CNC-bearbeiding av titan

Introduksjon

Titan er et høyt verdsatt materiale for sitt eksepsjonelle styrke-til-vekt-forhold, Overlegen korrosjonsmotstand, og biokompatibilitet. Disse egenskapene gjør den uunnværlig i sektorer som spenner fra romfart og medisinsk utstyr til bil- og marinteknikk. CNC (Datamaskin numerisk kontroll) maskinering av titan krever spesialkunnskap og -teknikker på grunn av materialets unike egenskaper. Denne guiden fordyper deg i de viktige tipsene, utfordringer, og kvaliteter av titan for effektiv CNC -maskinering.

1. Hvorfor velge titan for CNC-bearbeidingsdeler?

Titan er foretrukket for CNC-bearbeiding av deler på grunn av dets enestående egenskaper:

• Styrke-til-vekt-forhold: Titan tilbyr et av de høyeste styrke-til-vekt-forholdene av noe metall, gjør den ideell for applikasjoner som krever både holdbarhet og letthet.
• Korrosjonsmotstand: Det danner naturlig et beskyttende oksidlag, som motstår korrosjon i tøffe miljøer.
• Biokompatibilitet: Titan er korrosjonsbestandig, har høy biokompatibilitet og ikke-giftige egenskaper som gjør den ideell for bruk i medisinsk industri.
• Ikke-magnetisk: Dette metallet har ingen magnetiske egenskaper.
• Vanlige næringer: Luftfart, medisinsk, bil, og marine sektorer bruker i stor grad titan for sine høyytelsesegenskaper.

2. Utfordringer å vurdere når du bearbeider titan

Mens CNC-bearbeiding av titan gir mange fordeler, det byr også på flere utfordringer:

• Høy kjemisk reaktivitet og gnaging
  Titans høye kjemiske reaktivitet kan få gasser til å reagere med overflaten under bearbeiding, fører til oksidasjon, Embittlement, og redusert korrosjonsbestandighet. I tillegg, den lave elastisitetsmodulen gjør den "gummi".,” som får den til å feste seg til skjæreverktøy og fører til verktøyskader og dårlig overflatebehandling.
• Varmeoppbygging og skjærekrefter
  Titans lave varmeledningsevne fører til at varme samler seg ved skjærepunktet, fører til rask verktøyslitasje og potensiell overflateskade, spesielt med hardere legeringer. For å dempe dette, bruk et lavere turtall med en større sponbelastning og påfør høytrykkskjølevæske for å opprettholde kjøligere skjæretemperaturer. De høye skjærekreftene som kreves for titanbearbeiding bidrar også til verktøyslitasje, vibrasjon, og redusert overflatekvalitet.
• Restspenninger og herding
  Titanlegeringers krystallstruktur kan øke skjærekreftene, som resulterer i restspenninger som kan føre til at deler vrir seg, sprekk, eller svekkes over tid, påvirker holdbarheten og nøyaktigheten til maskinerte komponenter.

3. Nyttige tips for titanbearbeiding

For å overvinne disse utfordringene, flere strategier kan brukes:

• Valg av verktøy: Velg karbid eller keramiske verktøy med riktig geometri og belegg designet for titan.
• Kutte parametere: Juster hastigheten, matehastighet, og skjæredybde for å håndtere varme og minimere verktøyslitasje.
• Kjølevæske og smøring: Bruk høytrykkskjølevæske for å håndtere varme effektivt og forlenge verktøyets levetid.
• Arbeidsholdteknikker: Bruk stiv feste for å minimere vibrasjoner og skravling.
• Maskineringsstrategi: Bruk klatrefresing og lette dybdekutt for å redusere varme og verktøybelastning.
• Chip Management: Sørg for effektiv sponfjerning for å unngå arbeidsherding og opprettholde overflatekvaliteten.

Disse tipsene hjelper deg med å opprettholde verktøyets levetid, forbedre effektiviteten, og oppnå ønsket finish.

4. Ulike titankvaliteter for CNC-bearbeiding

Titan kommer i forskjellige kvaliteter og legeringer, hver egnet for spesifikke bruksområder med unike fordeler og ulemper. Her er en kortfattet oversikt over viktige titankvaliteter:

Karakterer av ren titan

• Karakter 1 (Lavt oksygeninnhold):

Det mykeste og mest duktile titanet, kjent for utmerket bearbeidbarhet, påvirke seighet, Korrosjonsmotstand, og formbarhet. Imidlertid, den har lavere styrke sammenlignet med andre karakterer. Det brukes i medisinsk, bil, og romfartsapplikasjoner.

• Karakter 2 (Standard oksygeninnhold):

Kjent som "arbeidshest titan,” det gir en styrkebalanse, Korrosjonsmotstand, Formbarhet, og sveisbarhet. Vanligvis brukt i medisinsk utstyr og romfart for flymotorer.

• Karakter 3 (Middels oksygeninnhold):

Mindre populær enn karakterer 1 og 2, men gir gode mekaniske egenskaper, Høy korrosjonsmotstand, og maskinbarhet. Det brukes i medisinsk, Marine, og romfartsfelt.

• Karakter 4 (Høyt oksygeninnhold):

Har høy styrke og korrosjonsbestandighet, men er utfordrende å bearbeide, krever mer kjølevæske og høyere matehastigheter. Det brukes i kryogene kar, flyskrogkomponenter, Varmevekslere, og KPI-utstyr.

Karakterer av titanlegering

• Karakter 5 (Ti6Al4V):

En mye brukt legering med 6% aluminium og 4% vanadium, gir høy korrosjonsbestandighet og formbarhet, men ikke den sterkeste. Ideell for kraftproduksjon, Marine, og kritiske romfartsstrukturer.

• Karakter 6 (Av 5 Al-2,5Sn):

Kjent for sin stabilitet, styrke, og sveisbarhet ved høye temperaturer, gjør den egnet for flyskrog og jetmotorer.

• Karakter 7 (Av-0.15PD):

Ligner på karakter 2 men med tilsatt palladium for økt korrosjonsbestandighet. Den er utmerket for kjemisk prosessutstyr på grunn av sin gode formbarhet og sveisbarhet.

• Karakter 11 (Av-0.15PD):

Som Grade 7 men mer duktil og med lavere urenhetstoleranse. Den har litt lavere styrke og brukes i marin og kloratproduksjon.

• Karakter 12 (Ti0.3Mo0.8Ni):

Inneholder 0.8% nikkel og 0.3% Molybden, gir overlegen sveisbarhet, Styrke med høy temperatur, og korrosjonsmotstand. Brukes i varmevekslere, Marine, og flykomponenter.

• Karakter 23 (T6Al4V-ELI):

Også kjent som ekstra lav interstitial eller TAV-EIL, karakteren 23 titan deler lignende egenskaper som klasse 5 men er renere. Den har god bruddseighet, biokompatibilitet, og dårlig relativ bearbeidbarhet. Den finner bruk i produksjonen av ortopediske pinner, skruer, kirurgiske stifter, og kjeveortopedisk apparater.

5. Sammenligning av titankvaliteter for maskinering

Bearbeidbarhet varierer mellom karakterer, med rent titan (Karakterer 1-4) være mer bearbeidbar enn legerte kvaliteter. Ved valg av karakter, vurdere de spesifikke kravene til søknaden din, som korrosjonsbestandighet, styrke, og kostnadseffektivitet.

6. Verktøy og utstyr for maskinering av titan

• CNC-maskiner: CNC-maskiner med høyt dreiemoment som er i stand til presise bevegelser er avgjørende.
• Verktøytyper: Endefreser, øvelser, og innsatser må være laget av materialer som motstår titans slitende natur, som belagte karbider eller keramikk.

7. Hvordan velge riktig skjæreverktøy for bearbeiding av titan？

Å velge riktig skjæreverktøy for bearbeiding av titan er avgjørende på grunn av metallets unike egenskaper, som høy styrke, lav varmeledningsevne, og kjemisk reaktivitet. Disse egenskapene gjør titan utfordrende å bearbeide, krever spesifikke verktøymaterialer, geometrier, og belegg for å oppnå optimale resultater. Her er en guide for å velge riktig skjæreverktøy for titanbearbeiding:

1. Velg passende verktøymateriale

• Karbidverktøy: Karbidverktøy er det vanligste valget for titanbearbeiding på grunn av deres hardhet, seighet, og motstand mot slitasje. Karakterer med høyt koboltinnhold er å foretrekke siden de gir bedre varmebestandighet og kantbevaring.
• Belagt hardmetallverktøy: Påføring av belegg som Titanium Aluminium Nitride (Tialn) eller aluminiumkromnitrid (AlCrN) til karbidverktøy forbedrer varmebestandigheten og reduserer verktøyslitasje. Disse beleggene hjelper til med å spre varme bort fra skjærekanten og minimere kjemiske reaksjoner med titan.
• Cermet verktøy: Består av keramikk og metall, cermetverktøy gir utmerket slitestyrke og kan håndtere høyere skjærehastigheter. De er egnet for etterbehandlingsoperasjoner der det genereres mindre varme.
• Keramisk og polykrystallinsk diamant (PCD) Verktøy: For spesifikke høyhastighets etterbehandlingsapplikasjoner, keramiske eller PCD-verktøy kan være effektive. Imidlertid, de er sprø og ikke ideelle for grovarbeid på grunn av deres mangel på seighet.

2. Velg riktig verktøygeometri

• Skarpe skjærekanter: Bruk verktøy med skarpe, positive skråvinkler for å minimere skjærekrefter og redusere varmeutvikling. Skarpe verktøy bidrar også til å forhindre at arbeidet hardner og gnager, som er vanlige problemer ved bearbeiding av titan.
• Optimal helixvinkel: Å velge verktøy med riktig skruevinkel forbedrer sponevakueringen og reduserer vibrasjoner, som er avgjørende for å opprettholde overflatekvaliteten og verktøyets levetid. En høyere spiralvinkel er ofte mer effektivt for å redusere skravling.
• Sterk kjerne og stiv design: Pinnefreser med tykkere kjerner og reduserte rilletall er sterkere og mindre utsatt for avbøyning, som bidrar til å opprettholde nøyaktigheten og redusere risikoen for brudd under kraftige kutt.

3. Vurder verktøybelegg og -behandlinger

• TiAlN og AlCrN belegg: Disse beleggene er designet for å tåle høye temperaturer og redusere den kjemiske affiniteten mellom verktøyet og titan, redusere sjansene for bygget opp kant (BUE) formasjon og galling.
• Diamantlignende karbon (DLC) Belegg: For spesifikke bruksområder, DLC-belegg kan tilby forbedret ytelse ved å redusere friksjon og øke slitestyrken, spesielt i ikke-jernholdige titanlegeringer.

4. Optimaliser skjæreparametere

• Lavere skjærehastigheter: Titans lave varmeledningsevne betyr at varmen forblir konsentrert nær skjæreområdet. Bruker lavere skjærehastigheter (vanligvis 30-60 meter per minutt) hjelper til med å håndtere varmeoppbygging og forlenger verktøyets levetid.
• Moderat innmatingspriser: Det er viktig å balansere matehastigheter med skjærehastighet. En moderat matehastighet bidrar til å opprettholde spontykkelsen, som er nødvendig for effektiv varmeavledning og unngå arbeidsherding.
• Høytrykkskjølevæske: Å bruke høytrykkskjølevæskesystemer er avgjørende for titanbearbeiding. De hjelper til med å fjerne varme og spon fra skjæresonen, forhindrer skade på verktøyet og sikrer bedre overflatebehandling.

5. Bruk den riktige verktøystistrategien

• Trochoidal fresing: Denne avanserte fresestrategien innebærer å ta mindre radielle skjæredybder og høye aksiale dybder, som minimerer varmeutvikling og jevnt fordeler skjærekrefter, forbedre verktøyets levetid.
• Peck Drilling: Ved boring av titan, Peck-boring kan brukes til å bryte spon og evakuere dem fra hullet, reduserer risikoen for spontilstopping og varmeoppbygging.
• Konstant kutterinngrep: Oppretthold en konstant kutterinngrepsvinkel for å unngå plutselige endringer i belastningen, som kan forårsake vibrasjoner og påvirke verktøyets levetid og delens kvalitet.

6. Sørg for riktig arbeidsholding og maskinstivhet

• Stabilt arbeidshold: Bruk høy presisjon, stive arbeidsholdeløsninger for å minimere vibrasjoner og sikre stabilitet under bearbeiding. Redusert vibrasjon forbedrer ikke bare overflatefinishen, men forhindrer også flising av verktøy.
• Stive maskinverktøy: CNC-maskiner med høy stivhet og dempingskapasitet er avgjørende for å bearbeide titan effektivt. De hjelper til med å minimere vibrasjoner, opprettholde verktøyets stabilitet, og gir nøyaktig kontroll over skjærekreftene.

8. Overflatefinish for maskinbearbeidede titandeler

En rekke overflatebehandling teknikker kan forbedre CNC-maskinerte titanprodukter av funksjonelle og estetiske årsaker. Titan kan etterbehandles ved hjelp av metoder som polering, Pulverbelegg, PVD -belegg, Børsting, Anodisering, og perleblåsing for å oppnå ønsket overflatefinish som oppfyller spesifikke industristandarder.

9. Avanserte teknikker for titanbearbeiding

• Kryogen maskinering: Bruker flytende nitrogen for å avkjøle skjæreområdet, redusere verktøyslitasje og forbedre delens kvalitet.
• Ultralyd-assistert maskinering: Forbedrer materialfjerningshastigheter og reduserer verktøyslitasje ved å påføre ultralydvibrasjoner.
• 5-Aksebearbeiding: Ideell for å lage komplekse geometrier og sikre høy presisjon i flersidige deler.

10. Kvalitetskontroll i CNC-bearbeiding av titan

Å opprettholde stramme toleranser og presisjon er avgjørende ved bearbeiding av titan. Kvalitetskontrolltiltak inkluderer:

• Koordinere målemaskiner (CMM): For nøyaktige mål og overholdelse av spesifikasjoner.
• Behandlinger etter maskinering: Varmebehandling, overflatebehandling, og inspeksjon sikrer at sluttproduktet oppfyller spesifikasjonene.

11. Vanlige bruksområder for maskinbearbeidede titandeler

Titan er mye brukt på tvers av bransjer for komponenter som krever styrke, lette egenskaper, og korrosjonsmotstand:

Marine/marine industri

Titans eksepsjonelle korrosjonsmotstand gjør den ideell for marine applikasjoner. Det er ofte brukt i produksjon av propellaksler, undervannsrobotikk, rigging, kuleventiler, marine varmevekslere, brannsystemrør, Pumper, eksosstabelforinger, og kjølesystemer ombord.

Luftfart

Titans høye styrke-til-vekt-forhold, Korrosjonsmotstand, og varmetoleranse gjør det til et foretrukket materiale i romfart. Den brukes til setekomponenter, turbindeler, sjakter, ventiler, hus, filtre, og oksygengenererende systemdeler.

Bil

Mens aluminium ofte er foretrukket i bilindustrien på grunn av tilgjengeligheten og kostnadseffektiviteten, titan brukes fortsatt til høyytelsesdeler. Disse inkluderer ventiler, ventilfjærer, holdere, bremsekaliper stempler, motor stempelstifter, opphengsfjærer, stoppbraketter, motorvippere, og koblingsstenger.

Medisinsk og tannlege

Titan er høyt verdsatt i det medisinske feltet for sin korrosjonsbestandighet, lav elektrisk ledningsevne, og biokompatibilitet. Den brukes i beinskruer, tannimplantater, kraniale skruer for fiksering, spinal stenger, kontakter, plater, og ortopediske pinner.

12. Fremtidige trender innen titanbearbeiding

• Fremskritt innen verktøymaterialer og belegg: Nye materialer og belegg vil forlenge verktøyets levetid og forbedre maskineringseffektiviteten.
• Innovasjoner innen maskineringsteknikker og automatisering: Automatisering vil øke produktiviteten og konsistensen.
• Bærekraftig og kostnadseffektiv maskineringspraksis: Fokus på å minimere avfall og energiforbruk.

13. Velg DEZE for maskinering av titandeler

DEZE tilbyr ekspertise innen CNC-bearbeiding av titan med avansert utstyr, dyktige maskinister, og en forpliktelse til kvalitet, sikre høykvalitetskomponenter skreddersydd til dine spesifikke krav.

14. Konklusjon

Titans unike egenskaper gjør det til et verdifullt materiale for CNC-bearbeiding. Til tross for utfordringene, å følge beste praksis og bruke avanserte teknikker kan gi eksepsjonelle resultater. Enten for luftfartskomponenter eller medisinsk utstyr, å velge riktig karakter og bruke effektive maskineringsstrategier er nøkkelen til vellykkede maskineringsprosjekter i titan.

Innholdsreferanse：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminium/

Vanlige spørsmål

Er titan vanskeligere å bearbeide enn stål?

Ja, titan er mer utfordrende å bearbeide enn stål, hovedsakelig på grunn av dets høye smeltepunkt og tendens til å strekke seg i stedet for å gå i stykker. Denne formbarheten gjør det vanskeligere å maskinere nøyaktig.

Hva er fresematingshastigheten for titan?

For fresing av titan, en kuttehastighet på 40 til 150 m/min anbefales, med en matehastighet som strekker seg fra 0.03 til 0.15 mm per tann.

Hvordan lindrer du stress i titan etter maskinering?

Titanlegeringer kan gjennomgå stressavlastning uten å miste styrke eller duktilitet. Denne prosessen innebærer oppvarming av metallet til 595-705 ° C. (1100-1300 ° F.) i en til to timer, etterfulgt av luftkjøling.