Обробка титану з ЧПУ

Вступ

Титан є високо цінним матеріалом за виняткове співвідношення міцності та ваги, чудова стійкість до корозії, та біосумісність. Ці властивості роблять його незамінним у секторах, починаючи від аерокосмічної та медичної техніки до автомобільної та морської техніки.. ЧПУ (Комп'ютерний числовий контроль) Механічна обробка титану вимагає спеціальних знань і техніки через унікальні характеристики матеріалу. Цей посібник містить основні поради, виклики, і марок титану для ефективного Обробка ЧПУ.

1. Чому варто вибрати титан для обробки деталей з ЧПК?

Титан користується перевагою для обробки деталей з ЧПК через його видатні властивості:

• Співвідношення міцності до ваги: Титан має одне з найвищих серед усіх металів співвідношення міцності до ваги, що робить його ідеальним для застосувань, які вимагають довговічності та легкості.
• Корозійна стійкість: Він природним чином утворює захисний оксидний шар, який протистоїть корозії в суворих умовах.
• Біосумісність: Титан стійкий до корозії, має високу біосумісність і нетоксичні властивості, що робить його ідеальним для використання в медичній промисловості.
• Немагнітний: Цей метал не має магнітних властивостей.
• Загальні галузі: Аерокосмічний, медичний, автомобільний, і морські сектори широко використовують титан для його високопродуктивних можливостей.

2. Проблеми, які слід враховувати при обробці титану

Тоді як обробка титану з ЧПУ має багато переваг, це також створює кілька проблем:

• Висока хімічна реакційна здатність і заїдання
  Висока хімічна реакційна здатність титану може викликати реакцію газів з його поверхнею під час обробки, що призводить до окислення, крихкість, і знижена стійкість до корозії. Додатково, його низький модуль пружності робить його «клейким».,», через що він прилипає до ріжучих інструментів і призводить до пошкодження інструменту та поганої обробки поверхні.
• Накопичення тепла та сили різання
  Низька теплопровідність титану спричиняє накопичення тепла в точці різання, призводить до швидкого зносу інструменту та можливого пошкодження поверхні, особливо з більш твердими сплавами. Щоб пом'якшити це, використовуйте нижчі оберти з більшим навантаженням стружки та застосовуйте охолоджуючу рідину під високим тиском для підтримки нижчих температур різання. Високі сили різання, необхідні для обробки титану, також сприяють зносу інструменту, вібрація, і зниження якості поверхні.
• Залишкові напруги та зміцнення
  Кристалічна структура титанових сплавів може збільшити силу різання, що призводить до залишкових напруг, які можуть спричинити деформацію деталей, тріщина, або слабшають з часом, впливають на довговічність і точність оброблених компонентів.

3. Корисні поради щодо обробки титану

Щоб подолати ці виклики, можна застосувати кілька стратегій:

• Вибір інструменту: Вибирайте твердосплавні або керамічні інструменти з правильною геометрією та покриттям, розробленим для титану.
• Параметри різання: Відрегулюйте швидкість, швидкість подачі, і глибина різання для управління теплом і мінімізації зносу інструменту.
• Охолоджуюча рідина та мастило: Використовуйте охолоджуючу рідину під високим тиском для ефективного управління теплом і збільшення терміну служби інструменту.
• Техніка утримування: Використовуйте жорстке кріплення, щоб мінімізувати вібрацію та стукіт.
• Стратегія обробки: Використовуйте фрезерування підйому та невелику глибину різання, щоб зменшити тепло та навантаження на інструмент.
• Управління мікросхемами: Забезпечте ефективне видалення стружки, щоб уникнути затвердіння та зберегти якість поверхні.

Ці поради допоможуть зберегти інструмент, підвищення ефективності, і досягнення бажаного результату.

4. Різні сорти титану для обробки з ЧПУ

Титан буває різних марок і сплавів, кожен підходить для певних застосувань з унікальними перевагами та недоліками. Ось стислий огляд основних сортів титану:

Чистий титан

• Сорт 1 (Низький вміст кисню):

Найбільш м'який і пластичний титан, відомий чудовою оброблюваністю, Вплив міцність, Корозійна стійкість, і формуваність. Однак, має меншу міцність порівняно з іншими сортами. Застосовується в медицині, автомобільний, та аерокосмічні програми.

• Сорт 2 (Стандартний вміст кисню):

Відомий як титан «робоча конячка».,” він пропонує баланс сил, Корозійна стійкість, Формування, і зварюваність. Зазвичай використовується в медичних пристроях і аерокосмічній техніці для авіаційних двигунів.

• Сорт 3 (Середній вміст кисню):

Менш популярний, ніж Grades 1 і 2, але має хороші механічні властивості, висока стійкість до корозії, і оброблюваність. Застосовується в медицині, морський, та аерокосмічні галузі.

• Сорт 4 (Високий вміст кисню):

Має високу міцність і стійкість до корозії, але його важко обробляти, вимагає більшої кількості охолоджуючої рідини та більшої швидкості подачі. Використовується в кріогенних посудинах, компоненти планера, Теплообмінники, та CPI обладнання.

Сорти титанового сплаву

• Сорт 5 (Ti6Al4V):

Широко використовуваний сплав с 6% алюміній і 4% ванадій, забезпечує високу стійкість до корозії та здатність до формування, хоч і не найсильніший. Ідеально підходить для виробництва електроенергії, морський, і критичні аерокосмічні конструкції.

• Сорт 6 (На 5 Al-2,5Sn):

Відомий своєю стабільністю, міцність, і зварюваність при високих температурах, що робить його придатним для планерів і реактивних двигунів.

• Сорт 7 (На-0.15Pd):

Подібно до Grade 2 але з додаванням паладію для підвищення стійкості до корозії. Він чудово підходить для обладнання для хімічної обробки завдяки хорошій здатності до формування та зварюваності.

• Сорт 11 (На-0.15Pd):

Як Grade 7 але більш пластичний і з меншою стійкістю до домішок. Він має трохи нижчу міцність і використовується у морському та хлоратному виробництві.

• Сорт 12 (Ti0,3Mo0,8Ni):

Містить 0.8% нікель і 0.3% молібден, забезпечуючи чудову зварюваність, високотемпературна міцність, і корозійна стійкість. Використовується в теплообмінниках, морський, та авіаційні компоненти.

• Сорт 23 (T6Al4V-ELI):

Також відомий як дуже низький інтерстиціальний або TAV-EIL, оцінка 23 титан має такі ж властивості, як і сорт 5 але чистіше. Має хорошу міцність на злам, біосумісність, і погана відносна оброблюваність. Знаходить застосування у виробництві ортопедичних штифтів, гвинти, хірургічні скоби, та ортодонтичні апарати.

5. Порівняння марок титану для механічної обробки

Оброблюваність залежить від сорту, з чистим титаном (Оцінка 1-4) будучи більш придатним для механічної обробки, ніж леговані марки. При виборі оцінки, враховуйте конкретні вимоги вашої програми, наприклад, резистентність до корозії, міцність, і економічна ефективність.

6. Інструменти та обладнання для обробки титану

• Машини ЧПУ: Верстати з ЧПК з високим крутним моментом, здатні виконувати точні рухи, є важливими.
• Види інструменту: Кінцеві фрези, свердло, і вставки повинні бути виготовлені з матеріалів, стійких до абразивної природи титану, наприклад карбіди з покриттям або кераміка.

7. Як вибрати правильний різальний інструмент для обробки титану?

Вибір правильних ріжучих інструментів для обробки титану має вирішальне значення через унікальні властивості металу, наприклад висока міцність, низька теплопровідність, і хімічна реакційна здатність. Ці характеристики роблять титан складним для обробки, потребує спеціальних інструментальних матеріалів, геометрії, і покриття для досягнення оптимальних результатів. Ось посібник із вибору правильних різальних інструментів для обробки титану:

1. Виберіть відповідний матеріал інструменту

• Твердосплавні інструменти: Твердосплавні інструменти є найпоширенішим вибором для обробки титану через їх твердість, міцність, і стійкість до зношування. Кращі сорти з високим вмістом кобальту, оскільки вони забезпечують кращу термостійкість і кращу стійкість.
• Твердосплавні інструменти з покриттям: Нанесення покриттів, таких як нітрид титану алюмінію (TiAlN) або нітрид алюмінію хрому (AlCrN) до твердосплавних інструментів покращує термостійкість і зменшує знос інструменту. Ці покриття допомагають відводити тепло від ріжучої кромки та мінімізувати хімічні реакції з титаном.
• Металокераміка: Складається з кераміки та металу, Керметні інструменти забезпечують відмінну зносостійкість і витримують більш високі швидкості різання. Вони підходять для фінішних операцій, де виділяється менше тепла.
• Керамічний і полікристалічний алмаз (PCD) Інструменти: Для спеціальних високошвидкісних фінішних робіт, Керамічні або PCD інструменти можуть бути ефективними. Однак, вони крихкі та не ідеальні для чорнових операцій через недостатню міцність.

2. Виберіть правильну геометрію інструменту

• Гострі ріжучі кромки: Використовуйте гострі інструменти, позитивні передні кути для мінімізації сил різання та зменшення виділення тепла. Гострі інструменти також допомагають запобігти затвердінню та потертості, які є поширеними проблемами при обробці титану.
• Оптимальний кут спіралі: Вибір інструментів із правильним кутом спіралі покращує відведення стружки та зменшує вібрацію, що має вирішальне значення для збереження якості обробки поверхні та довговічності інструменту. Вищий кут нахилу спіралі часто ефективніше зменшує шум.
• Міцне ядро ​​та жорстка конструкція: Кінцеві фрези з товщими сердечниками та меншою кількістю канавок міцніші та менш схильні до прогину, що допомагає зберегти точність і зменшити ризик поломки під час важких різів.

3. Розглянемо покриття та обробку інструментів

• Покриття TiAlN і AlCrN: Ці покриття розроблені таким чином, щоб витримувати високі температури та зменшувати хімічну спорідненість між інструментом і титаном, зменшуючи ймовірність нарощування краю (ЛУК) утворення та жолоблення.
• Діамантоподібний вуглець (DLC) Покриття: Для конкретних застосувань, Покриття DLC можуть запропонувати покращену продуктивність за рахунок зменшення тертя та підвищення зносостійкості, особливо в кольорових титанових сплавах.

4. Оптимізація параметрів різання

• Низькі швидкості різання: Низька теплопровідність титану означає, що тепло залишається зосередженим поблизу зони різання. Використання нижчих швидкостей різання (типово 30-60 метрів за хвилину) допомагає контролювати накопичення тепла та продовжує термін служби інструменту.
• Помірні норми подачі: Важливо збалансувати швидкість подачі та швидкість різання. Помірна швидкість подачі допомагає зберегти товщину стружки, що необхідно для ефективного відведення тепла та уникнення нагарту.
• Охолоджуюча рідина високого тиску: Використання систем охолодження високого тиску має вирішальне значення для обробки титану. Вони допомагають відводити тепло і стружку із зони різання, запобігання пошкодженню інструменту та забезпечення кращої обробки поверхні.

5. Використовуйте правильну стратегію шляху інструменту

• Трохоїдальне фрезерування: Ця вдосконалена стратегія фрезерування передбачає меншу радіальну глибину різу та велику осьову глибину, який мінімізує виділення тепла та рівномірно розподіляє сили різання, збільшення терміну служби інструменту.
• Пек свердління: При свердлінні титану, свердління з різьбленням можна використовувати для руйнування стружки та видалення її з отвору, зниження ризику забивання стружки та накопичення тепла.
• Постійне залучення фрези: Підтримуйте постійний кут зачеплення фрези, щоб уникнути різких змін навантаження, що може викликати вібрацію та вплинути на термін служби інструменту та якість деталей.

6. Забезпечте належне кріплення та жорсткість машини

• Стабільна посадка: Використовуйте високоточні, жорсткі кріпильні рішення для мінімізації вібрації та забезпечення стабільності під час обробки. Зменшена вібрація не тільки покращує обробку поверхні, але й запобігає сколу інструменту.
• Жорсткі верстати: Верстати з ЧПК з високою жорсткістю та демпфірувальною здатністю необхідні для ефективної обробки титану. Вони допомагають мінімізувати вібрацію, підтримувати стабільність інструменту, і забезпечують точний контроль сил різання.

8. Оздоблення поверхні оброблених титанових деталей

Діапазон поверхнева обробка Технології можуть покращити вироби з титану, виготовлені за допомогою ЧПУ, з функціональних та естетичних міркувань. Титан можна обробити такими методами, як полірування, Порошкове покриття, PVD покриття, Чищення зубів, Анодування, і дробеструйна обробка для досягнення бажаної якості поверхні, яка відповідає спеціальним промисловим стандартам.

9. Передові технології обробки титану

• Кріогенна обробка: Використовує рідкий азот для охолодження зони різання, зменшення зносу інструменту та підвищення якості деталей.
• Обробка за допомогою ультразвуку: Підвищує швидкість знімання матеріалу та зменшує знос інструменту завдяки застосуванню ультразвукових коливань.
• 5-Обробка осі: Ідеально підходить для створення складних геометрій і забезпечення високої точності багатосторонніх деталей.

10. Контроль якості обробки титану з ЧПУ

Дотримання жорстких допусків і точності має вирішальне значення при обробці титану. Заходи контролю якості включають:

• Координатно-вимірювальні машини (CMM): Для точних вимірювань і дотримання специфікацій.
• Обробка після механічної обробки: Термічна обробка, поверхнева обробка, та перевірка гарантує, що кінцевий продукт відповідає специфікаціям.

11. Загальні застосування оброблених титанових деталей

Титан широко використовується в різних галузях для компонентів, які вимагають міцності, легкі властивості, і корозійна стійкість:

Морська/морська промисловість

Виняткова стійкість титану до корозії робить його ідеальним для морських застосувань. Його зазвичай використовують у виробництві карданних валів, підводна робототехніка, такелаж, кульові крани, суднові теплообмінники, трубопроводи протипожежної системи, насос, вкладиші вихлопної труби, і бортові системи охолодження.

Аерокосмічний

Високе співвідношення міцності до ваги титану, Корозійна стійкість, і термостійкість роблять його кращим матеріалом в аерокосмічній галузі. Використовується для компонентів сидінь, частини турбіни, вали, клапани, корпус, фільтри, і частини системи генерації кисню.

Автомобільний

У той час як алюмінію часто віддають перевагу в автомобільному секторі через його доступність і економічну ефективність, титан все ще використовується для високопродуктивних деталей. До них відносяться клапани, клапанні пружини, фіксатори, поршні гальмівних супортів, поршневі пальці двигуна, пружини підвіски, стоп-дужки, коромисла двигуна, і шатуни.

Медичні та стоматологічні

Титан високо цінується в медицині за його стійкість до корозії, низька електропровідність, та біосумісність. Використовується в кісткових гвинтах, зубні імплантати, черепні гвинти для фіксації, спинномозкові стрижні, з'єднувачі, пластини, та ортопедичні штифти.

12. Майбутні тенденції в обробці титану

• Досягнення в інструментальних матеріалах і покриттях: Нові матеріали та покриття продовжать термін служби інструменту та покращать ефективність обробки.
• Інновації в техніці обробки та автоматизації: Автоматизація підвищить продуктивність і послідовність.
• Сталі та економічно ефективні методи обробки: Зосередьтеся на мінімізації відходів і споживання енергії.

13. Виберіть DEZE для обробки титанових деталей

DEZE пропонує досвід у обробці титану з ЧПУ за допомогою передового обладнання, кваліфіковані машиністи, і відданість якості, забезпечення високоякісних компонентів відповідно до ваших конкретних вимог.

14. Висновок

Унікальні властивості титану роблять його цінним матеріалом для обробки з ЧПК. Незважаючи на виклики, дотримання найкращих практик і використання передових методів може дати виняткові результати. Аерокосмічні компоненти чи медичні пристрої, вибір правильного сорту та застосування ефективних стратегій обробки є ключовими для успішних проектів обробки титану.

Посилання на вміст：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminium/

Поширені запитання

Титан важче обробляти, ніж сталь?

Так, титан важче обробляти, ніж сталь, головним чином через його високу температуру плавлення та схильність розтягуватися, а не ламатися. Ця пластичність ускладнює точне оброблення.

Яка швидкість подачі фрезерування для титану?

Для фрезерування титану, швидкість різання 40 до 150 м/хв, зі швидкістю подачі в діапазоні від 0.03 до 0.15 мм на зуб.

Як зняти напругу в титані після механічної обробки?

Титанові сплави можуть знімати напругу, не втрачаючи своєї міцності та пластичності. Цей процес передбачає нагрівання металу до 595-705 ° C (1100-1300 ° F) протягом однієї-двох годин, з подальшим повітряним охолодженням.