CNC-bewerking van titanium

Invoering

Titanium is een zeer gewaardeerd materiaal vanwege de uitzonderlijke sterkte-gewichtsverhouding, superieure corrosieweerstand, en biocompatibiliteit. Deze eigenschappen maken het onmisbaar in sectoren variërend van lucht- en ruimtevaart en medische apparatuur tot automobiel- en scheepsbouwkunde. CNC (Computer numerieke besturing) het bewerken van titanium vereist gespecialiseerde kennis en technieken vanwege de unieke eigenschappen van het materiaal. Deze gids gaat dieper in op de essentiële tips, uitdagingen, en soorten titanium voor effectief CNC-bewerking.

1. Waarom kiezen voor titanium voor CNC-bewerkingsonderdelen?

Titanium heeft de voorkeur voor CNC-bewerkingsonderdelen vanwege zijn uitstekende eigenschappen:

• Sterkte-gewichtsverhouding: Titanium biedt een van de hoogste sterkte-gewichtsverhoudingen van alle metalen, waardoor het ideaal is voor toepassingen die zowel duurzaamheid als lichtheid vereisen.
• Corrosiebestendigheid: Het vormt op natuurlijke wijze een beschermende oxidelaag, die bestand is tegen corrosie in ruwe omgevingen.
• Biocompatibiliteit: Titanium is corrosiebestendig, heeft een hoge biocompatibiliteit en niet-giftige eigenschappen, waardoor het ideaal is voor gebruik in de medische industrie.
• Niet-magnetisch: Dit metaal heeft geen magnetische eigenschappen.
• Gemeenschappelijke industrieën: Lucht- en ruimtevaart, medisch, automobiel, en de maritieme sector maakt op grote schaal gebruik van titanium vanwege zijn krachtige mogelijkheden.

2. Uitdagingen waarmee u rekening moet houden bij het bewerken van titanium

Terwijl CNC-bewerking van titanium veel voordelen biedt, het brengt ook verschillende uitdagingen met zich mee:

• Hoge chemische reactiviteit en vreten
  De hoge chemische reactiviteit van titanium kan ervoor zorgen dat gassen tijdens de bewerking met het oppervlak reageren, wat leidt tot oxidatie, verbrossing, en verminderde corrosieweerstand. Aanvullend, de lage elasticiteitsmodulus maakt het “kleverig”.,waardoor het aan snijgereedschappen blijft plakken, wat kan leiden tot gereedschapsschade en een slechte oppervlakteafwerking.
• Warmteopbouw en snijkrachten
  De lage thermische geleidbaarheid van titanium zorgt ervoor dat warmte zich ophoopt op het snijpunt, wat leidt tot snelle slijtage van het gereedschap en mogelijke oppervlakteschade, vooral bij hardere legeringen. Om dit te verzachten, gebruik een lager toerental met een grotere spaanbelasting en pas hogedrukkoelmiddel toe om koelere snijtemperaturen te behouden. De hoge snijkrachten die nodig zijn voor het bewerken van titanium dragen ook bij aan gereedschapslijtage, trillingen, en verminderde oppervlaktekwaliteit.
• Restspanningen en verharding
  De kristalstructuur van titaniumlegeringen kan de snijkrachten vergroten, Dit resulteert in restspanningen die ertoe kunnen leiden dat onderdelen kromtrekken, scheur, of verzwakken in de loop van de tijd, wat invloed heeft op de duurzaamheid en nauwkeurigheid van bewerkte componenten.

3. Handige tips voor het bewerken van titanium

Om deze uitdagingen te overwinnen, Er kunnen verschillende strategieën worden toegepast:

• Gereedschapsselectie: Kies voor hardmetalen of keramische gereedschappen met de juiste geometrie en coatings ontworpen voor titanium.
• Snijparameters: Pas de snelheid aan, voedingssnelheid, en snedediepte om de hitte te beheersen en gereedschapslijtage te minimaliseren.
• Koelvloeistof en smering: Gebruik hogedrukkoelmiddel om de hitte effectief te beheersen en de standtijd te verlengen.
• Technieken voor het vasthouden van werkstukken: Gebruik een stevige bevestiging om trillingen en geratel te minimaliseren.
• Bewerkingsstrategie: Gebruik meelopend frezen en lichte dieptesneden om de hitte en de gereedschapsbelasting te verminderen.
• Chipbeheer: Zorg voor een efficiënte spaanafvoer om verharding van het werk te voorkomen en de oppervlaktekwaliteit te behouden.

Deze tips helpen bij het behouden van de standtijd van het gereedschap, het verbeteren van de efficiëntie, en het bereiken van de gewenste afwerking.

4. Verschillende titaniumkwaliteiten voor CNC-bewerking

Titanium is verkrijgbaar in verschillende kwaliteiten en legeringen, elk geschikt voor specifieke toepassingen met unieke voor- en nadelen. Hier is een beknopt overzicht van de belangrijkste titaniumkwaliteiten:

Zuivere titaniumkwaliteiten

• Cijfer 1 (Laag zuurstofgehalte):

Het zachtste en meest rekbare titanium, bekend om zijn uitstekende bewerkbaarheid, slagvastheid, corrosiebestendigheid, en vervormbaarheid. Echter, het heeft een lagere sterkte vergeleken met andere kwaliteiten. Het wordt gebruikt in de medische wereld, automobiel, en ruimtevaarttoepassingen.

• Cijfer 2 (Standaard zuurstofgehalte):

Bekend als ‘werkpaard-titanium,'Het biedt een balans van kracht, corrosiebestendigheid, vervormbaarheid, en lasbaarheid. Vaak gebruikt in medische apparatuur en ruimtevaart voor vliegtuigmotoren.

• Cijfer 3 (Gemiddeld zuurstofgehalte):

Minder populair dan Grades 1 En 2, maar biedt goede mechanische eigenschappen, hoge corrosieweerstand, en bewerkbaarheid. Het wordt gebruikt in de medische wereld, marien, en ruimtevaartvelden.

• Cijfer 4 (Hoog zuurstofgehalte):

Beschikt over een hoge sterkte en corrosiebestendigheid, maar is een uitdaging om te bewerken, waarvoor meer koelmiddel en hogere voedingssnelheden nodig zijn. Het wordt gebruikt in cryogene vaten, onderdelen van het casco, warmtewisselaars, en CPI-apparatuur.

Titaniumlegeringen

• Cijfer 5 (Ti6Al4V):

Een veel gebruikte legering met 6% aluminium en 4% vanadium, biedt een hoge corrosieweerstand en vervormbaarheid, hoewel niet de sterkste. Ideaal voor energieopwekking, marien, en kritische lucht- en ruimtevaartstructuren.

• Cijfer 6 (Van 5 Al-2,5Sn):

Bekend om zijn stabiliteit, kracht, en lasbaarheid bij hoge temperaturen, waardoor het geschikt is voor casco's en straalmotoren.

• Cijfer 7 (Van-0.15Pd):

gelijk aan Grade 2 maar met toegevoegd palladium voor verbeterde corrosieweerstand. Het is uitstekend geschikt voor chemische verwerkingsapparatuur vanwege de goede vervormbaarheid en lasbaarheid.

• Cijfer 11 (Van-0.15Pd):

Zoals rang 7 maar taaier en met een lagere onzuiverheidstolerantie. Het heeft een iets lagere sterkte en wordt gebruikt in de maritieme en chloraatproductie.

• Cijfer 12 (Ti0,3Mo0,8Ni):

Bevat 0.8% nikkel en 0.3% molybdeen, biedt superieure lasbaarheid, sterkte bij hoge temperaturen, en corrosiebestendigheid. Gebruikt in warmtewisselaars, marien, en vliegtuigonderdelen.

• Cijfer 23 (T6Al4V-ELI):

Ook bekend als extra laag interstitieel of TAV-EIL, het cijfer 23 titanium heeft vergelijkbare eigenschappen als kwaliteit 5 maar is zuiverder. Het heeft een goede breuktaaiheid, biocompatibiliteit, en slechte relatieve bewerkbaarheid. Het wordt gebruikt bij de productie van orthopedische pinnen, schroeven, chirurgische nietjes, en orthodontische apparaten.

5. Vergelijking van titaniumkwaliteiten voor verspaning

De bewerkbaarheid varieert per kwaliteit, met puur titanium (Cijfers 1-4) zijn beter bewerkbaar dan gelegeerde kwaliteiten. Bij het selecteren van een cijfer, houd rekening met de specifieke vereisten van uw toepassing, zoals corrosiebestendigheid, kracht, en kosteneffectiviteit.

6. Gereedschappen en uitrusting voor het bewerken van titanium

• CNC-machines: CNC-machines met een hoog koppel die nauwkeurige bewegingen kunnen maken, zijn essentieel.
• Gereedschapstypen: Eindmolens, boren, en inzetstukken moeten gemaakt zijn van materialen die bestand zijn tegen de schurende aard van titanium, zoals gecoate carbiden of keramiek.

7. Hoe u de juiste snijgereedschappen kiest voor het bewerken van titanium？

Het kiezen van de juiste snijgereedschappen voor het bewerken van titanium is cruciaal vanwege de unieke eigenschappen van het metaal, zoals hoge sterkte, lage thermische geleidbaarheid, en chemische reactiviteit. Deze kenmerken maken titanium uitdagend om te bewerken, waarvoor specifieke gereedschapsmaterialen nodig zijn, geometrieën, en coatings om optimale resultaten te bereiken. Hier vindt u een gids voor het selecteren van de juiste snijgereedschappen voor het bewerken van titanium:

1. Selecteer het juiste gereedschapsmateriaal

• Hardmetalen gereedschappen: Hardmetalen gereedschappen zijn de meest gebruikelijke keuze voor titaniumbewerking vanwege hun hardheid, taaiheid, en weerstand tegen slijtage. Kwaliteiten met een hoog kobaltgehalte hebben de voorkeur omdat ze een betere hittebestendigheid en scherptebehoud bieden.
• Gecoate hardmetalen gereedschappen: Het aanbrengen van coatings zoals Titanium Aluminium Nitride (TiAlN) of aluminiumchroomnitride (AlCrN) aan hardmetalen gereedschappen verbetert de hittebestendigheid en vermindert gereedschapslijtage. Deze coatings helpen de warmte van de snijkant af te voeren en chemische reacties met titanium te minimaliseren.
• Cermet-gereedschappen: Bestaande uit keramiek en metaal, cermetgereedschappen bieden uitstekende slijtvastheid en kunnen hogere snijsnelheden aan. Ze zijn geschikt voor afwerkingswerkzaamheden waarbij minder warmte wordt gegenereerd.
• Keramiek en polykristallijne diamant (PCD) Hulpmiddelen: Voor specifieke snelle afwerkingstoepassingen, keramische of PCD-tools kunnen effectief zijn. Echter, ze zijn bros en niet ideaal voor voorbewerkingen vanwege hun gebrek aan taaiheid.

2. Kies de juiste gereedschapsgeometrie

• Scherpe snijkanten: Gebruik gereedschap met scherp, positieve spaanhoeken om de snijkrachten te minimaliseren en de warmteontwikkeling te verminderen. Scherp gereedschap helpt ook om verharding en vreten van het werk te voorkomen, Dit zijn veelvoorkomende problemen bij het bewerken van titanium.
• Optimale spiraalhoek: Het selecteren van gereedschappen met de juiste spiraalhoek verbetert de spaanafvoer en vermindert trillingen, wat cruciaal is voor het behoud van de kwaliteit van de oppervlakteafwerking en de standtijd van het gereedschap. Een hogere helixhoek is vaak effectiever in het verminderen van chatter.
• Sterke kern en stijf ontwerp: Vingerfrezen met dikkere kernen en minder spaankamers zijn sterker en minder gevoelig voor doorbuiging, Dit helpt de nauwkeurigheid te behouden en het risico op breuk tijdens zware sneden te verminderen.

3. Overweeg gereedschapscoatings en -behandelingen

• TiAlN- en AlCrN-coatings: Deze coatings zijn ontworpen om hoge temperaturen te weerstaan ​​en de chemische affiniteit tussen het gereedschap en titanium te verminderen, waardoor de kans op opgebouwde voorsprong wordt verkleind (SPREKEN) vorming en vergalling.
• Diamantachtige koolstof (DLC) Coatings: Voor specifieke toepassingen, DLC-coatings kunnen betere prestaties bieden door wrijving te verminderen en de slijtvastheid te vergroten, vooral in non-ferro titaniumlegeringen.

4. Optimaliseer snijparameters

• Lagere snijsnelheden: De lage thermische geleidbaarheid van titanium betekent dat de warmte geconcentreerd blijft nabij het snijgebied. Gebruik van lagere snijsnelheden (typisch 30-60 meter per minuut) helpt de opbouw van warmte onder controle te houden en verlengt de standtijd van het gereedschap.
• Matige voedingssnelheden: Het in evenwicht brengen van voedingssnelheden en snijsnelheid is essentieel. Een gematigde voedingssnelheid helpt de spaandikte te behouden, wat nodig is voor een efficiënte warmteafvoer en het vermijden van werkverharding.
• Hogedruk-koelvloeistof: Het gebruik van hogedrukkoelsystemen is van cruciaal belang voor de bewerking van titanium. Ze helpen hitte en spanen uit de snijzone te verwijderen, het voorkomen van gereedschapsschade en het garanderen van een betere oppervlakteafwerking.

5. Gebruik de juiste toolpadstrategie

• Trochoïdaal frezen: Deze geavanceerde freesstrategie omvat het nemen van kleinere radiale snededieptes en hoge axiale dieptes, waardoor de warmteontwikkeling wordt geminimaliseerd en de snijkrachten gelijkmatig worden verdeeld, verbetering van de standtijd van het gereedschap.
• Peck-boren: Bij het boren van titanium, pikboren kan worden gebruikt om spanen te breken en uit het gat te verwijderen, waardoor het risico op verstopping van de spanen en de opbouw van warmte wordt verminderd.
• Constante snij-inschakeling: Handhaaf een constante snijhoek om plotselinge veranderingen in de belasting te voorkomen, die trillingen kunnen veroorzaken en de standtijd en kwaliteit van het onderdeel kunnen beïnvloeden.

6. Zorg voor een goede werkstukspanning en machinestijfheid

• Stabiele werkhouding: Gebruik hoge precisie, stijve werkstukopspanningsoplossingen om trillingen te minimaliseren en stabiliteit tijdens de bewerking te garanderen. Verminderde trillingen verbeteren niet alleen de oppervlakteafwerking, maar voorkomen ook dat het gereedschap afbrokkelt.
• Stijve werktuigmachines: CNC-machines met een hoge stijfheid en dempingsvermogen zijn essentieel voor het effectief bewerken van titanium. Ze helpen trillingen te minimaliseren, stabiliteit van het gereedschap behouden, en zorgen voor nauwkeurige controle over de snijkrachten.

8. Oppervlakteafwerkingen voor machinaal bewerkte titaniumonderdelen

Een bereik van oppervlakteafwerking technieken kunnen CNC-gefreesde titaniumproducten om functionele en esthetische redenen verbeteren. Titanium kan worden afgewerkt met behulp van methoden zoals polijsten, Poedercoating, PVD-coating, Poetsen, anodiseren, en parelstralen om de gewenste oppervlakteafwerking te bereiken die voldoet aan specifieke industrienormen.

9. Geavanceerde technieken voor het bewerken van titanium

• Cryogene bewerking: Maakt gebruik van vloeibare stikstof om het snijgebied te koelen, het verminderen van gereedschapsslijtage en het verbeteren van de kwaliteit van de onderdelen.
• Ultrasoon ondersteunde bewerking: Verbetert de materiaalverwijderingssnelheid en vermindert gereedschapslijtage door toepassing van ultrasone trillingen.
• 5-Asbewerking: Ideaal voor het creëren van complexe geometrieën en het garanderen van hoge precisie in meerzijdige onderdelen.

10. Kwaliteitscontrole bij CNC-bewerking van titanium

Het handhaven van nauwe toleranties en precisie is cruciaal bij het bewerken van titanium. Kwaliteitscontrolemaatregelen omvatten:

• Coördineren van meetmachines (CMM): Voor nauwkeurige metingen en naleving van specificaties.
• Behandelingen na machinale bewerking: Warmtebehandeling, oppervlakteafwerking, en inspectie zorgen ervoor dat het eindproduct aan de specificaties voldoet.

11. Veel voorkomende toepassingen van machinaal bewerkte titaniumonderdelen

Titanium wordt veel gebruikt in industrieën voor componenten die sterkte vereisen, lichtgewicht eigenschappen, en corrosiebestendigheid:

Maritieme/marine-industrie

De uitzonderlijke corrosieweerstand van titanium maakt het ideaal voor maritieme toepassingen. Het wordt vaak gebruikt bij de productie van schroefassen, onderwater robotica, tuigage, kogelkranen, maritieme warmtewisselaars, leidingen voor brandsystemen, pompen, uitlaatpijpvoeringen, en koelsystemen aan boord.

Lucht- en ruimtevaart

De hoge sterkte-gewichtsverhouding van titanium, corrosiebestendigheid, en hittetolerantie maken het tot een voorkeursmateriaal in de lucht- en ruimtevaart. Het wordt gebruikt voor stoelcomponenten, turbine onderdelen, schachten, kleppen, behuizingen, filters, en onderdelen van zuurstofopwekkingssysteem.

Automobiel

Terwijl aluminium vaak de voorkeur geniet in de automobielsector vanwege de beschikbaarheid en kosteneffectiviteit ervan, titanium wordt nog steeds gebruikt voor hoogwaardige onderdelen. Deze omvatten kleppen, klep veren, houders, zuigers van remklauwen, zuigerpennen van de motor, ophangingsveren, stop beugels, motor tuimelaars, en drijfstangen.

Medisch en Tandheelkundig

Titanium wordt op medisch gebied zeer gewaardeerd vanwege zijn corrosieweerstand, lage elektrische geleidbaarheid, en biocompatibiliteit. Het wordt gebruikt in botschroeven, tandheelkundige implantaten, schedelschroeven voor fixatie, wervelkolom staven, connectoren, platen, en orthopedische pinnen.

12. Toekomstige trends in de bewerking van titanium

• Vooruitgang in gereedschapsmaterialen en coatings: Nieuwe materialen en coatings zullen de standtijd van het gereedschap verlengen en de bewerkingsefficiëntie verbeteren.
• Innovaties in verspaningstechnieken en automatisering: Automatisering zal de productiviteit en consistentie verbeteren.
• Duurzame en kosteneffectieve bewerkingspraktijken: Focus op het minimaliseren van afval en energieverbruik.

13. Kies DEZE voor het bewerken van titanium onderdelen

DEZE biedt expertise in het CNC-bewerkingen van titanium met geavanceerde apparatuur, bekwame machinisten, en een streven naar kwaliteit, zorgen voor hoogwaardige componenten, afgestemd op uw specifieke eisen.

14. Conclusie

De unieke eigenschappen van titanium maken het een waardevol materiaal voor CNC-bewerking. Ondanks de uitdagingen, het volgen van best practices en het gebruik van geavanceerde technieken kan uitzonderlijke resultaten opleveren. Of het nu gaat om luchtvaartcomponenten of medische apparatuur, het kiezen van de juiste soort en het toepassen van effectieve bewerkingsstrategieën zijn de sleutel tot succesvolle titaniumbewerkingsprojecten.

Inhoud referentie：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminium/

Veelgestelde vragen

Is titanium moeilijker te bewerken dan staal??

Ja, Titanium is een grotere uitdaging om te bewerken dan staal, voornamelijk vanwege het hoge smeltpunt en de neiging om uit te rekken in plaats van te breken. Deze kneedbaarheid maakt het moeilijker om nauwkeurig te bewerken.

Wat is de freesvoeding voor titanium?

Voor het frezen van titanium, een snijsnelheid van 40 naar 150 m/min wordt aanbevolen, met een voedingssnelheid variërend van 0.03 naar 0.15 mm per tand.

Hoe verlicht je spanning in titanium na het bewerken??

Titaniumlegeringen kunnen spanningsverlichting ondergaan zonder hun sterkte of ductiliteit te verliezen. Bij dit proces wordt het metaal verwarmd 595-705 °C (1100-1300 °F) gedurende één tot twee uur, gevolgd door luchtkoeling.