CNC -bearbetning av titan

Introduktion

Titan är ett högt värderat material för dess exceptionella styrka-till-vikt-förhållande, överlägsen korrosionsmotstånd, och biokompatibilitet. Dessa egenskaper gör den oumbärlig inom sektorer som sträcker sig från flyg- och medicintekniska produkter till bil- och marinteknik. Cnc (Dator numerisk kontroll) bearbetning av titan kräver specialiserad kunskap och teknik på grund av materialets unika egenskaper. Den här guiden går in i de viktigaste tipsen, utmaningar, och kvaliteter av titan för effektiv CNC -bearbetning.

1. Varför välja titan för CNC-bearbetningsdelar?

Titan är gynnat för CNC-bearbetning av delar på grund av dess enastående egenskaper:

• Styrka-till-vikt: Titan erbjuder ett av de högsta hållfasthets-till-vikt-förhållandena av någon metall, vilket gör den idealisk för applikationer som kräver både hållbarhet och lätthet.
• Korrosionsmotstånd: Det bildar naturligt ett skyddande oxidskikt, som motstår korrosion i tuffa miljöer.
• Biokompatibilitet: Titan är korrosionsbeständigt, har hög biokompatibilitet och giftfria egenskaper vilket gör den idealisk för användning inom den medicinska industrin.
• Omagnetisk: Denna metall har inga magnetiska egenskaper.
• Gemensamma industrier: Flyg-, medicinsk, bil-, och marina sektorer använder i stor utsträckning titan för dess högpresterande kapacitet.

2. Utmaningar att tänka på vid bearbetning av titan

Medan CNC-bearbetning av titan erbjuder många fördelar, Det presenterar också flera utmaningar:

• Hög kemisk reaktivitet och gallning
  Titans höga kemiska reaktivitet kan få gaser att reagera med dess yta under bearbetning, leder till oxidation, sprödhet, och minskad korrosionsbeständighet. Dessutom, dess låga elasticitetsmodul gör den "gummy".,” vilket gör att den fastnar på skärverktyg och leder till verktygsskador och dålig ytfinish.
• Värmeuppbyggnad och skärkrafter
  Titans låga värmeledningsförmåga gör att värme ackumuleras vid skärpunkten, leder till snabbt verktygsslitage och potentiell ytskada, speciellt med hårdare legeringar. För att mildra detta, använd ett lägre varvtal med en större spånbelastning och applicera högtryckskylvätska för att upprätthålla kallare skärtemperaturer. De höga skärkrafterna som krävs för titanbearbetning bidrar också till verktygsslitage, vibration, och minskad ytkvalitet.
• Kvarvarande spänningar och härdning
  Titanlegeringars kristallstruktur kan öka skärkrafterna, vilket resulterar i kvarvarande spänningar som kan få delar att skeva, spricka, eller försvagas med tiden, påverkar hållbarheten och noggrannheten hos bearbetade komponenter.

3. Användbara tips för titanbearbetning

För att övervinna dessa utmaningar, flera strategier kan användas:

• Verktygsval: Välj hårdmetall eller keramiska verktyg med rätt geometri och beläggningar designade för titan.
• Skärparametrar: Justera hastigheten, matningshastighet, och skärdjup för att hantera värme och minimera verktygsslitage.
• Kylvätska och smörjning: Använd högtryckskylvätska för att effektivt hantera värme och förbättra verktygets livslängd.
• Arbetshållningstekniker: Använd en styv fixtur för att minimera vibrationer och pladder.
• Bearbetningsstrategi: Använd klättringsfräsning och lätta djupskärningar för att minska värme och verktygsbelastning.
• Chiphantering: Säkerställ effektiv borttagning av spån för att undvika arbetshärdning och bibehålla ytkvaliteten.

Dessa tips hjälper till att behålla verktygets livslängd, förbättring av effektiviteten, och uppnå önskad finish.

4. Olika titankvaliteter för CNC-bearbetning

Titan finns i olika kvaliteter och legeringar, var och en lämpad för specifika applikationer med unika fördelar och nackdelar. Här är en kortfattad översikt över viktiga titankvaliteter:

Ren titan kvaliteter

• Kvalitet 1 (Lågt syreinnehåll):

Det mjukaste och mest sega titanet, känd för utmärkt bearbetningsförmåga, påverka seghet, korrosionsmotstånd, och formbarhet. Dock, den har lägre styrka jämfört med andra kvaliteter. Det används inom medicin, bil-, och flygtillämpningar.

• Kvalitet 2 (Standard syrehalt):

Känd som "arbetshäst titan,” det ger en balans av styrka, korrosionsmotstånd, Formbarhet, och svetsbarhet. Används vanligen inom medicinsk utrustning och flygplansmotorer.

• Kvalitet 3 (Medium syrehalt):

Mindre populär än betyg 1 och 2, men erbjuder goda mekaniska egenskaper, hög korrosionsmotstånd, och bearbetbarhet. Det används inom medicin, marin, och flygfält.

• Kvalitet 4 (Högt syreinnehåll):

Har hög hållfasthet och korrosionsbeständighet men är utmanande att bearbeta, kräver mer kylvätska och högre matningshastigheter. Det används i kryogena kärl, flygplanskomponenter, värmeväxlare, och CPI-utrustning.

Titanlegeringar

• Kvalitet 5 (Ti6Al4V):

En mycket använd legering med 6% aluminium och 4% vanadin, ger hög korrosionsbeständighet och formbarhet, fast inte den starkaste. Idealisk för elproduktion, marin, och kritiska rymdstrukturer.

• Kvalitet 6 (Av 5 Al-2,5Sn):

Känd för sin stabilitet, styrka, och svetsbarhet vid höga temperaturer, vilket gör den lämplig för flygplan och jetmotorer.

• Kvalitet 7 (Av-0.15Pd):

Liknar Betyg 2 men med tillsats av palladium för ökad korrosionsbeständighet. Den är utmärkt för kemisk bearbetningsutrustning på grund av dess goda formbarhet och svetsbarhet.

• Kvalitet 11 (Av-0.15Pd):

Som Grade 7 men mer duktil och med lägre orenhetstolerans. Den har något lägre hållfasthet och används i marin- och klorattillverkning.

• Kvalitet 12 (Ti0.3Mo0.8Ni):

Innehåller 0.8% nickel och 0.3% molybden, erbjuder överlägsen svetsbarhet, hållfasthet vid hög temperatur, och korrosionsmotstånd. Används i värmeväxlare, marin, och flygplanskomponenter.

• Kvalitet 23 (T6Al4V-ELI):

Även känd som extra low interstitial eller TAV-EIL, betyget 23 titan delar liknande egenskaper som kvalitet 5 men är renare. Den har bra brottseghet, biokompatibilitet, och dålig relativ bearbetbarhet. Den finner användning vid tillverkning av ortopediska stift, skruv, kirurgiska häftklamrar, och ortodontiska apparater.

5. Jämför titankvaliteter för bearbetning

Bearbetbarheten varierar mellan olika kvaliteter, med rent titan (Betyg 1-4) är mer bearbetbar än legerade kvaliteter. När du väljer ett betyg, consider the specific requirements of your application, såsom korrosionsmotstånd, styrka, och kostnadseffektivitet.

6. Verktyg och utrustning för bearbetning av titan

• CNC-maskiner: High-torque CNC machines capable of precise movements are essential.
• Tooling Types: Pinnfräsar, borrar, and inserts must be made of materials that resist titanium’s abrasive nature, such as coated carbides or ceramics.

7. Hur man väljer rätt skärverktyg för bearbetning av titan？

Choosing the right cutting tools for machining titanium is crucial due to the metal’s unique properties, such as high strength, low thermal conductivity, and chemical reactivity. These characteristics make titanium challenging to machine, requiring specific tool materials, geometrier, and coatings to achieve optimal results. Here’s a guide to selecting the right cutting tools for titanium machining:

1. Välj lämpligt verktygsmaterial

• Hårdmetallverktyg: Carbide tools are the most common choice for titanium machining due to their hardness, seghet, och motstånd mot slitage. Kvaliteter med hög kobolthalt är att föredra eftersom de erbjuder bättre värmebeständighet och kanthållning.
• Belagda hårdmetallverktyg: Applicera beläggningar som Titanium Aluminium Nitride (TiAlN) eller aluminiumkromnitrid (AlCrN) till hårdmetallverktyg förbättrar värmebeständigheten och minskar verktygsslitage. Dessa beläggningar hjälper till att leda bort värme från skäreggen och minimera kemiska reaktioner med titan.
• Cermet verktyg: Består av keramik och metall, cermetverktyg ger utmärkt slitstyrka och klarar högre skärhastigheter. De är lämpliga för efterbearbetning där mindre värme genereras.
• Keramisk och polykristallin diamant (PCD) Verktyg: För specifika höghastighetsfinishtillämpningar, keramiska eller PCD-verktyg kan vara effektiva. Dock, de är spröda och inte idealiska för grovbearbetning på grund av deras bristande seghet.

2. Välj rätt verktygsgeometri

• Skarpa skärkanter: Använd verktyg med vassa, positiva spånvinklar för att minimera skärkrafterna och minska värmeutvecklingen. Vassa verktyg hjälper också till att förhindra att arbetet hårdnar och skaver, som är vanliga problem vid bearbetning av titan.
• Optimal spiralvinkel: Att välja verktyg med rätt spiralvinkel förbättrar spånetvakueringen och minskar vibrationerna, vilket är avgörande för att bibehålla ytfinishens kvalitet och verktygets livslängd. En högre spiralvinkel är ofta mer effektiv för att minska tjat.
• Stark kärna och styv design: Pinnfräsar med tjockare kärnor och minskat antal räfflor är starkare och mindre benägna att avböjas, vilket hjälper till att bibehålla noggrannheten och minska risken för brott vid kraftiga skärningar.

3. Överväg verktygsbeläggningar och -behandlingar

• TiAlN och AlCrN beläggningar: Dessa beläggningar är designade för att tåla höga temperaturer och minska den kemiska affiniteten mellan verktyget och titan, minskar chanserna för uppbyggd kant (ROSETT) bildning och gallning.
• Diamantliknande kol (Dlc) Beläggningar: För specifika tillämpningar, DLC-beläggningar kan erbjuda förbättrad prestanda genom att minska friktionen och öka slitstyrkan, speciellt i icke-järnhaltiga titanlegeringar.

4. Optimera skärparametrar

• Lägre skärhastigheter: Titans låga värmeledningsförmåga innebär att värmen förblir koncentrerad nära skärområdet. Använder lägre skärhastigheter (typiskt 30-60 meter per minut) hjälper till att hantera värmeuppbyggnad och förlänger verktygets livslängd.
• Måttliga foderpriser: Det är viktigt att balansera matningshastigheter med skärhastighet. En måttlig matningshastighet hjälper till att bibehålla spåntjockleken, vilket är nödvändigt för effektiv värmeavledning och undvika arbetshärdning.
• Högtryckskylvätska: Att använda högtryckskylsystem är avgörande för titanbearbetning. De hjälper till att ta bort värme och spån från skärzonen, förhindrar verktygsskador och säkerställer bättre ytfinish.

5. Använd rätt verktygsvägsstrategi

• Trochoidal fräsning: Denna avancerade frässtrategi innebär att man tar mindre radiella skärdjup och höga axiella djup, vilket minimerar värmeutvecklingen och fördelar skärkrafterna jämnt, förbättrar verktygets livslängd.
• Peck Drilling: Vid borrning av titan, hackborrning kan användas för att bryta spån och evakuera dem från hålet, minskar risken för igensättning av spån och värmeuppbyggnad.
• Konstant skäringrepp: Upprätthåll en konstant skärningsvinkel för att undvika plötsliga förändringar i belastningen, vilket kan orsaka vibrationer och påverka verktygets livslängd och detaljkvalitet.

6. Säkerställ korrekt arbetshållning och maskinstyvhet

• Stabil arbetshållning: Använd hög precision, styva arbetshållningslösningar för att minimera vibrationer och säkerställa stabilitet under bearbetning. Minskad vibration förbättrar inte bara ytfinishen utan förhindrar också verktygsflisning.
• Styva verktygsmaskiner: CNC-maskiner med hög styvhet och dämpningskapacitet är avgörande för effektiv bearbetning av titan. De hjälper till att minimera vibrationer, bibehålla verktygets stabilitet, och ger exakt kontroll över skärkrafterna.

8. Ytbehandlingar för bearbetade titandelar

Ett utbud av ytbehandling tekniker kan förbättra CNC-bearbetade titanprodukter av funktionella och estetiska skäl. Titan kan ytbehandlas med metoder som polering, Pulverbeläggning, PVD-beläggning, Borstning, Anodiserande, och pärlblästring för att uppnå önskad ytfinish som uppfyller specifika industristandarder.

9. Avancerade tekniker för titanbearbetning

• Kryogen bearbetning: Använder flytande kväve för att kyla skärområdet, minska verktygsslitage och förbättra detaljkvaliteten.
• Ultraljudsassisterad bearbetning: Förbättrar materialavlägsningshastigheten och minskar verktygsslitage genom att applicera ultraljudsvibrationer.
• 5-Axis bearbetning: Idealisk för att skapa komplexa geometrier och säkerställa hög precision i flersidiga delar.

10. Kvalitetskontroll vid CNC-bearbetning av titan

Att bibehålla snäva toleranser och precision är avgörande vid bearbetning av titan. Kvalitetskontrollåtgärder inkluderar:

• Koordinera mätmaskiner (Cmm): För exakta mått och överensstämmelse med specifikationer.
• Efterbearbetningsbehandlingar: Värmebehandling, ytbehandling, och inspektion säkerställer att den slutliga produkten uppfyller specifikationerna.

11. Vanliga tillämpningar av bearbetade titandelar

Titan används i stor utsträckning inom industrier för komponenter som kräver styrka, lätta egenskaper, och korrosionsmotstånd:

Marin/marinindustri

Titans exceptionella korrosionsbeständighet gör den idealisk för marina applikationer. Det används ofta vid tillverkning av propelleraxlar, undervattensrobotik, tackling, kullventiler, marina värmeväxlare, brandsystemsrör, pumps, avgasstapelfoder, och kylsystem ombord.

Flyg-

Titans höga styrka-till-vikt-förhållande, korrosionsmotstånd, och värmetolerans gör det till ett föredraget material inom flyg- och rymdindustrin. Den används för säteskomponenter, turbindelar, axlar, ventiler, inhus, filter, och systemdelar för syregenerering.

Bil

Medan aluminium ofta gynnas inom fordonssektorn på grund av dess tillgänglighet och kostnadseffektivitet, titan används fortfarande för högpresterande delar. Dessa inkluderar ventiler, ventilfjädrar, hållare, bromsok kolvar, motorkolvstift, upphängningsfjädrar, stoppfästen, motorvippor, och vevstakar.

Medicin och tandvård

Titan är högt värderat inom det medicinska området för sin korrosionsbeständighet, låg elektrisk ledningsförmåga, och biokompatibilitet. Det används i benskruvar, tandimplantat, kranialskruvar för fixering, spinal stavar, anslutningar, tallrikar, och ortopediska stift.

12. Framtida trender inom titanbearbetning

• Framsteg inom verktygsmaterial och beläggningar: Nya material och beläggningar kommer att förlänga verktygets livslängd och förbättra bearbetningseffektiviteten.
• Innovationer inom bearbetningsteknik och automation: Automatisering kommer att öka produktiviteten och konsekvensen.
• Hållbara och kostnadseffektiva bearbetningsmetoder: Fokusera på att minimera avfall och energiförbrukning.

13. Välj DEZE för bearbetning av titandelar

DEZE erbjuder expertis inom CNC-bearbetning av titan med avancerad utrustning, skickliga maskinister, och ett engagemang för kvalitet, säkerställa högkvalitativa komponenter skräddarsydda för dina specifika krav.

14. Slutsats

Titans unika egenskaper gör det till ett värdefullt material för CNC-bearbetning. Trots utmaningarna, att följa bästa praxis och använda avancerade tekniker kan ge exceptionella resultat. Oavsett om det gäller flygkomponenter eller medicinsk utrustning, att välja rätt kvalitet och använda effektiva bearbetningsstrategier är nyckeln till framgångsrika titanbearbetningsprojekt.

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

Vanliga frågor

Är titan svårare att bearbeta än stål?

Ja, titan är mer utmanande att bearbeta än stål, främst på grund av dess höga smältpunkt och tendens att sträcka sig snarare än att gå sönder. Denna formbarhet gör det svårare att bearbeta exakt.

Vad är fräsmatningshastigheten för titan?

För fräsning av titan, en skärhastighet på 40 till 150 m/min rekommenderas, med en matningshastighet som sträcker sig från 0.03 till 0.15 mm per tand.

Hur avlastar du titan efter bearbetning?

Titanlegeringar kan genomgå stressavlastning utan att förlora sin styrka eller duktilitet. Denna process innebär att metallen värms upp till 595-705 ° C (1100-1300 ° F) i en till två timmar, följt av luftkylning.