odkaz na obsah：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminium/

Časté časté

Je titan hůře obrobitelný než ocel?

Ano, titan je náročnější na obrábění než ocel, hlavně kvůli jeho vysokému bodu tání a tendenci se spíše roztahovat než lámat. Tato kujnost ztěžuje přesné obrábění.

Jaká je rychlost frézovacího posuvu pro titan?

Pro frézování titanu, řezná rychlost 40 na 150 m/min se doporučuje, s rychlostí posuvu v rozmezí od 0.03 na 0.15 mm na zub.

Jak zmírníte napětí v titanu po obrábění?

Slitiny titanu mohou projít úlevou od pnutí, aniž by ztratily svou pevnost nebo tažnost. Tento proces zahrnuje zahřátí kovu na 595-705 ° C. (1100-1300 ° F.) na jednu až dvě hodiny, následuje chlazení vzduchu.