Obróbka CNC tytanu

Wstęp

Tytan jest materiałem niezwykle cenionym ze względu na wyjątkowy stosunek wytrzymałości do masy, doskonała odporność na korozję, i biokompatybilność. Te właściwości sprawiają, że jest niezastąpiony w różnych sektorach, od przemysłu lotniczego i medycznego po inżynierię samochodową i morską. CNC (Komputerowe sterowanie numeryczne) obróbka tytanu wymaga specjalistycznej wiedzy i technik ze względu na unikalne właściwości materiału. W tym przewodniku szczegółowo opisano najważniejsze wskazówki, wyzwania, i gatunki tytanu pod kątem skuteczności Obróbka CNC.

1. Dlaczego warto wybrać tytan do części do obróbki CNC?

Tytan jest preferowany do części obrabianych CNC ze względu na jego wyjątkowe właściwości:

• Stosunek wytrzymałości do masy: Tytan oferuje jeden z najwyższych stosunków wytrzymałości do masy ze wszystkich metali, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań wymagających zarówno trwałości, jak i lekkości.
• Odporność na korozję: W naturalny sposób tworzy ochronną warstwę tlenku, który jest odporny na korozję w trudnych warunkach.
• Biokompatybilność: Tytan jest odporny na korozję, ma wysoką biokompatybilność i nietoksyczne właściwości, dzięki czemu idealnie nadaje się do stosowania w przemyśle medycznym.
• Niemagnetyczne: Metal ten nie ma właściwości magnetycznych.
• Wspólne gałęzie przemysłu: Lotnictwo, medyczny, automobilowy, a sektory morskie szeroko wykorzystują tytan ze względu na jego wysoką wydajność.

2. Wyzwania do rozważenia podczas obróbki tytanu

Podczas gdy obróbka CNC tytanu oferuje wiele zalet, stwarza także kilka wyzwań:

• Wysoka reaktywność chemiczna i zacieranie
  Wysoka reaktywność chemiczna tytanu może powodować reakcję gazów z jego powierzchnią podczas obróbki, prowadząc do utleniania, kruchość, i zmniejszoną odporność na korozję. Dodatkowo, jego niski moduł sprężystości sprawia, że ​​jest „gumowaty”.,”, powodując przyklejanie się go do narzędzi skrawających i prowadząc do uszkodzenia narzędzia oraz złego wykończenia powierzchni.
• Nagrzewanie się i siły skrawania
  Niska przewodność cieplna tytanu powoduje akumulację ciepła w miejscu cięcia, co prowadzi do szybkiego zużycia narzędzia i potencjalnego uszkodzenia powierzchni, szczególnie w przypadku twardszych stopów. Aby to złagodzić, stosować niższe obroty przy większym obciążeniu wiórów i stosować chłodziwo pod wysokim ciśnieniem, aby utrzymać niższą temperaturę skrawania. Duże siły skrawania wymagane przy obróbce tytanu również przyczyniają się do zużycia narzędzi, wibracja, i obniżoną jakość powierzchni.
• Naprężenia własne i hartowanie
  Struktura krystaliczna stopów tytanu może zwiększać siły skrawania, co powoduje naprężenia szczątkowe, które mogą powodować wypaczenie części, pękać, lub osłabić się z czasem, wpływając na trwałość i dokładność obrabianych elementów.

3. Przydatne wskazówki dotyczące obróbki tytanu

Aby pokonać te wyzwania, można zastosować kilka strategii:

• Wybór narzędzia: Wybieraj narzędzia węglikowe lub ceramiczne o odpowiedniej geometrii i powłokach przeznaczonych do tytanu.
• Parametry cięcia: Dostosuj prędkość, szybkość podawania, i głębokości skrawania, aby zarządzać ciepłem i zminimalizować zużycie narzędzia.
• Chłodziwo i smarowanie: Aby skutecznie zarządzać ciepłem i zwiększyć trwałość narzędzia, należy stosować chłodziwo pod wysokim ciśnieniem.
• Techniki mocowania: Stosuj sztywne mocowania, aby zminimalizować wibracje i drgania.
• Strategia obróbki: Stosuj frezowanie współbieżne i lekkie cięcia głębokie, aby zmniejszyć ciepło i obciążenie narzędzia.
• Zarządzanie chipami: Zapewnij skuteczne usuwanie wiórów, aby uniknąć utwardzania przez zgniot i zachować jakość powierzchni.

Wskazówki te pomagają w utrzymaniu trwałości narzędzia, poprawę wydajności, i osiągnięcie pożądanego wykończenia.

4. Różne gatunki tytanu do obróbki CNC

Tytan występuje w różnych gatunkach i stopach, każdy nadaje się do konkretnych zastosowań i ma unikalne zalety i wady. Oto zwięzły przegląd kluczowych gatunków tytanu:

Gatunki czystego tytanu

• Stopień 1 (Niska zawartość tlenu):

Najmiększy i najbardziej plastyczny tytan, znane z doskonałej obrabialności, udarność, odporność na korozję, i formowalność. Jednakże, ma niższą wytrzymałość w porównaniu do innych gatunków. Jest stosowany w medycynie, automobilowy, i zastosowań lotniczych.

• Stopień 2 (Standardowa zawartość tlenu):

Znany jako „tytanowy koń pociągowy”.,”oferuje równowagę sił, odporność na korozję, formowalność, i spawalność. Powszechnie stosowany w urządzeniach medycznych i przemyśle lotniczym do silników lotniczych.

• Stopień 3 (Średnia zawartość tlenu):

Mniej popularne niż Stopnie 1 I 2, ale oferuje dobre właściwości mechaniczne, wysoka odporność na korozję, i obrabialność. Jest stosowany w medycynie, morski, i pola lotnicze.

• Stopień 4 (Wysoka zawartość tlenu):

Charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i odpornością na korozję, ale jest trudny w obróbce, wymagające większej ilości chłodziwa i większych posuwów. Stosowany jest w naczyniach kriogenicznych, elementy płatowca, wymienniki ciepła, i sprzęt CPI.

Gatunki stopów tytanu

• Stopień 5 (Ti6Al4V):

Powszechnie stosowany stop z 6% aluminium i 4% wanad, oferując wysoką odporność na korozję i odkształcalność, choć nie najsilniejszy. Idealny do wytwarzania energii, morski, i krytyczne konstrukcje lotnicze.

• Stopień 6 (Z 5 Al-2,5Sn):

Znany ze swojej stabilności, wytrzymałość, i spawalność w wysokich temperaturach, dzięki czemu nadaje się do płatowców i silników odrzutowych.

• Stopień 7 (Z-0.15Pd):

Podobny do Grade 2 ale z dodatkiem palladu dla zwiększenia odporności na korozję. Doskonale nadaje się do urządzeń do przetwarzania chemicznego ze względu na dobrą odkształcalność i spawalność.

• Stopień 11 (Z-0.15Pd):

Podobnie jak Grade 7 ale bardziej plastyczny i z mniejszą tolerancją na zanieczyszczenia. Ma nieco niższą wytrzymałość i jest stosowany w produkcji wyrobów morskich i chloranów.

• Stopień 12 (Ti0,3Mo0,8Ni):

Zawiera 0.8% nikiel i 0.3% molibden, oferując doskonałą spawalność, wytrzymałość w wysokiej temperaturze, i odporność na korozję. Stosowany w wymiennikach ciepła, morski, i podzespołów samolotów.

• Stopień 23 (T6Al4V-ELI):

Znany również jako bardzo niski śródmiąższowy lub TAV-EIL, ocena 23 tytan ma podobne właściwości do gatunku 5 ale jest czystszy. Ma dobrą odporność na pękanie, biokompatybilność, i słaba względna skrawalność. Znajduje zastosowanie przy produkcji szpilek ortopedycznych, śruby, zszywki chirurgiczne, i aparaty ortodontyczne.

5. Porównanie gatunków tytanu do obróbki

Skrawalność różni się w zależności od gatunku, z czystym tytanem (Oceny 1-4) są bardziej podatne na obróbkę skrawaniem niż gatunki stopowe. Przy wyborze klasy, rozważ specyficzne wymagania swojej aplikacji, takich jak odporność na korozję, wytrzymałość, i opłacalność.

6. Narzędzia i sprzęt do obróbki tytanu

• Maszyny CNC: Niezbędne są maszyny CNC o wysokim momencie obrotowym, zdolne do precyzyjnych ruchów.
• Typy narzędzi: Frezy końcowe, ćwiczenia, a wkładki muszą być wykonane z materiałów odpornych na ścierne działanie tytanu, takie jak węgliki powlekane lub ceramika.

7. Jak wybrać odpowiednie narzędzia skrawające do obróbki tytanu？

Wybór odpowiednich narzędzi skrawających do obróbki tytanu jest kluczowy ze względu na unikalne właściwości metalu, takie jak wysoka wytrzymałość, niska przewodność cieplna, i reaktywność chemiczna. Te cechy sprawiają, że tytan jest trudny w obróbce, wymagających określonych materiałów narzędziowych, geometrie, i powłoki, aby osiągnąć optymalne rezultaty. Oto przewodnik dotyczący wyboru odpowiednich narzędzi skrawających do obróbki tytanu:

1. Wybierz odpowiedni materiał narzędzia

• Narzędzia węglikowe: Narzędzia węglikowe są najczęstszym wyborem do obróbki tytanu ze względu na ich twardość, wytrzymałość, i odporność na zużycie. Preferowane są gatunki o wysokiej zawartości kobaltu, ponieważ zapewniają lepszą odporność na ciepło i zachowanie krawędzi.
• Narzędzia z węglika powlekanego: Nakładanie powłok takich jak azotek tytanu i aluminium (TiAlN) lub azotek aluminium i chromu (AlCrN) do narzędzi węglikowych poprawia odporność na ciepło i zmniejsza zużycie narzędzi. Powłoki te pomagają odprowadzać ciepło z krawędzi skrawającej i minimalizować reakcje chemiczne z tytanem.
• Narzędzia cermetalowe: Składa się z ceramiki i metalu, Narzędzia cermetalowe zapewniają doskonałą odporność na zużycie i mogą pracować z większymi prędkościami skrawania. Nadają się do operacji wykańczających, gdzie wytwarzana jest mniejsza ilość ciepła.
• Diament ceramiczny i polikrystaliczny (PCD) Narzędzia: Do specyficznych zastosowań wymagających szybkiego wykańczania, Narzędzia ceramiczne lub PCD mogą być skuteczne. Jednakże, są kruche i nie nadają się idealnie do obróbki zgrubnej ze względu na brak wytrzymałości.

2. Wybierz odpowiednią geometrię narzędzia

• Ostre krawędzie tnące: Używaj narzędzi ostrych, dodatnie kąty natarcia, aby zminimalizować siły skrawania i zmniejszyć wytwarzanie ciepła. Ostre narzędzia pomagają również zapobiegać utwardzaniu i zacieraniu się, które są częstym problemem podczas obróbki tytanu.
• Optymalny kąt pochylenia linii śrubowej: Wybór narzędzi o prawidłowym kącie pochylenia linii śrubowej poprawia odprowadzanie wiórów i redukuje wibracje, co ma kluczowe znaczenie dla utrzymania jakości wykończenia powierzchni i trwałości narzędzia. Wyższy kąt pochylenia linii śrubowej jest często skuteczniejszy w ograniczaniu drgań.
• Mocny rdzeń i sztywna konstrukcja: Frezy trzpieniowe z grubszymi rdzeniami i zmniejszoną liczbą rowków są mocniejsze i mniej podatne na odkształcenia, co pomaga zachować dokładność i zmniejsza ryzyko złamania podczas ciężkich cięć.

3. Weź pod uwagę powłoki narzędzi i obróbkę

• Powłoki TiAlN i AlCrN: Powłoki te zaprojektowano tak, aby wytrzymywały wysokie temperatury i zmniejszały powinowactwo chemiczne pomiędzy narzędziem a tytanem, zmniejszając ryzyko narostu krawędzi (MÓWIĆ) formowanie i zacieranie.
• Węgiel podobny do diamentu (DLC) Powłoki: Do konkretnych zastosowań, Powłoki DLC mogą zapewnić lepszą wydajność poprzez zmniejszenie tarcia i zwiększenie odporności na zużycie, zwłaszcza w przypadku nieżelaznych stopów tytanu.

4. Optymalizuj parametry cięcia

• Niższe prędkości skrawania: Niska przewodność cieplna tytanu oznacza, że ​​ciepło pozostaje skoncentrowane w pobliżu obszaru cięcia. Stosowanie niższych prędkości skrawania (zazwyczaj 30-60 metrów na minutę) pomaga kontrolować gromadzenie się ciepła i przedłuża żywotność narzędzia.
• Umiarkowane szybkości podawania: Niezbędne jest zrównoważenie szybkości posuwu i prędkości skrawania. Umiarkowany posuw pomaga utrzymać grubość wióra, co jest niezbędne do skutecznego odprowadzania ciepła i uniknięcia utwardzania przez zgniot.
• Chłodziwo pod wysokim ciśnieniem: Stosowanie wysokociśnieniowych systemów chłodzenia ma kluczowe znaczenie w obróbce tytanu. Pomagają usunąć ciepło i wióry ze strefy cięcia, zapobiegając uszkodzeniom narzędzi i zapewniając lepsze wykończenie powierzchni.

5. Zastosuj właściwą strategię ścieżki narzędzia

• Frezowanie trochoidalne: Ta zaawansowana strategia frezowania obejmuje mniejsze promieniowe głębokości skrawania i duże głębokości osiowe, co minimalizuje wytwarzanie ciepła i równomiernie rozkłada siły skrawania, zwiększenie trwałości narzędzia.
• Wiercenie dziobowe: Podczas wiercenia tytanu, Wiercenie głębokie może służyć do łamania wiórów i usuwania ich z otworu, zmniejszając ryzyko zatykania wiórów i gromadzenia się ciepła.
• Stałe zaangażowanie noża: Utrzymuj stały kąt zazębienia ostrza, aby uniknąć nagłych zmian obciążenia, które mogą powodować wibracje i wpływać na trwałość narzędzia i jakość części.

6. Zapewnij odpowiednie mocowanie i sztywność maszyny

• Stabilne trzymanie: Użyj wysokiej precyzji, sztywne rozwiązania w zakresie mocowania, minimalizujące wibracje i zapewniające stabilność podczas obróbki. Zredukowane wibracje nie tylko poprawiają jakość powierzchni, ale także zapobiegają wykruszaniu się narzędzia.
• Sztywne obrabiarki: Maszyny CNC o dużej sztywności i zdolności tłumienia są niezbędne do efektywnej obróbki tytanu. Pomagają zminimalizować wibracje, zachować stabilność narzędzia, i zapewniają precyzyjną kontrolę nad siłami skrawania.

8. Wykończenia powierzchni obrabianych części tytanowych

Zakres wykończenie powierzchni Techniki te mogą ulepszyć produkty tytanowe obrabiane CNC ze względów funkcjonalnych i estetycznych. Tytan można wykończyć metodami takimi jak polerowanie, Malowanie proszkowe, Powłoka PVD, Szczotkowanie, anodowanie, i śrutowanie w celu uzyskania pożądanego wykończenia powierzchni spełniającego określone standardy branżowe.

9. Zaawansowane techniki obróbki tytanu

• Obróbka kriogeniczna: Wykorzystuje ciekły azot do chłodzenia obszaru cięcia, zmniejszając zużycie narzędzi i poprawiając jakość części.
• Obróbka wspomagana ultradźwiękowo: Zwiększa szybkość usuwania materiału i zmniejsza zużycie narzędzia poprzez zastosowanie wibracji ultradźwiękowych.
• 5-Obróbka osi: Idealny do tworzenia skomplikowanych geometrii i zapewnienia wysokiej precyzji w częściach wielostronnych.

10. Kontrola jakości w obróbce CNC tytanu

Podczas obróbki tytanu kluczowe znaczenie ma zachowanie wąskich tolerancji i precyzji. Środki kontroli jakości obejmują:

• Współrzędnościowe maszyny pomiarowe (CMM): Do precyzyjnych pomiarów i przestrzegania specyfikacji.
• Obróbka po obróbce: Obróbka cieplna, wykończenie powierzchni, i kontrola zapewniają, że produkt końcowy spełnia specyfikacje.

11. Typowe zastosowania obrobionych części tytanowych

Tytan jest szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu do produkcji komponentów wymagających wytrzymałości, lekkie właściwości, i odporność na korozję:

Przemysł morski/marynarka wojenna

Wyjątkowa odporność na korozję tytanu sprawia, że ​​idealnie nadaje się do zastosowań morskich. Jest powszechnie stosowany do produkcji wałów napędowych, podwodna robotyka, olinowanie, zawory kulowe, morskie wymienniki ciepła, rurociągi systemu przeciwpożarowego, lakierki, wykładziny komina wydechowego, i pokładowe systemy chłodzenia.

Lotnictwo

Wysoki stosunek wytrzymałości do masy tytanu, odporność na korozję, i tolerancja na ciepło sprawiają, że jest to preferowany materiał w przemyśle lotniczym. Stosowany jest na elementy siedzeń, części turbiny, wały, zawory, obudowy, filtry, i części układu wytwarzania tlenu.

Automobilowy

Chociaż aluminium jest często preferowane w sektorze motoryzacyjnym ze względu na jego dostępność i opłacalność, tytan jest nadal używany do produkcji części o wysokiej wydajności. Należą do nich zawory, sprężyny zaworowe, uchwyty, tłoczki zacisków hamulcowych, sworznie tłokowe silnika, sprężyny zawieszenia, zatrzymaj nawiasy, wahacze silnika, i korbowody.

Medyczne i Stomatologiczne

Tytan jest wysoko ceniony w medycynie ze względu na swoją odporność na korozję, niska przewodność elektryczna, i biokompatybilność. Stosowany jest w śrubach kostnych, implanty dentystyczne, śruby czaszkowe do mocowania, pręty kręgowe, złącza, talerze, i szpilki ortopedyczne.

12. Przyszłe trendy w obróbce tytanu

• Postęp w materiałach narzędziowych i powłokach: Nowe materiały i powłoki wydłużą żywotność narzędzi i poprawią wydajność obróbki.
• Innowacje w technikach obróbki i automatyzacji: Automatyzacja zwiększy produktywność i spójność.
• Zrównoważone i ekonomiczne praktyki obróbki: Skoncentruj się na minimalizacji odpadów i zużycia energii.

13. Wybierz DEZE do obróbki części tytanowych

DEZE oferuje specjalistyczną wiedzę w zakresie obróbki CNC tytanu przy użyciu zaawansowanego sprzętu, wykwalifikowani mechanicy, i zaangażowanie w jakość, zapewnienie wysokiej jakości komponentów dostosowanych do Twoich specyficznych wymagań.

14. Wniosek

Unikalne właściwości tytanu czynią go cennym materiałem do obróbki CNC. Pomimo wyzwań, przestrzeganie najlepszych praktyk i wykorzystywanie zaawansowanych technik może przynieść wyjątkowe rezultaty. Niezależnie od tego, czy chodzi o komponenty lotnicze, czy urządzenia medyczne, wybór odpowiedniego gatunku i zastosowanie skutecznych strategii obróbki to klucz do udanych projektów obróbki tytanu.

Odniesienie do treści：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminum/

Często zadawane pytania

Czy tytan jest trudniejszy w obróbce niż stal??

Tak, tytan jest trudniejszy w obróbce niż stal, głównie ze względu na wysoką temperaturę topnienia i tendencję do rozciągania, a nie pękania. Ta plastyczność utrudnia precyzyjną obróbkę.

Jaka jest prędkość posuwu frezowania tytanu?

Do frezowania tytanu, prędkość cięcia wynosząca 40 Do 150 zaleca się m/min, z szybkością podawania od 0.03 Do 0.15 mm na ząb.

Jak zmniejszyć naprężenia w tytanie po obróbce?

Stopy tytanu mogą ulegać odprężaniu bez utraty wytrzymałości i plastyczności. Proces ten polega na podgrzaniu metalu do 595-705 °C (1100-1300 °F) przez jedną do dwóch godzin, następnie chłodzenie powietrzem.