CNC-Bearbeitung von Titan

Einführung

Titan ist aufgrund seines außergewöhnlichen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht ein hochgeschätztes Material, überlegene Korrosionsbeständigkeit, und Biokompatibilität. Diese Eigenschaften machen es unverzichtbar in Branchen von der Luft- und Raumfahrt über medizinische Geräte bis hin zur Automobil- und Schiffstechnik. CNC (Computer-Numerische Steuerung) Die Bearbeitung von Titan erfordert aufgrund der einzigartigen Eigenschaften des Materials spezielle Kenntnisse und Techniken. In diesem Leitfaden gehen wir auf die wesentlichen Tipps ein, Herausforderungen, und Titanqualitäten für effektive CNC-Bearbeitung.

1. Warum sollten Sie sich für Titan für die CNC-Bearbeitung von Teilen entscheiden??

Aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften wird Titan für die CNC-Bearbeitung von Teilen bevorzugt:

• Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Titan bietet eines der höchsten Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse aller Metalle, Damit ist es ideal für Anwendungen, die sowohl Haltbarkeit als auch Leichtigkeit erfordern.
• Korrosionsbeständigkeit: Es bildet auf natürliche Weise eine schützende Oxidschicht, das Korrosion in rauen Umgebungen widersteht.
• Biokompatibilität: Titan ist korrosionsbeständig, verfügt über eine hohe Biokompatibilität und ungiftige Eigenschaften und eignet sich daher ideal für den Einsatz in der medizinischen Industrie.
• Nicht magnetisch: Dieses Metall hat keine magnetischen Eigenschaften.
• Gemeinsame Industrien: Luft- und Raumfahrt, medizinisch, Automobil, Der Schiffs- und Schifffahrtssektor nutzt Titan aufgrund seiner Hochleistungsfähigkeiten in großem Umfang.

2. Bei der Bearbeitung von Titan zu berücksichtigende Herausforderungen

Die CNC-Bearbeitung von Titan bietet viele Vorteile, es bringt auch einige Herausforderungen mit sich:

• Hohe chemische Reaktivität und Abrieb
  Die hohe chemische Reaktivität von Titan kann dazu führen, dass bei der Bearbeitung Gase mit seiner Oberfläche reagieren, was zur Oxidation führt, Versprödung, und verringerte Korrosionsbeständigkeit. Zusätzlich, sein niedriger Elastizitätsmodul macht es „gummiartig“.,Dies führt dazu, dass es an Schneidwerkzeugen haften bleibt und zu Werkzeugschäden und schlechter Oberflächengüte führt.
• Wärmeentwicklung und Schnittkräfte
  Die geringe Wärmeleitfähigkeit von Titan führt dazu, dass sich an der Schnittstelle Wärme ansammelt, Dies führt zu schnellem Werkzeugverschleiß und möglichen Oberflächenschäden, insbesondere bei härteren Legierungen. Um dies abzumildern, Verwenden Sie eine niedrigere Drehzahl mit einer höheren Spanlast und wenden Sie Hochdruckkühlmittel an, um kühlere Schnitttemperaturen aufrechtzuerhalten. Auch die hohen Schnittkräfte, die bei der Titanbearbeitung erforderlich sind, tragen zum Werkzeugverschleiß bei, Vibration, und verringerte Oberflächenqualität.
• Eigenspannungen und Verhärtung
  Die Kristallstruktur von Titanlegierungen kann die Schnittkräfte erhöhen, Dadurch entstehen Eigenspannungen, die zum Verziehen der Teile führen können, Riss, oder mit der Zeit schwächer werden, Auswirkungen auf die Haltbarkeit und Genauigkeit der bearbeiteten Komponenten.

3. Nützliche Tipps für die Titanbearbeitung

Um diese Herausforderungen zu meistern, Es können mehrere Strategien angewendet werden:

• Werkzeugauswahl: Entscheiden Sie sich für Hartmetall- oder Keramikwerkzeuge mit der richtigen Geometrie und Beschichtung für Titan.
• Schnittparameter: Geschwindigkeit anpassen, Vorschubgeschwindigkeit, und Schnitttiefe, um die Hitze zu kontrollieren und den Werkzeugverschleiß zu minimieren.
• Kühlmittel und Schmierung: Verwenden Sie Hochdruckkühlmittel, um die Wärme effektiv zu verwalten und die Werkzeuglebensdauer zu verlängern.
• Spanntechniken: Verwenden Sie eine starre Befestigung, um Vibrationen und Rattern zu minimieren.
• Bearbeitungsstrategie: Nutzen Sie Gleichlauffräsen und leichte Tiefenschnitte, um Hitze und Werkzeugbelastung zu reduzieren.
• Chip-Management: Sorgen Sie für eine effiziente Spanabfuhr, um Kaltverfestigungen zu vermeiden und die Oberflächenqualität aufrechtzuerhalten.

Diese Tipps tragen zur Aufrechterhaltung der Werkzeuglebensdauer bei, Verbesserung der Effizienz, und das gewünschte Finish zu erzielen.

4. Verschiedene Titansorten für die CNC-Bearbeitung

Titan gibt es in verschiedenen Qualitäten und Legierungen, Jedes eignet sich für spezifische Anwendungen mit einzigartigen Vor- und Nachteilen. Hier finden Sie eine kurze Übersicht über die wichtigsten Titanqualitäten:

Reine Titanqualitäten

• Grad 1 (Niedriger Sauerstoffgehalt):

Das weichste und duktilste Titan, bekannt für seine hervorragende Bearbeitbarkeit, Schlagzähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, und Formbarkeit. Jedoch, Im Vergleich zu anderen Qualitäten weist es eine geringere Festigkeit auf. Es wird in der Medizin verwendet, Automobil, und Luft- und Raumfahrtanwendungen.

• Grad 2 (Standard-Sauerstoffgehalt):

Bekannt als „Arbeitstier Titan“.,„Es bietet ein Gleichgewicht der Stärke, Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit, und Schweißbarkeit. Wird häufig in medizinischen Geräten und in der Luft- und Raumfahrt für Flugzeugtriebwerke verwendet.

• Grad 3 (Mittlerer Sauerstoffgehalt):

Weniger beliebt als Grades 1 Und 2, bietet aber gute mechanische Eigenschaften, hohe Korrosionsbeständigkeit, und Bearbeitbarkeit. Es wird in der Medizin eingesetzt, Marine, und Luft- und Raumfahrt.

• Grad 4 (Hoher Sauerstoffgehalt):

Verfügt über eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit, ist aber schwierig zu bearbeiten, erfordern mehr Kühlmittel und höhere Vorschubgeschwindigkeiten. Es wird in Kryobehältern verwendet, Flugzeugkomponenten, Wärmetauscher, und CPI-Ausrüstung.

Titanlegierungssorten

• Grad 5 (Ti6Al4V):

Eine weit verbreitete Legierung mit 6% Aluminium und 4% Vanadium, bietet hohe Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit, wenn auch nicht der stärkste. Ideal zur Stromerzeugung, Marine, und kritische Luft- und Raumfahrtstrukturen.

• Grad 6 (Von 5 Al-2,5Sn):

Bekannt für seine Stabilität, Stärke, und Schweißbarkeit bei hohen Temperaturen, Dadurch eignet es sich für Flugzeugzellen und Strahltriebwerke.

• Grad 7 (Von-0.15Pd):

Ähnlich wie Note 2 jedoch mit zugesetztem Palladium für verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Aufgrund seiner guten Formbarkeit und Schweißbarkeit eignet es sich hervorragend für chemische Verarbeitungsanlagen.

• Grad 11 (Von-0.15Pd):

Wie Klasse 7 aber duktiler und mit geringerer Verunreinigungstoleranz. Es hat eine etwas geringere Festigkeit und wird in der Meeres- und Chloratherstellung verwendet.

• Grad 12 (Ti0,3Mo0,8Ni):

Enthält 0.8% Nickel und 0.3% Molybdän, bietet hervorragende Schweißbarkeit, Hochtemperaturfestigkeit, und Korrosionsbeständigkeit. Wird in Wärmetauschern verwendet, Marine, und Flugzeugkomponenten.

• Grad 23 (T6Al4V-ELI):

Auch bekannt als Extra Low Interstitial oder TAV-EIL, die Note 23 Titan hat ähnliche Eigenschaften wie Titan 5 aber es ist reiner. Es weist eine gute Bruchzähigkeit auf, Biokompatibilität, und schlechte relative Bearbeitbarkeit. Es findet Verwendung bei der Herstellung orthopädischer Nägel, Schrauben, chirurgische Klammern, und kieferorthopädische Geräte.

5. Vergleich von Titansorten für die Bearbeitung

Die Bearbeitbarkeit variiert je nach Sorte, mit reinem Titan (Noten 1-4) sind besser bearbeitbar als legierte Sorten. Bei der Auswahl einer Note, Berücksichtigen Sie die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung, wie Korrosionsbeständigkeit, Stärke, und Wirtschaftlichkeit.

6. Werkzeuge und Ausrüstung für die Bearbeitung von Titan

• CNC-Maschinen: CNC-Maschinen mit hohem Drehmoment und präzisen Bewegungen sind unerlässlich.
• Werkzeugtypen: Schaftfräser, Bohrer, und Einsätze müssen aus Materialien bestehen, die der abrasiven Natur von Titan standhalten, wie beschichtete Hartmetalle oder Keramiken.

7. Wie wählt man die richtigen Schneidwerkzeuge für die Bearbeitung von Titan aus?

Aufgrund der einzigartigen Eigenschaften des Metalls ist die Wahl der richtigen Schneidwerkzeuge für die Bearbeitung von Titan von entscheidender Bedeutung, wie hohe festigkeit, geringe Wärmeleitfähigkeit, und chemische Reaktivität. Diese Eigenschaften machen die Bearbeitung von Titan schwierig, erfordern spezielle Werkzeugmaterialien, Geometrien, und Beschichtungen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Hier finden Sie eine Anleitung zur Auswahl der richtigen Schneidwerkzeuge für die Titanbearbeitung:

1. Wählen Sie das entsprechende Werkzeugmaterial aus

• Hartmetallwerkzeuge: Hartmetallwerkzeuge sind aufgrund ihrer Härte die häufigste Wahl für die Titanbearbeitung, Zähigkeit, und Verschleißfestigkeit. Sorten mit hohem Kobaltgehalt werden bevorzugt, da sie eine bessere Hitzebeständigkeit und Schnitthaltigkeit bieten.
• Beschichtete Hartmetallwerkzeuge: Auftragen von Beschichtungen wie Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Aluminiumchromnitrid (AlCrN) zu Hartmetallwerkzeugen verbessert die Hitzebeständigkeit und reduziert den Werkzeugverschleiß. Diese Beschichtungen tragen dazu bei, die Wärme von der Schneidkante abzuleiten und chemische Reaktionen mit Titan zu minimieren.
• Cermet-Werkzeuge: Bestehend aus Keramik und Metall, Cermet-Werkzeuge bieten eine hervorragende Verschleißfestigkeit und können höhere Schnittgeschwindigkeiten bewältigen. Sie eignen sich für Endbearbeitungsvorgänge, bei denen weniger Wärme erzeugt wird.
• Keramischer und polykristalliner Diamant (PCD) Werkzeuge: Für spezielle Hochgeschwindigkeits-Finishing-Anwendungen, Keramik- oder PKD-Werkzeuge können effektiv sein. Jedoch, Sie sind spröde und aufgrund ihrer mangelnden Zähigkeit nicht ideal für Schruppbearbeitungen.

2. Wählen Sie die richtige Werkzeuggeometrie

• Scharfe Schneidkanten: Verwenden Sie scharfe Werkzeuge, Positive Spanwinkel zur Minimierung der Schnittkräfte und Reduzierung der Wärmeentwicklung. Scharfe Werkzeuge tragen außerdem dazu bei, Kaltverfestigung und Abrieb zu verhindern, Dies sind häufige Probleme bei der Bearbeitung von Titan.
• Optimaler Spiralwinkel: Die Auswahl von Werkzeugen mit dem richtigen Spiralwinkel verbessert die Spanabfuhr und reduziert Vibrationen, Dies ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Oberflächengüte und der Werkzeuglebensdauer. Ein höherer Spiralwinkel ist oft wirksamer bei der Reduzierung von Vibrationen.
• Starker Kern und starres Design: Schaftfräser mit dickeren Kernen und reduzierter Nutenzahl sind stabiler und weniger anfällig für Durchbiegungen, Dies trägt dazu bei, die Genauigkeit aufrechtzuerhalten und das Bruchrisiko bei schweren Schnitten zu verringern.

3. Erwägen Sie Werkzeugbeschichtungen und -behandlungen

• TiAlN- und AlCrN-Beschichtungen: Diese Beschichtungen sind so konzipiert, dass sie hohen Temperaturen standhalten und die chemische Affinität zwischen dem Werkzeug und Titan verringern, verringert die Wahrscheinlichkeit einer aufgebauten Kante (SPRECHEN) Bildung und Fressen.
• Diamantartiger Kohlenstoff (DLC) Beschichtungen: Für spezifische Anwendungen, DLC-Beschichtungen können eine verbesserte Leistung bieten, indem sie die Reibung verringern und die Verschleißfestigkeit erhöhen, insbesondere in Nichteisen-Titanlegierungen.

4. Schnittparameter optimieren

• Niedrigere Schnittgeschwindigkeiten: Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Titan bleibt die Wärme in der Nähe des Schneidbereichs konzentriert. Verwendung niedrigerer Schnittgeschwindigkeiten (typischerweise 30-60 Meter pro Minute) Hilft bei der Bewältigung der Wärmeentwicklung und verlängert die Lebensdauer des Werkzeugs.
• Moderate Vorschubraten: Es ist wichtig, die Vorschubgeschwindigkeit mit der Schnittgeschwindigkeit in Einklang zu bringen. Eine moderate Vorschubgeschwindigkeit trägt dazu bei, die Spandicke aufrechtzuerhalten, Dies ist für eine effiziente Wärmeableitung und die Vermeidung von Kaltverfestigungen erforderlich.
• Hochdruckkühlmittel: Der Einsatz von Hochdruck-Kühlmittelsystemen ist für die Titanbearbeitung von entscheidender Bedeutung. Sie tragen dazu bei, Hitze und Späne aus der Schneidzone abzuleiten, Verhindert Werkzeugschäden und sorgt für bessere Oberflächengüten.

5. Setzen Sie die richtige Werkzeugwegstrategie ein

• Trochoides Fräsen: Diese fortschrittliche Frässtrategie beinhaltet kleinere radiale Schnitttiefen und hohe axiale Tiefen, Dadurch wird die Wärmeentwicklung minimiert und die Schnittkräfte gleichmäßig verteilt, Verbesserung der Werkzeugstandzeit.
• Tiefbohren: Beim Bohren von Titan, Durch Tiefbohren können Späne gebrochen und aus der Bohrung abgeführt werden, Reduzierung des Risikos von Spanverstopfungen und Hitzestau.
• Ständiger Cutter-Einsatz: Halten Sie einen konstanten Eingriffswinkel des Fräsers ein, um plötzliche Laständerungen zu vermeiden, Dies kann Vibrationen verursachen und die Lebensdauer des Werkzeugs sowie die Teilequalität beeinträchtigen.

6. Sorgen Sie für eine ordnungsgemäße Werkstückhalterung und Maschinensteifigkeit

• Stabile Werkstückhalterung: Verwenden Sie hohe Präzision, Starre Werkstückhaltelösungen zur Minimierung von Vibrationen und Gewährleistung der Stabilität während der Bearbeitung. Reduzierte Vibrationen verbessern nicht nur die Oberflächengüte, sondern verhindern auch Werkzeugabsplitterungen.
• Starre Werkzeugmaschinen: Für die effektive Bearbeitung von Titan sind CNC-Maschinen mit hoher Steifigkeit und Dämpfungskapazität unerlässlich. Sie tragen dazu bei, Vibrationen zu minimieren, Aufrechterhaltung der Werkzeugstabilität, und ermöglichen eine präzise Kontrolle der Schnittkräfte.

8. Oberflächenbeschaffenheit für bearbeitete Titanteile

Eine Reihe von Oberflächenveredelung Techniken können CNC-bearbeitete Titanprodukte aus funktionellen und ästhetischen Gründen verbessern. Titan kann durch Methoden wie Polieren bearbeitet werden, Pulverbeschichtung, PVD-Beschichtung, Bürsten, Eloxieren, und Perlenstrahlen, um gewünschte Oberflächengüten zu erzielen, die bestimmten Industriestandards entsprechen.

9. Fortschrittliche Techniken für die Titanbearbeitung

• Kryo-Bearbeitung: Verwendet flüssigen Stickstoff zur Kühlung des Schneidbereichs, Reduzierung des Werkzeugverschleißes und Verbesserung der Teilequalität.
• Ultraschallunterstützte Bearbeitung: Verbessert den Materialabtrag und reduziert den Werkzeugverschleiß durch die Anwendung von Ultraschallvibrationen.
• 5-Achsbearbeitung: Ideal zum Erstellen komplexer Geometrien und zur Gewährleistung hoher Präzision bei mehrseitigen Teilen.

10. Qualitätskontrolle bei der CNC-Bearbeitung von Titan

Bei der Bearbeitung von Titan ist die Einhaltung enger Toleranzen und Präzision von entscheidender Bedeutung. Zu den Qualitätskontrollmaßnahmen gehören:

• Koordinatenmessgeräte (CMM): Für präzise Messungen und die Einhaltung von Spezifikationen.
• Nachbearbeitungsbehandlungen: Wärmebehandlung, Oberflächenveredelung, und Inspektion stellen sicher, dass das Endprodukt den Spezifikationen entspricht.

11. Häufige Anwendungen bearbeiteter Titanteile

Titan wird branchenübergreifend häufig für Komponenten verwendet, die Festigkeit erfordern, leichte Eigenschaften, und Korrosionsbeständigkeit:

Marine/Marineindustrie

Die außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit von Titan macht es ideal für Schiffsanwendungen. Es wird häufig bei der Herstellung von Propellerwellen verwendet, Unterwasserrobotik, Takelwerk, Kugelhähne, Marine-Wärmetauscher, Rohrleitungen für Feuerlöschanlagen, Pumps, Auspuffrohrauskleidungen, und Bordkühlsysteme.

Luft- und Raumfahrt

Das hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht von Titan, Korrosionsbeständigkeit, und Hitzetoleranz machen es zu einem bevorzugten Material in der Luft- und Raumfahrt. Es wird für Sitzkomponenten verwendet, Turbinenteile, Wellen, Ventile, Gehäuse, Filter, und Teile des Sauerstofferzeugungssystems.

Automobil

Während Aluminium im Automobilsektor aufgrund seiner Verfügbarkeit und Kosteneffizienz häufig bevorzugt wird, Titan wird immer noch für Hochleistungsteile verwendet. Dazu gehören Ventile, Ventilfedern, Retainer, Bremssattelkolben, Motorkolbenbolzen, Aufhängungsfedern, Anschlagklammern, Motorwippen, und Pleuelstangen.

Medizin und Zahnmedizin

Titan wird im medizinischen Bereich wegen seiner Korrosionsbeständigkeit sehr geschätzt, geringe elektrische Leitfähigkeit, und Biokompatibilität. Es wird in Knochenschrauben verwendet, Zahnimplantate, Schädelschrauben zur Fixierung, Wirbelsäulenstäbe, Anschlüsse, Teller, und orthopädische Nägel.

12. Zukünftige Trends in der Titanbearbeitung

• Fortschritte bei Werkzeugmaterialien und Beschichtungen: Neue Materialien und Beschichtungen verlängern die Werkzeugstandzeit und verbessern die Bearbeitungseffizienz.
• Innovationen in Bearbeitungstechnik und Automatisierung: Durch die Automatisierung werden Produktivität und Konsistenz verbessert.
• Nachhaltige und kostengünstige Bearbeitungspraktiken: Konzentrieren Sie sich auf die Minimierung von Abfall und Energieverbrauch.

13. Wählen Sie DEZE für die Bearbeitung von Titanteilen

DEZE bietet Fachwissen in der CNC-Bearbeitung von Titan mit modernster Ausrüstung, ausgebildete Maschinenschlosser, und ein Bekenntnis zur Qualität, Gewährleistung hochwertiger Komponenten, die auf Ihre spezifischen Anforderungen zugeschnitten sind.

14. Abschluss

Die einzigartigen Eigenschaften von Titan machen es zu einem wertvollen Material für die CNC-Bearbeitung. Trotz der Herausforderungen, Das Befolgen von Best Practices und der Einsatz fortschrittlicher Techniken können zu außergewöhnlichen Ergebnissen führen. Ob für Luft- und Raumfahrtkomponenten oder medizinische Geräte, Die Wahl der richtigen Sorte und der Einsatz effektiver Bearbeitungsstrategien sind der Schlüssel zu erfolgreichen Titanbearbeitungsprojekten.

Inhaltsreferenz：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminum/

FAQs

Ist Titan schwieriger zu bearbeiten als Stahl??

Ja, Titan ist schwieriger zu bearbeiten als Stahl, vor allem aufgrund seines hohen Schmelzpunkts und seiner Tendenz, sich eher zu dehnen als zu brechen. Diese Formbarkeit erschwert die präzise Bearbeitung.

Wie hoch ist der Fräsvorschub für Titan??

Zum Fräsen von Titan, eine Schnittgeschwindigkeit von 40 Zu 150 m/min wird empfohlen, mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0.03 Zu 0.15 mm pro Zahn.

Wie entlastet man Titan nach der Bearbeitung??

Titanlegierungen können einem Spannungsabbau unterzogen werden, ohne ihre Festigkeit oder Duktilität zu verlieren. Bei diesem Vorgang wird das Metall erhitzt 595-705 °C (1100-1300 °F) für ein bis zwei Stunden, gefolgt von Luftkühlung.