Titanio con lavorazione CNC

Introduzione

Il titanio è un materiale molto apprezzato per il suo eccezionale rapporto resistenza/peso, resistenza alla corrosione superiore, e biocompatibilità. Queste proprietà lo rendono indispensabile in settori che vanno dall'aerospaziale e dai dispositivi medici all'ingegneria automobilistica e navale. CNC (Controllo numerico computerizzato) la lavorazione del titanio richiede conoscenze e tecniche specializzate a causa delle caratteristiche uniche del materiale. Questa guida approfondisce i suggerimenti essenziali, sfide, e gradi di titanio per un'efficacia Lavorazione CNC.

1. Perché scegliere il titanio per le parti meccaniche CNC?

Il titanio è preferito per le parti lavorate a CNC grazie alle sue eccezionali proprietà:

• Rapporto resistenza-peso: Il titanio offre uno dei rapporti resistenza/peso più elevati di qualsiasi altro metallo, rendendolo ideale per applicazioni che richiedono sia durata che leggerezza.
• Resistenza alla corrosione: Forma naturalmente uno strato protettivo di ossido, che resiste alla corrosione in ambienti difficili.
• Biocompatibilità: Il titanio è resistente alla corrosione, ha un'elevata biocompatibilità e proprietà non tossiche che lo rendono ideale per l'uso nel settore medico.
• Non magnetico: Questo metallo non ha caratteristiche magnetiche.
• Industrie comuni: Aerospaziale, medico, automobilistico, e i settori marino utilizzano ampiamente il titanio per le sue capacità ad alte prestazioni.

2. Sfide da considerare durante la lavorazione del titanio

Mentre la lavorazione CNC del titanio offre molti vantaggi, presenta anche diverse sfide:

• Elevata reattività chimica e grippaggio
  L’elevata reattività chimica del titanio può far sì che i gas reagiscano con la sua superficie durante la lavorazione, portando all'ossidazione, infragilimento, e ridotta resistenza alla corrosione. Inoltre, il suo basso modulo elastico lo rende “gommoso”.,” facendolo aderire agli utensili da taglio e provocando danni agli utensili e finiture superficiali scadenti.
• Accumulo di calore e forze di taglio
  La bassa conduttività termica del titanio provoca l’accumulo di calore nel punto di taglio, portando ad una rapida usura dell'utensile e potenziali danni alla superficie, soprattutto con leghe più dure. Per mitigare questo, utilizzare un numero di giri inferiore con un carico di truciolo maggiore e applicare refrigerante ad alta pressione per mantenere temperature di taglio più basse. Anche le elevate forze di taglio richieste per la lavorazione del titanio contribuiscono all’usura dell’utensile, vibrazione, e ridotta qualità della superficie.
• Tensioni residue e incrudimento
  La struttura cristallina delle leghe di titanio può aumentare le forze di taglio, con conseguenti tensioni residue che potrebbero causare la deformazione delle parti, crepa, o indebolirsi nel tempo, incidendo sulla durata e sulla precisione dei componenti lavorati.

3. Consigli utili per la lavorazione del titanio

Per superare queste sfide, possono essere impiegate diverse strategie:

• Selezione dello strumento: Optare per utensili in metallo duro o ceramica con geometria adeguata e rivestimenti progettati per il titanio.
• Parametri di taglio: Regola la velocità, velocità di avanzamento, e profondità di taglio per gestire il calore e ridurre al minimo l'usura dell'utensile.
• Refrigerante e lubrificazione: Utilizzare refrigerante ad alta pressione per gestire efficacemente il calore e aumentare la durata dell'utensile.
• Tecniche di tenuta del lavoro: Utilizzare dispositivi di fissaggio rigidi per ridurre al minimo le vibrazioni e le vibrazioni.
• Strategia di lavorazione: Utilizzare la fresatura concorde e tagli di profondità leggeri per ridurre il calore e il carico sull'utensile.
• Gestione dei chip: Garantire un'efficace rimozione dei trucioli per evitare l'incrudimento e mantenere la qualità della superficie.

Questi suggerimenti aiutano a mantenere la durata dell'utensile, migliorando l’efficienza, e ottenere la finitura desiderata.

4. Diversi gradi di titanio per la lavorazione CNC

Il titanio è disponibile in vari gradi e leghe, ciascuno adatto per applicazioni specifiche con vantaggi e svantaggi unici. Ecco una panoramica concisa dei principali gradi di titanio:

Gradi di titanio puro

• Grado 1 (Basso contenuto di ossigeno):

Il titanio più morbido e duttile, noto per l'eccellente lavorabilità, tenacità all'impatto, resistenza alla corrosione, e formabilità. Tuttavia, ha una resistenza inferiore rispetto ad altri gradi. È usato in medicina, automobilistico, e applicazioni aerospaziali.

• Grado 2 (Contenuto di ossigeno standard):

Conosciuto come “titanio da lavoro”.,"offre un equilibrio di forza, resistenza alla corrosione, formabilità, e saldabilità. Comunemente utilizzato nei dispositivi medici e nel settore aerospaziale per i motori degli aerei.

• Grado 3 (Contenuto medio di ossigeno):

Meno popolare di Grades 1 E 2, ma offre buone proprietà meccaniche, elevata resistenza alla corrosione, e lavorabilità. È utilizzato in medicina, marino, e campi aerospaziali.

• Grado 4 (Elevato contenuto di ossigeno):

Presenta elevata robustezza e resistenza alla corrosione ma è difficile da lavorare, che richiedono più refrigerante e velocità di avanzamento più elevate. Viene utilizzato in recipienti criogenici, componenti della cellula, scambiatori di calore, e attrezzature CPI.

Gradi di leghe di titanio

• Grado 5 (Ti6Al4V):

Una lega ampiamente utilizzata con 6% alluminio e 4% vanadio, offrendo elevata resistenza alla corrosione e formabilità, anche se non il più forte. Ideale per la produzione di energia, marino, e strutture aerospaziali critiche.

• Grado 6 (Di 5 Al-2.5Sn):

Noto per la sua stabilità, forza, e saldabilità ad alte temperature, rendendolo adatto per cellule e motori a reazione.

• Grado 7 (Di-0.15Pd):

Simile a Grado 2 ma con aggiunta di palladio per una maggiore resistenza alla corrosione. È eccellente per le apparecchiature di trattamento chimico grazie alla sua buona formabilità e saldabilità.

• Grado 11 (Di-0.15Pd):

Come Grado 7 ma più duttile e con minore tolleranza alle impurità. Ha una resistenza leggermente inferiore e viene utilizzato nella produzione marina e di clorati.

• Grado 12 (Ti0.3Mo0.8Ni):

Contiene 0.8% nichel e 0.3% molibdeno, offrendo una saldabilità superiore, resistenza alle alte temperature, e resistenza alla corrosione. Utilizzato negli scambiatori di calore, marino, e componenti aeronautici.

• Grado 23 (T6Al4V-ELI):

Conosciuto anche come interstiziale extra basso o TAV-EIL, il grado 23 il titanio condivide proprietà simili al grado 5 ma è più puro. Ha una buona tenacità alla frattura, biocompatibilità, e scarsa lavorabilità relativa. Trova impiego nella produzione di perni ortopedici, viti, punti chirurgici, e apparecchi ortodontici.

5. Confronto dei gradi di titanio per la lavorazione

La lavorabilità varia a seconda dei gradi, con titanio puro (Gradi 1-4) essendo più lavorabili rispetto ai gradi legati. Quando si seleziona un grado, considerare i requisiti specifici della vostra applicazione, come la resistenza alla corrosione, forza, ed efficienza in termini di costi.

6. Strumenti e attrezzature per la lavorazione del titanio

• Macchine CNC: Le macchine CNC a coppia elevata capaci di movimenti precisi sono essenziali.
• Tipi di utensili: Frese, trapani, e gli inserti devono essere realizzati con materiali resistenti alla natura abrasiva del titanio, come carburi rivestiti o ceramica.

7. Come scegliere gli utensili da taglio giusti per la lavorazione del titanio？

La scelta degli utensili da taglio giusti per la lavorazione del titanio è fondamentale a causa delle proprietà uniche del metallo, come ad esempio l'alta resistenza, bassa conduttività termica, e reattività chimica. Queste caratteristiche rendono il titanio difficile da lavorare, che richiedono materiali specifici per gli utensili, geometrie, e rivestimenti per ottenere risultati ottimali. Ecco una guida per selezionare gli utensili da taglio giusti per la lavorazione del titanio:

1. Seleziona il materiale dello strumento appropriato

• Utensili in carburo: Gli utensili in metallo duro sono la scelta più comune per la lavorazione del titanio a causa della loro durezza, tenacità, e resistenza all'usura. Sono preferiti i gradi con un alto contenuto di cobalto poiché offrono una migliore resistenza al calore e ritenzione dei bordi.
• Utensili in carburo rivestito: Applicazione di rivestimenti come nitruro di titanio e alluminio (TiAlN) o nitruro di alluminio e cromo (AlCrN) agli utensili in metallo duro migliora la resistenza al calore e riduce l'usura degli utensili. Questi rivestimenti aiutano a dissipare il calore dal tagliente e a ridurre al minimo le reazioni chimiche con il titanio.
• Strumenti Cermet: Composto da ceramica e metallo, Gli utensili in cermet offrono un'eccellente resistenza all'usura e possono gestire velocità di taglio più elevate. Sono adatti per operazioni di finitura dove viene generato meno calore.
• Diamante ceramico e policristallino (PCD) Utensili: Per applicazioni specifiche di finitura ad alta velocità, gli strumenti in ceramica o PCD possono essere efficaci. Tuttavia, sono fragili e non sono ideali per le operazioni di sgrossatura a causa della loro mancanza di tenacità.

2. Scegli la geometria giusta dello strumento

• Taglienti affilati: Utilizzare strumenti affilati, angoli di spoglia positivi per minimizzare le forze di taglio e ridurre la generazione di calore. Gli strumenti affilati aiutano anche a prevenire l'incrudimento e l'usura, che sono problemi comuni durante la lavorazione del titanio.
• Angolo dell'elica ottimale: La scelta degli utensili con l'angolo d'elica corretto migliora l'evacuazione del truciolo e riduce le vibrazioni, che è fondamentale per mantenere la qualità della finitura superficiale e la durata dell'utensile. Un angolo dell'elica più elevato è spesso più efficace nel ridurre le vibrazioni.
• Nucleo forte e design rigido: Le frese con nuclei più spessi e un numero ridotto di scanalature sono più resistenti e meno soggette a flessione, che aiuta a mantenere la precisione e a ridurre il rischio di rottura durante i tagli pesanti.

3. Prendi in considerazione rivestimenti e trattamenti per utensili

• Rivestimenti TiAlN e AlCrN: Questi rivestimenti sono progettati per resistere alle alte temperature e ridurre l'affinità chimica tra l'utensile e il titanio, diminuendo le possibilità di bordo di riporto (PARLARE) formazione e grippaggio.
• Carbonio simile al diamante (DLC) Rivestimenti: Per applicazioni specifiche, I rivestimenti DLC possono offrire prestazioni migliorate riducendo l'attrito e aumentando la resistenza all'usura, soprattutto nelle leghe di titanio non ferrose.

4. Ottimizza i parametri di taglio

• Velocità di taglio inferiori: La bassa conduttività termica del titanio fa sì che il calore rimanga concentrato vicino all'area di taglio. Utilizzo di velocità di taglio inferiori (tipicamente 30-60 metri al minuto) aiuta a gestire l'accumulo di calore e prolunga la durata dell'utensile.
• Tassi di alimentazione moderati: È essenziale bilanciare le velocità di avanzamento con la velocità di taglio. Una velocità di avanzamento moderata aiuta a mantenere lo spessore del truciolo, che è necessario per un'efficiente dissipazione del calore ed evitare l'incrudimento.
• Refrigerante ad alta pressione: L'utilizzo di sistemi di raffreddamento ad alta pressione è fondamentale per la lavorazione del titanio. Aiutano a rimuovere calore e trucioli dalla zona di taglio, prevenendo danni all'utensile e garantendo migliori finiture superficiali.

5. Utilizza la giusta strategia del percorso utensile

• Fresatura trocoidale: Questa strategia di fresatura avanzata prevede l'adozione di profondità di taglio radiali minori e profondità assiali elevate, che riduce al minimo la generazione di calore e distribuisce uniformemente le forze di taglio, migliorando la durata dell'utensile.
• Peck Foratura: Durante la foratura del titanio, la perforazione a beccuccio può essere utilizzata per rompere i trucioli ed evacuarli dal foro, riducendo il rischio di intasamento dei trucioli e accumulo di calore.
• Impegno costante della taglierina: Mantenere un angolo di impegno della taglierina costante per evitare cambiamenti improvvisi nel carico, che possono causare vibrazioni e influire sulla durata dell'utensile e sulla qualità della parte.

6. Garantire un'adeguata tenuta del pezzo e la rigidità della macchina

• Tenuta di lavoro stabile: Utilizzare l'alta precisione, soluzioni di bloccaggio pezzo rigide per ridurre al minimo le vibrazioni e garantire stabilità durante la lavorazione. La riduzione delle vibrazioni non solo migliora la finitura superficiale ma previene anche la scheggiatura dell'utensile.
• Macchine utensili rigide: Le macchine CNC con elevata rigidità e capacità di smorzamento sono essenziali per lavorare efficacemente il titanio. Aiutano a ridurre al minimo le vibrazioni, mantenere la stabilità dell'utensile, e forniscono un controllo preciso sulle forze di taglio.

8. Finiture superficiali per parti in titanio lavorate

Una gamma di finitura superficiale le tecniche possono migliorare i prodotti in titanio lavorati a CNC per ragioni funzionali ed estetiche. Il titanio può essere rifinito utilizzando metodi come la lucidatura, Verniciatura a polvere, Rivestimento PVD, Spazzolatura, anodizzazione, e sabbiatura per ottenere le finiture superficiali desiderate che soddisfano specifici standard di settore.

9. Tecniche avanzate per la lavorazione del titanio

• Lavorazione criogenica: Utilizza azoto liquido per raffreddare l'area di taglio, riducendo l'usura degli utensili e migliorando la qualità delle parti.
• Lavorazione assistita da ultrasuoni: Aumenta i tassi di rimozione del materiale e riduce l'usura dell'utensile applicando vibrazioni ultrasoniche.
• 5-Lavorazione degli assi: Ideale per creare geometrie complesse e garantire un'elevata precisione in parti a più lati.

10. Controllo qualità nella lavorazione CNC del titanio

Mantenere tolleranze strette e precisione è fondamentale durante la lavorazione del titanio. Le misure di controllo della qualità includono:

• Macchine di misura a coordinate (CMM): Per misurazioni precise e rispetto delle specifiche.
• Trattamenti post-lavorazione: Trattamento termico, finitura superficiale, e l'ispezione garantiscono che il prodotto finale soddisfi le specifiche.

11. Applicazioni comuni delle parti in titanio lavorate

Il titanio è ampiamente utilizzato in tutti i settori per componenti che richiedono resistenza, proprietà leggere, e resistenza alla corrosione:

Industria marina/navale

L’eccezionale resistenza alla corrosione del titanio lo rende ideale per le applicazioni marine. È comunemente utilizzato nella produzione di alberi portaelica, robotica subacquea, sartiame, valvole a sfera, scambiatori di calore marini, tubazioni del sistema antincendio, pompe, rivestimenti del camino di scarico, e sistemi di raffreddamento di bordo.

Aerospaziale

L’elevato rapporto resistenza/peso del titanio, resistenza alla corrosione, e la tolleranza al calore lo rendono un materiale preferito nel settore aerospaziale. Viene utilizzato per i componenti dei sedili, parti della turbina, alberi, valvole, alloggiamenti, filtri, e parti del sistema di generazione dell'ossigeno.

Automobilistico

Mentre l’alluminio è spesso preferito nel settore automobilistico per la sua disponibilità e il suo rapporto costo-efficacia, il titanio è ancora utilizzato per parti ad alte prestazioni. Questi includono valvole, molle delle valvole, servitori, pistoncini della pinza freno, spinotti dei pistoni del motore, molle di sospensione, parentesi di arresto, bilancieri del motore, e bielle.

Medico e odontoiatrico

Il titanio è molto apprezzato in campo medico per la sua resistenza alla corrosione, bassa conduttività elettrica, e biocompatibilità. Viene utilizzato nelle viti ossee, impianti dentali, viti craniche per il fissaggio, aste spinali, connettori, piatti, e perni ortopedici.

12. Tendenze future nella lavorazione del titanio

• Progressi nei materiali e nei rivestimenti per utensili: Nuovi materiali e rivestimenti prolungheranno la durata dell’utensile e miglioreranno l’efficienza della lavorazione.
• Innovazioni nelle tecniche di lavorazione e nell'automazione: L’automazione migliorerà la produttività e la coerenza.
• Pratiche di lavorazione sostenibili ed economicamente vantaggiose: Concentrarsi sulla minimizzazione dei rifiuti e del consumo energetico.

13. Scegli DEZE per la lavorazione di parti in titanio

DEZE offre esperienza nella lavorazione CNC del titanio con attrezzature avanzate, macchinisti esperti, e un impegno per la qualità, garantendo componenti di alta qualità su misura per le vostre esigenze specifiche.

14. Conclusione

Le proprietà uniche del titanio lo rendono un materiale prezioso per la lavorazione CNC. Nonostante le sfide, seguire le migliori pratiche e utilizzare tecniche avanzate può produrre risultati eccezionali. Che si tratti di componenti aerospaziali o di dispositivi medici, la scelta della giusta qualità e l'impiego di strategie di lavorazione efficaci sono fondamentali per il successo dei progetti di lavorazione del titanio.

Riferimento al contenuto：https://dz-machining.com/titanium-vs-alluminio/

Domande frequenti

Il titanio è più difficile da lavorare rispetto all'acciaio?

SÌ, il titanio è più difficile da lavorare rispetto all'acciaio, principalmente a causa del suo alto punto di fusione e della tendenza ad allungarsi piuttosto che a rompersi. Questa malleabilità rende più difficile la lavorazione precisa.

Qual è la velocità di avanzamento della fresatura per il titanio?

Per fresare il titanio, una velocità di taglio di 40 A 150 si consiglia m/min, con una velocità di avanzamento compresa tra 0.03 A 0.15 mm per dente.

Come si allevia lo stress nel titanio dopo la lavorazione??

Le leghe di titanio possono subire distensione senza perdere resistenza o duttilità. Questo processo prevede il riscaldamento del metallo 595-705 °C (1100-1300 °F) per una o due ore, seguito dal raffreddamento ad aria.