Titanium Mesin CNC: Tips, Tantangan, dan aplikasi

Isi menunjukkan

Perkenalan

Titanium adalah material yang bernilai tinggi karena rasio kekuatan dan beratnya yang luar biasa, ketahanan korosi yang unggul, dan biokompatibilitas. Sifat-sifat ini menjadikannya sangat diperlukan di berbagai sektor mulai dari kedirgantaraan dan peralatan medis hingga teknik otomotif dan kelautan. CNC (Kontrol Numerik Komputer) pemesinan titanium memerlukan pengetahuan dan teknik khusus karena karakteristik material yang unik. Panduan ini menggali tip-tip penting, tantangan, dan nilai titanium untuk efektif Pemesinan CNC.

1. Mengapa Memilih Titanium untuk Suku Cadang Mesin CNC?

Titanium disukai untuk komponen permesinan CNC karena sifatnya yang luar biasa:

Rasio kekuatan-ke-berat: Titanium menawarkan salah satu rasio kekuatan terhadap berat tertinggi dibandingkan logam apa pun, menjadikannya ideal untuk aplikasi yang membutuhkan daya tahan dan ringan.
Resistensi korosi: Secara alami membentuk lapisan oksida pelindung, Yang tahan korosi di lingkungan yang keras.
Biokompatibilitas: Titanium tahan korosi, memiliki bio-kompatibilitas tinggi dan sifat tidak beracun sehingga ideal untuk digunakan dalam industri medis.
Non-magnetik: Logam ini tidak memiliki sifat magnetik.
Industri Umum: Aerospace, medis, Otomotif, dan sektor kelautan banyak menggunakan titanium karena kemampuan kinerjanya yang tinggi.

2. Tantangan yang Perlu Dipertimbangkan Saat Membuat Mesin Titanium

Sedangkan titanium permesinan CNC menawarkan banyak keunggulan, hal ini juga menghadirkan beberapa tantangan:

Reaktivitas Kimia Tinggi dan Galling
Reaktivitas kimia Titanium yang tinggi dapat menyebabkan gas bereaksi dengan permukaannya selama pemesinan, menyebabkan terjadinya oksidasi, embrittlement, dan mengurangi ketahanan terhadap korosi. Selain itu, modulus elastisitasnya yang rendah membuatnya “bergetah,” menyebabkannya menempel pada alat pemotong dan menyebabkan kerusakan alat serta hasil akhir permukaan yang buruk.
Penumpukan Panas dan Gaya Pemotongan
Konduktivitas termal Titanium yang rendah menyebabkan panas terakumulasi pada titik pemotongan, menyebabkan keausan alat yang cepat dan potensi kerusakan permukaan, terutama dengan paduan yang lebih keras. Untuk mengurangi ini, gunakan RPM yang lebih rendah dengan beban chip yang lebih besar dan gunakan cairan pendingin bertekanan tinggi untuk menjaga suhu pemotongan lebih dingin. Gaya pemotongan tinggi yang diperlukan untuk pemesinan titanium juga berkontribusi terhadap keausan pahat, getaran, dan penurunan kualitas permukaan.
Residu Stres dan Pengerasan
Struktur kristal paduan titanium dapat meningkatkan gaya potong, menghasilkan tegangan sisa yang dapat menyebabkan komponen melengkung, retakan, atau melemah seiring berjalannya waktu, berdampak pada daya tahan dan keakuratan komponen mesin.

3. Tip Berguna untuk Pemesinan Titanium

Untuk mengatasi tantangan-tantangan ini, beberapa strategi dapat digunakan:

Pemilihan alat: Pilihlah perkakas karbida atau keramik dengan geometri dan lapisan yang tepat yang dirancang untuk titanium.
Parameter pemotongan: Sesuaikan kecepatan, laju umpan, dan kedalaman pemotongan untuk mengatur panas dan meminimalkan keausan alat.
Pendingin dan Pelumasan: Gunakan cairan pendingin bertekanan tinggi untuk mengelola panas secara efektif dan meningkatkan masa pakai alat.
Teknik Pekerjaan: Gunakan perlengkapan yang kaku untuk meminimalkan getaran dan obrolan.
Strategi Pemesinan: Gunakan penggilingan panjat dan pemotongan kedalaman ringan untuk mengurangi panas dan beban alat.
Manajemen Chip: Pastikan penghilangan chip secara efisien untuk menghindari pengerasan kerja dan menjaga kualitas permukaan.

Kiat-kiat ini membantu menjaga umur alat, meningkatkan efisiensi, dan mencapai hasil akhir yang diinginkan.

4. Nilai Titanium yang Berbeda untuk Pemesinan CNC

Titanium hadir dalam berbagai tingkatan dan paduan, masing-masing cocok untuk aplikasi spesifik dengan kelebihan dan kekurangan yang unik. Berikut ini ikhtisar singkat tentang kadar titanium utama:

Nilai Titanium Murni

Nilai 1 (Kandungan Oksigen Rendah):

Titanium paling lembut dan paling ulet, dikenal dengan kemampuan mesin yang sangat baik, Dampak ketangguhan, resistensi korosi, dan kemampuan formulir. Namun, itu memiliki kekuatan yang lebih rendah dibandingkan dengan kelas lainnya. Ini digunakan dalam bidang medis, Otomotif, dan aplikasi luar angkasa.

Nilai 2 (Kandungan Oksigen Standar):

Dikenal sebagai “titanium pekerja keras,” ini menawarkan keseimbangan kekuatan, resistensi korosi, Kemampuan formulir, dan kemampuan las. Biasa digunakan pada peralatan medis dan dirgantara untuk mesin pesawat terbang.

Nilai 3 (Kandungan Oksigen Sedang):

Kurang populer dibandingkan Nilai 1 Dan 2, tetapi menawarkan sifat mekanik yang baik, ketahanan korosi yang tinggi, dan kemampuan mesin. Ini digunakan dalam bidang medis, laut, dan bidang dirgantara.

Nilai 4 (Kandungan Oksigen Tinggi):

Memiliki kekuatan tinggi dan ketahanan terhadap korosi tetapi sulit untuk dikerjakan dengan mesin, membutuhkan lebih banyak cairan pendingin dan laju pengumpanan yang lebih tinggi. Ini digunakan dalam bejana kriogenik, komponen badan pesawat, Penukar panas, dan peralatan CPI.

Kelas Paduan Titanium

Nilai 5 (Ti6Al4V):

Paduan yang banyak digunakan dengan 6% aluminium dan 4% Vanadium, menawarkan ketahanan korosi dan sifat mampu bentuk yang tinggi, meski bukan yang terkuat. Ideal untuk pembangkit listrik, laut, dan struktur ruang angkasa yang penting.

Nilai 6 (Dari 5 Al-2.5Sn):

Dikenal karena stabilitasnya, kekuatan, dan kemampuan las pada suhu tinggi, sehingga cocok untuk badan pesawat dan mesin jet.

Nilai 7 (Dari-0.15PD):

Mirip dengan Kelas 2 tetapi dengan tambahan paladium untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Ini sangat baik untuk peralatan pemrosesan kimia karena sifat mampu bentuk dan kemampuan lasnya yang baik.

Nilai 11 (Dari-0.15PD):

Seperti Kelas 7 tetapi lebih ulet dan dengan toleransi pengotor yang lebih rendah. Ini memiliki kekuatan yang sedikit lebih rendah dan digunakan dalam pembuatan kelautan dan klorat.

Nilai 12 (Ti0.3Mo0.8Ni):

Berisi 0.8% nikel dan 0.3% Molybdenum, menawarkan kemampuan las yang unggul, kekuatan suhu tinggi, dan resistensi korosi. Digunakan dalam penukar panas, laut, dan komponen pesawat.

Nilai 23 (T6Al4V-ELI):

Juga dikenal sebagai interstisial ekstra rendah atau TAV-EIL, kelas 23 titanium memiliki sifat yang mirip dengan grade 5 tapi lebih murni. Ini memiliki ketangguhan patah yang baik, Biokompatibilitas, dan kemampuan mesin yang relatif buruk. Ia menemukan penggunaan dalam produksi pin ortopedi, sekrup, staples bedah, dan peralatan ortodontik.

5. Membandingkan Nilai Titanium untuk Pemesinan

Kemampuan mesin bervariasi antar tingkatan, dengan titanium murni (Nilai 1-4) menjadi lebih mudah dikerjakan daripada nilai paduan. Saat memilih nilai, pertimbangkan persyaratan spesifik aplikasi Anda, seperti resistensi korosi, kekuatan, dan efektivitas biaya.

6. Alat dan Perlengkapan untuk Pemesinan Titanium

Mesin CNC: Mesin CNC torsi tinggi yang mampu menghasilkan gerakan presisi sangatlah penting.
Jenis Perkakas: Pabrik akhir, latihan, dan sisipan harus terbuat dari bahan yang tahan terhadap sifat abrasif titanium, seperti karbida berlapis atau keramik.

7. Cara Memilih Alat Pemotong yang Tepat untuk Pemesinan Titanium？

Memilih alat pemotong yang tepat untuk pemesinan titanium sangatlah penting karena sifat unik logam tersebut, seperti kekuatan tinggi, konduktivitas termal yang rendah, dan reaktivitas kimia. Karakteristik ini membuat titanium sulit untuk dikerjakan, memerlukan bahan alat tertentu, geometri, dan pelapisan untuk mencapai hasil yang optimal. Berikut panduan memilih alat pemotong yang tepat untuk pemesinan titanium:

1. Pilih Bahan Alat yang Sesuai

Alat Karbida: Perkakas karbida adalah pilihan paling umum untuk pemesinan titanium karena kekerasannya, kekerasan, dan ketahanan terhadap keausan. Nilai dengan kandungan kobalt tinggi lebih disukai karena menawarkan ketahanan panas dan retensi tepi yang lebih baik.
Alat Karbida Dilapisi: Menerapkan pelapis seperti Titanium Aluminium Nitride (Tialn) atau Aluminium Kromium Nitrida (AlCrN) ke perkakas karbida meningkatkan ketahanan panas dan mengurangi keausan perkakas. Lapisan ini membantu menghilangkan panas dari ujung tombak dan meminimalkan reaksi kimia dengan titanium.
Alat Cermet: Terdiri dari keramik dan logam, perkakas cermet memberikan ketahanan aus yang sangat baik dan dapat menangani kecepatan pemotongan yang lebih tinggi. Mereka cocok untuk operasi penyelesaian di mana lebih sedikit panas yang dihasilkan.
Berlian Keramik dan Polikristalin (PCD) Peralatan: Untuk aplikasi finishing berkecepatan tinggi tertentu, alat keramik atau PCD bisa efektif. Namun, mereka rapuh dan tidak ideal untuk operasi seadanya karena kurangnya ketangguhannya.

2. Pilih Alat Geometri yang Tepat

Tepi Tajam: Gunakan alat yang tajam, sudut rake positif untuk meminimalkan gaya pemotongan dan mengurangi timbulnya panas. Perkakas tajam juga membantu mencegah pengerasan dan kerusakan pada pekerjaan, yang merupakan masalah umum saat mengerjakan titanium.
Sudut Heliks Optimal: Memilih alat dengan sudut heliks yang benar akan meningkatkan evakuasi chip dan mengurangi getaran, yang sangat penting untuk menjaga kualitas permukaan akhir dan masa pakai alat. Sudut heliks yang lebih tinggi seringkali lebih efektif dalam mengurangi obrolan.
Inti Kuat dan Desain Kaku: End mill dengan inti yang lebih tebal dan jumlah flute yang lebih sedikit akan lebih kuat dan tidak rentan terhadap defleksi, yang membantu menjaga akurasi dan mengurangi risiko kerusakan selama pemotongan berat.

3. Pertimbangkan Pelapisan dan Perawatan Alat

Lapisan TiAlN dan AlCrN: Lapisan ini dirancang untuk tahan terhadap suhu tinggi dan mengurangi afinitas kimia antara alat dan titanium, mengurangi kemungkinan terbentuknya keunggulan (BUSUR) formasi dan menyakitkan.
Karbon seperti berlian (DLC) Pelapis: Untuk aplikasi tertentu, Pelapis DLC dapat menawarkan peningkatan kinerja dengan mengurangi gesekan dan meningkatkan ketahanan aus, terutama pada paduan titanium non-besi.

4. Optimalkan Parameter Pemotongan

Kecepatan Pemotongan Lebih Rendah: Konduktivitas termal Titanium yang rendah berarti panas tetap terkonsentrasi di dekat area pemotongan. Menggunakan kecepatan potong yang lebih rendah (khas 30-60 meter per menit) membantu mengelola penumpukan panas dan memperpanjang umur alat.
Tarif Pakan Sedang: Menyeimbangkan laju pemakanan dengan kecepatan potong sangatlah penting. Laju pengumpanan yang moderat membantu menjaga ketebalan chip, yang diperlukan untuk pembuangan panas yang efisien dan menghindari pengerasan kerja.
Pendingin Bertekanan Tinggi: Penggunaan sistem pendingin bertekanan tinggi sangat penting untuk pemesinan titanium. Mereka membantu menghilangkan panas dan serpihan dari zona pemotongan, mencegah kerusakan alat dan memastikan permukaan akhir yang lebih baik.

5. Gunakan Strategi Jalur Alat yang Tepat

Penggilingan Trokoidal: Strategi penggilingan tingkat lanjut ini melibatkan pengambilan kedalaman potong radial yang lebih kecil dan kedalaman aksial yang tinggi, yang meminimalkan pembentukan panas dan mendistribusikan gaya pemotongan secara merata, meningkatkan umur alat.
Pengeboran Peck: Saat mengebor titanium, pengeboran peck dapat digunakan untuk memecahkan serpihan dan mengeluarkannya dari lubang, mengurangi risiko penyumbatan chip dan penumpukan panas.
Keterlibatan Pemotong yang Konstan: Pertahankan sudut pengikatan pemotong yang konstan untuk menghindari perubahan beban yang tiba-tiba, yang dapat menyebabkan getaran dan mempengaruhi masa pakai alat serta kualitas komponen.

6. Pastikan Workholding dan Kekakuan Mesin yang Tepat

Pekerjaan yang Stabil: Gunakan presisi tinggi, solusi penahan kerja yang kaku untuk meminimalkan getaran dan memastikan stabilitas selama pemesinan. Mengurangi getaran tidak hanya meningkatkan penyelesaian permukaan tetapi juga mencegah alat terkelupas.
Peralatan Mesin Kaku: Mesin CNC dengan kekakuan dan kapasitas redaman tinggi sangat penting untuk pemesinan titanium secara efektif. Mereka membantu meminimalkan getaran, menjaga kestabilan alat, dan memberikan kontrol yang tepat terhadap gaya pemotongan.

8. Penyelesaian Permukaan untuk Suku Cadang Mesin Titanium

Berbagai finishing permukaan teknik dapat meningkatkan produk titanium mesin CNC untuk alasan fungsional dan estetika. Titanium dapat diselesaikan menggunakan metode seperti pemolesan, Lapisan bubuk, Lapisan PVD, Penyikatan, Anodisasi, dan peledakan manik untuk mencapai hasil akhir permukaan yang diinginkan dan memenuhi standar industri tertentu.

9. Teknik Tingkat Lanjut untuk Pemesinan Titanium

Pemesinan Kriogenik: Memanfaatkan nitrogen cair untuk mendinginkan area pemotongan, mengurangi keausan alat dan meningkatkan kualitas komponen.
Pemesinan dengan bantuan ultrasonik: Meningkatkan tingkat penghilangan material dan mengurangi keausan alat dengan menerapkan getaran ultrasonik.
5-Pemesinan Sumbu: Ideal untuk menciptakan geometri kompleks dan memastikan presisi tinggi pada bagian multi-sisi.

10. Kontrol Kualitas dalam Mesin CNC Titanium

Mempertahankan toleransi dan presisi yang ketat sangat penting saat melakukan pemesinan titanium. Langkah-langkah pengendalian kualitas meliputi:

Mesin Pengukur Koordinat (CMM): Untuk pengukuran yang tepat dan kepatuhan terhadap spesifikasi.
Perawatan Pasca Pemesinan: Perlakuan panas, finishing permukaan, dan inspeksi memastikan produk akhir memenuhi spesifikasi.

11. Aplikasi Umum Suku Cadang Titanium Mesin

Titanium banyak digunakan di berbagai industri untuk komponen yang membutuhkan kekuatan, Properti Ringan, dan resistensi korosi:

Industri Kelautan/Angkatan Laut

Ketahanan korosi Titanium yang luar biasa menjadikannya ideal untuk aplikasi kelautan. Ini biasanya digunakan dalam produksi poros baling-baling, robotika bawah air, laberang, katup bola, penukar panas laut, perpipaan sistem kebakaran, pompa, liner tumpukan knalpot, dan sistem pendingin onboard.

Aerospace

Rasio kekuatan dan berat Titanium yang tinggi, resistensi korosi, dan toleransi panas menjadikannya bahan pilihan di luar angkasa. Digunakan untuk komponen jok, bagian turbin, poros, katup, perumahan, filter, dan bagian sistem pembangkit oksigen.

Otomotif

While aluminum is often favored in the automotive sector due to its availability and cost-effectiveness, titanium is still used for high-performance parts. These include valves, Valve Springs, retainers, brake caliper pistons, engine piston pins, suspension springs, stop brackets, engine rockers, dan menghubungkan batang.

Medis dan Gigi

Titanium is highly valued in the medical field for its corrosion resistance, low electrical conductivity, dan biokompatibilitas. It is used in bone screws, implan gigi, cranial screws for fixation, spinal rods, konektor, piring, and orthopedic pins.

12. Tren Masa Depan dalam Pemesinan Titanium

Advancements in Tooling Materials and Coatings: New materials and coatings will extend tool life and improve machining efficiency.
Innovations in Machining Techniques and Automation: Automation will enhance productivity and consistency.
Sustainable and Cost-Effective Machining Practices: Focus on minimizing waste and energy consumption.

13. Pilih DEZE untuk Pemesinan Komponen Titanium

DEZE menawarkan keahlian dalam pemesinan titanium CNC dengan peralatan canggih, masinis yang terampil, dan komitmen terhadap kualitas, memastikan komponen berkualitas tinggi yang disesuaikan dengan kebutuhan spesifik Anda.

14. Kesimpulan

Sifat unik Titanium menjadikannya bahan berharga untuk pemesinan CNC. Meskipun ada tantangan, mengikuti praktik terbaik dan memanfaatkan teknik canggih dapat memberikan hasil yang luar biasa. Baik untuk komponen dirgantara maupun alat kesehatan, memilih grade yang tepat dan menerapkan strategi pemesinan yang efektif adalah kunci keberhasilan proyek pemesinan titanium.

Referensi konten：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminium/

FAQ

Apakah titanium lebih sulit dikerjakan daripada baja?

Ya, titanium lebih menantang untuk dikerjakan daripada baja, terutama karena titik lelehnya yang tinggi dan kecenderungannya untuk meregang daripada pecah. Kelenturan ini membuatnya lebih sulit untuk dikerjakan secara presisi.

Berapa laju umpan penggilingan untuk titanium?

Untuk penggilingan titanium, kecepatan potong 40 ke 150 m/menit direkomendasikan, dengan laju umpan mulai dari 0.03 ke 0.15 mm per gigi.

Bagaimana Anda menghilangkan stres pada titanium setelah pemesinan?

Paduan titanium dapat menghilangkan tegangan tanpa kehilangan kekuatan atau keuletannya. Proses ini melibatkan pemanasan logam hingga 595-705 ° C. (1100-1300 ° f) selama satu hingga dua jam, diikuti dengan pendingin udara.