Giới thiệu
Titan là vật liệu được đánh giá cao nhờ tỷ lệ độ bền trên trọng lượng vượt trội, khả năng chống ăn mòn vượt trội, và khả năng tương thích sinh học. Những đặc tính này làm cho nó không thể thiếu trong các lĩnh vực từ hàng không vũ trụ và thiết bị y tế đến kỹ thuật ô tô và hàng hải.. CNC (Điều khiển số máy tính) gia công titan đòi hỏi kiến thức và kỹ thuật chuyên môn do đặc tính độc đáo của vật liệu. Hướng dẫn này đi sâu vào những lời khuyên cần thiết, thử thách, và các loại titan để có hiệu quả gia công CNC.
1. Tại sao chọn Titanium cho các bộ phận gia công CNC?
Titan được ưa chuộng cho các chi tiết gia công CNC vì những đặc tính vượt trội của nó:
- Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng: Titanium cung cấp một trong những tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao nhất so với bất kỳ kim loại nào, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi cả độ bền và độ nhẹ.
- Chống ăn mòn: Nó tự nhiên tạo thành một lớp oxit bảo vệ, chống ăn mòn trong môi trường khắc nghiệt.
- Tương thích sinh học: Titan có khả năng chống ăn mòn, có tính tương thích sinh học cao và đặc tính không độc hại khiến nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong ngành y tế.
- Không có từ tính: Kim loại này không có đặc tính từ tính.
- Các ngành công nghiệp phổ biến: Hàng không vũ trụ, thuộc về y học, ô tô, và các lĩnh vực hàng hải sử dụng rộng rãi titan vì khả năng hoạt động cao.
2. Những thách thức cần xem xét khi gia công Titan
Trong khi gia công CNC titan mang lại nhiều lợi thế, nó cũng đặt ra một số thách thức:
- Khả năng phản ứng hóa học cao và tạo bọt
Khả năng phản ứng hóa học cao của titan có thể khiến khí phản ứng với bề mặt của nó trong quá trình gia công, dẫn đến quá trình oxy hóa, sự giòn, và giảm khả năng chống ăn mòn. Ngoài ra, mô đun đàn hồi thấp làm cho nó trở nên “dẻo dai”,” khiến nó dính vào dụng cụ cắt và dẫn đến hư hỏng dụng cụ và độ hoàn thiện bề mặt kém. - Lực tích tụ và cắt nhiệt
Độ dẫn nhiệt thấp của titan khiến nhiệt tích tụ ở điểm cắt, dẫn đến hao mòn dụng cụ nhanh chóng và có thể gây hư hỏng bề mặt, đặc biệt là với các hợp kim cứng hơn. Để giảm thiểu điều này, sử dụng RPM thấp hơn với tải phoi lớn hơn và sử dụng chất làm mát áp suất cao để duy trì nhiệt độ cắt mát hơn. Lực cắt cao cần thiết cho gia công titan cũng góp phần làm mòn dụng cụ, rung động, và giảm chất lượng bề mặt. - Ứng suất dư và độ cứng
Cấu trúc tinh thể của hợp kim titan có thể làm tăng lực cắt, sinh ra ứng suất dư có thể khiến các bộ phận bị cong vênh, nứt, hoặc suy yếu theo thời gian, ảnh hưởng đến độ bền và độ chính xác của chi tiết gia công.
3. Lời khuyên hữu ích cho gia công titan
Để vượt qua những thách thức này, một số chiến lược có thể được sử dụng:
- Lựa chọn công cụ: Lựa chọn các dụng cụ bằng cacbua hoặc gốm có hình học và lớp phủ thích hợp được thiết kế cho titan.
- Thông số cắt: Điều chỉnh tốc độ, tốc độ nạp liệu, và độ sâu cắt để quản lý nhiệt và giảm thiểu mài mòn dụng cụ.
- Chất làm mát và bôi trơn: Sử dụng chất làm mát áp suất cao để quản lý nhiệt hiệu quả và nâng cao tuổi thọ dụng cụ.
- Kỹ thuật làm việc: Sử dụng vật cố định cứng nhắc để giảm thiểu độ rung và tiếng ồn.
- Chiến lược gia công: Sử dụng phương pháp phay leo và cắt sâu nhẹ để giảm nhiệt và tải dụng cụ.
- Quản lý chip: Đảm bảo loại bỏ chip hiệu quả để tránh làm cứng vật liệu và duy trì chất lượng bề mặt.
Những lời khuyên này giúp duy trì tuổi thọ dụng cụ, nâng cao hiệu quả, và đạt được kết quả mong muốn.
4. Các lớp Titan khác nhau cho gia công CNC
Titan có nhiều loại và hợp kim khác nhau, mỗi loại phù hợp cho các ứng dụng cụ thể với những ưu điểm và nhược điểm riêng. Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về các loại titan chính:
Lớp Titan nguyên chất
- Cấp 1 (Hàm lượng oxy thấp):
Titan mềm nhất và dẻo nhất, được biết đến với khả năng gia công tuyệt vời, độ bền va đập, chống ăn mòn, và khả năng định hình. Tuy nhiên, nó có sức mạnh thấp hơn so với các lớp khác. Nó được sử dụng trong y tế, ô tô, và ứng dụng hàng không vũ trụ.
- Cấp 2 (Hàm lượng oxy tiêu chuẩn):
Được mệnh danh là “titan titan,” nó mang lại sự cân bằng về sức mạnh, chống ăn mòn, khả năng định hình, và khả năng hàn. Thường được sử dụng trong các thiết bị y tế và hàng không vũ trụ cho động cơ máy bay.
- Cấp 3 (Hàm lượng oxy trung bình):
Ít phổ biến hơn lớp 1 Và 2, nhưng cung cấp các tính chất cơ học tốt, khả năng chống ăn mòn cao, và khả năng gia công. Nó được sử dụng trong y tế, hàng hải, và lĩnh vực hàng không vũ trụ.
- Cấp 4 (Hàm lượng oxy cao):
Có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn nhưng lại là thách thức đối với máy, yêu cầu nhiều chất làm mát hơn và tốc độ cấp liệu cao hơn. Nó được sử dụng trong các tàu đông lạnh, linh kiện khung máy bay, trao đổi nhiệt, và thiết bị CPI.
Lớp hợp kim titan
- Cấp 5 (Ti6Al4V):
Một hợp kim được sử dụng rộng rãi với 6% nhôm và 4% vanadi, cung cấp khả năng chống ăn mòn và định hình cao, mặc dù không phải là mạnh nhất. Lý tưởng cho việc phát điện, hàng hải, và các công trình hàng không vũ trụ quan trọng.
- Cấp 6 (Của 5 Al-2.5Sn):
Nổi tiếng với sự ổn định, sức mạnh, và khả năng hàn ở nhiệt độ cao, làm cho nó phù hợp với khung máy bay và động cơ phản lực.
- Cấp 7 (Của-0.15Pd):
Tương tự với Lớp 2 nhưng được bổ sung thêm palladium để tăng cường khả năng chống ăn mòn. Nó rất tuyệt vời cho các thiết bị xử lý hóa học do khả năng định hình và khả năng hàn tốt.
- Cấp 11 (Của-0.15Pd):
Thích lớp 7 nhưng dẻo hơn và có khả năng chịu tạp chất thấp hơn. Nó có độ bền thấp hơn một chút và được sử dụng trong sản xuất hàng hải và clorat.
- Cấp 12 (Ti0.3Mo0.8Ni):
Chứa 0.8% niken và 0.3% molypden, cung cấp khả năng hàn vượt trội, sức mạnh nhiệt độ cao, và khả năng chống ăn mòn. Được sử dụng trong bộ trao đổi nhiệt, hàng hải, và linh kiện máy bay.
- Cấp 23 (T6Al4V-ELI):
Còn được gọi là quảng cáo xen kẽ cực thấp hoặc TAV-EIL, lớp 23 titan có các đặc tính tương tự như lớp 5 nhưng tinh khiết hơn. Nó có độ bền gãy xương tốt, khả năng tương thích sinh học, và khả năng gia công tương đối kém. Nó được sử dụng trong sản xuất ghim chỉnh hình, ốc vít, ghim phẫu thuật, và dụng cụ chỉnh nha.
5. So sánh các cấp độ Titan để gia công
Khả năng gia công khác nhau giữa các lớp, bằng titan nguyên chất (Điểm 1-4) dễ gia công hơn các loại hợp kim. Khi chọn lớp, xem xét các yêu cầu cụ thể của ứng dụng của bạn, chẳng hạn như khả năng chống ăn mòn, sức mạnh, và hiệu quả chi phí.
6. Dụng cụ và thiết bị gia công Titan
- Máy CNC: Máy CNC mô-men xoắn cao có khả năng chuyển động chính xác là rất cần thiết.
- Các loại dụng cụ: Máy nghiền cuối, cuộc tập trận, và các phần chèn phải được làm bằng vật liệu chống lại tính chất mài mòn của titan, chẳng hạn như cacbua phủ hoặc gốm.
7. Làm thế nào để chọn dụng cụ cắt phù hợp để gia công Titan？
Việc chọn công cụ cắt phù hợp để gia công titan là rất quan trọng do tính chất độc đáo của kim loại, chẳng hạn như cường độ cao, độ dẫn nhiệt thấp, và phản ứng hóa học. Những đặc điểm này làm cho titan trở thành thách thức đối với máy móc, yêu cầu vật liệu công cụ cụ thể, hình học, và lớp phủ để đạt được kết quả tối ưu. Dưới đây là hướng dẫn chọn công cụ cắt phù hợp để gia công titan:
1. Chọn vật liệu công cụ phù hợp
- Dụng cụ cacbua: Dụng cụ cacbua là lựa chọn phổ biến nhất để gia công titan do độ cứng của chúng, sự dẻo dai, và khả năng chống mài mòn. Các loại có hàm lượng coban cao được ưa chuộng hơn vì chúng có khả năng chịu nhiệt và giữ cạnh tốt hơn.
- Công cụ cacbua tráng: Thi công lớp phủ như Titanium Aluminium Nitride (TiAlN) hoặc Nhôm Crom Nitrua (AlCrN) đối với dụng cụ cacbua cải thiện khả năng chịu nhiệt và giảm mài mòn dụng cụ. Những lớp phủ này giúp tản nhiệt ra khỏi lưỡi cắt và giảm thiểu phản ứng hóa học với titan.
- Dụng cụ gốm kim loại: Bao gồm gốm và kim loại, Dụng cụ gốm kim loại có khả năng chống mài mòn tuyệt vời và có thể xử lý tốc độ cắt cao hơn. Chúng thích hợp cho các hoạt động hoàn thiện nơi tạo ra ít nhiệt hơn.
- Kim cương gốm và đa tinh thể (PCD) Công cụ: Dành cho các ứng dụng hoàn thiện tốc độ cao cụ thể, Dụng cụ gốm hoặc PCD có thể có hiệu quả. Tuy nhiên, chúng giòn và không lý tưởng cho các nguyên công gia công thô do thiếu độ dẻo dai.
2. Chọn hình học công cụ phù hợp
- Các cạnh cắt sắc nét: Sử dụng các dụng cụ có độ sắc nét, góc cào dương để giảm thiểu lực cắt và giảm sinh nhiệt. Các dụng cụ sắc bén cũng giúp ngăn ngừa hiện tượng cứng và mòn khi làm việc, những vấn đề thường gặp khi gia công titan.
- Góc xoắn tối ưu: Việc lựa chọn các công cụ có góc xoắn chính xác sẽ cải thiện khả năng thoát phoi và giảm độ rung, điều này rất quan trọng để duy trì chất lượng hoàn thiện bề mặt và tuổi thọ dụng cụ. Góc xoắn cao hơn thường hiệu quả hơn trong việc giảm tiếng ồn.
- Thiết kế cốt lõi mạnh mẽ và cứng nhắc: Dao phay ngón có lõi dày hơn và số lượng me giảm sẽ mạnh hơn và ít bị lệch hơn, giúp duy trì độ chính xác và giảm nguy cơ gãy xương khi cắt nặng.
3. Xem xét lớp phủ và phương pháp xử lý dụng cụ
- Lớp phủ TiAlN và AlCrN: Những lớp phủ này được thiết kế để chịu được nhiệt độ cao và giảm ái lực hóa học giữa dụng cụ và titan, giảm cơ hội xây dựng lợi thế (NÓI CHUYỆN) sự hình thành và dồn nén.
- Carbon giống như kim cương (DLC) Lớp phủ: Đối với các ứng dụng cụ thể, Lớp phủ DLC có thể nâng cao hiệu suất bằng cách giảm ma sát và tăng khả năng chống mài mòn, đặc biệt là trong các hợp kim titan kim loại màu.
4. Tối ưu hóa các thông số cắt
- Tốc độ cắt thấp hơn: Độ dẫn nhiệt thấp của titan có nghĩa là nhiệt vẫn tập trung gần khu vực cắt. Sử dụng tốc độ cắt thấp hơn (tiêu biểu 30-60 mét trên phút) giúp quản lý sự tích tụ nhiệt và kéo dài tuổi thọ dụng cụ.
- Tốc độ nạp vừa phải: Cân bằng tốc độ tiến dao với tốc độ cắt là điều cần thiết. Tốc độ tiến dao vừa phải giúp duy trì độ dày phoi, điều này cần thiết để tản nhiệt hiệu quả và tránh làm cứng vật liệu.
- Chất làm mát áp suất cao: Sử dụng hệ thống làm mát áp suất cao là rất quan trọng khi gia công titan. Chúng giúp loại bỏ nhiệt và phoi khỏi vùng cắt, ngăn ngừa hư hỏng dụng cụ và đảm bảo bề mặt hoàn thiện tốt hơn.
5. Sử dụng chiến lược đường dẫn công cụ phù hợp
- phay trochoidal: Chiến lược phay tiên tiến này liên quan đến việc lấy chiều sâu cắt hướng tâm nhỏ hơn và chiều sâu trục cao, giúp giảm thiểu sự sinh nhiệt và phân bổ đều lực cắt, nâng cao tuổi thọ dụng cụ.
- Khoan Peck: Khi khoan titan, khoan peck có thể được sử dụng để phá vỡ phoi và sơ tán chúng khỏi lỗ, giảm nguy cơ tắc nghẽn chip và tích tụ nhiệt.
- Tương tác máy cắt liên tục: Duy trì góc tiếp xúc của dao cắt không đổi để tránh những thay đổi tải đột ngột, có thể gây ra rung động và ảnh hưởng đến tuổi thọ dụng cụ cũng như chất lượng bộ phận.
6. Đảm bảo độ bám dính và độ cứng của máy phù hợp
- Ổn định công việc: Sử dụng độ chính xác cao, giải pháp giữ chặt vật liệu cứng để giảm thiểu độ rung và đảm bảo độ ổn định trong quá trình gia công. Giảm độ rung không chỉ cải thiện bề mặt hoàn thiện mà còn ngăn chặn sự sứt mẻ của dụng cụ.
- Máy công cụ cứng: Máy CNC có độ cứng cao và khả năng giảm chấn rất cần thiết để gia công titan hiệu quả. Chúng giúp giảm thiểu rung động, duy trì sự ổn định của công cụ, và cung cấp khả năng kiểm soát chính xác lực cắt.
8. Bề mặt hoàn thiện cho các bộ phận bằng titan được gia công
một loạt các hoàn thiện bề mặt kỹ thuật có thể nâng cao các sản phẩm titan được gia công bằng CNC vì lý do chức năng và thẩm mỹ. Titan có thể được hoàn thiện bằng các phương pháp như đánh bóng, sơn tĩnh điện, lớp phủ PVD, đánh răng, anod hóa, và phun hạt để đạt được bề mặt hoàn thiện mong muốn đáp ứng các tiêu chuẩn ngành cụ thể.
9. Kỹ thuật tiên tiến để gia công titan
- Gia công đông lạnh: Sử dụng nitơ lỏng để làm mát khu vực cắt, giảm mài mòn dụng cụ và cải thiện chất lượng bộ phận.
- Gia công có hỗ trợ siêu âm: Tăng cường tốc độ loại bỏ vật liệu và giảm mài mòn dụng cụ bằng cách áp dụng rung động siêu âm.
- 5-Gia công trục: Lý tưởng để tạo các hình học phức tạp và đảm bảo độ chính xác cao ở các bộ phận nhiều mặt.
10. Kiểm soát chất lượng trong gia công CNC Titan
Duy trì dung sai chặt chẽ và độ chính xác là rất quan trọng khi gia công titan. Các biện pháp kiểm soát chất lượng bao gồm:
- Máy đo tọa độ (CMM): Để đo lường chính xác và tuân thủ các thông số kỹ thuật.
- Xử lý sau gia công: Xử lý nhiệt, hoàn thiện bề mặt, và kiểm tra đảm bảo sản phẩm cuối cùng đáp ứng các thông số kỹ thuật.
11. Các ứng dụng phổ biến của các bộ phận titan gia công
Titan được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp cho các bộ phận đòi hỏi độ bền, tính chất nhẹ, và khả năng chống ăn mòn:
Khả năng chống ăn mòn đặc biệt của titan khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng hàng hải. Nó thường được sử dụng trong sản xuất trục chân vịt, robot dưới nước, sự gian lận, van bi, trao đổi nhiệt biển, đường ống hệ thống chữa cháy, máy bơm, ống xả lót, và hệ thống làm mát trên tàu.
Hàng không vũ trụ
Tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao của titan, chống ăn mòn, và khả năng chịu nhiệt làm cho nó trở thành vật liệu được ưa chuộng trong ngành hàng không vũ trụ. Nó được sử dụng cho các thành phần ghế, bộ phận tuabin, trục, van, nhà ở, bộ lọc, và các bộ phận của hệ thống tạo oxy.
ô tô
Trong khi nhôm thường được ưa chuộng trong lĩnh vực ô tô do tính sẵn có và hiệu quả về chi phí, titan vẫn được sử dụng cho các bộ phận hiệu suất cao. Chúng bao gồm các van, lò xo van, thuộc hạ, piston kẹp phanh, chốt piston động cơ, lò xo treo, dấu ngoặc dừng, rocker động cơ, và thanh nối.
Y tế và Nha khoa
Titan được đánh giá cao trong lĩnh vực y tế vì khả năng chống ăn mòn, độ dẫn điện thấp, và khả năng tương thích sinh học. Nó được sử dụng trong ốc vít xương, cấy ghép nha khoa, vít sọ để cố định, thanh cột sống, đầu nối, tấm, và ghim chỉnh hình.
12. Xu hướng tương lai trong gia công titan
- Những tiến bộ trong vật liệu dụng cụ và lớp phủ: Vật liệu và lớp phủ mới sẽ kéo dài tuổi thọ dụng cụ và nâng cao hiệu quả gia công.
- Những đổi mới trong kỹ thuật gia công và tự động hóa: Tự động hóa sẽ nâng cao năng suất và tính nhất quán.
- Thực hành gia công bền vững và tiết kiệm chi phí: Tập trung vào việc giảm thiểu chất thải và tiêu thụ năng lượng.
13. Chọn DEZE để gia công các bộ phận bằng titan
DEZE cung cấp chuyên môn về gia công CNC titan với thiết bị tiên tiến, thợ máy lành nghề, và cam kết về chất lượng, đảm bảo các thành phần chất lượng cao phù hợp với yêu cầu cụ thể của bạn.
14. Phần kết luận
Các đặc tính độc đáo của titan khiến nó trở thành vật liệu có giá trị cho gia công CNC. Bất chấp những thách thức, tuân theo các phương pháp hay nhất và sử dụng các kỹ thuật tiên tiến có thể mang lại kết quả đặc biệt. Cho dù là linh kiện hàng không vũ trụ hay thiết bị y tế, chọn đúng cấp độ và sử dụng các chiến lược gia công hiệu quả là chìa khóa cho các dự án gia công titan thành công.
Nội dung tham khảo：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminum/
Câu hỏi thường gặp
Titan có khó gia công hơn thép không?
Đúng, titan khó gia công hơn thép, chủ yếu là do điểm nóng chảy cao và xu hướng kéo dài hơn là đứt. Tính dễ uốn này làm cho việc gia công chính xác trở nên khó khăn hơn.
Tốc độ cấp liệu nghiền cho titan là bao nhiêu?
Để phay titan, tốc độ cắt của 40 ĐẾN 150 m/phút được khuyến nghị, với tốc độ nạp dao động từ 0.03 ĐẾN 0.15 mm mỗi răng.
Làm thế nào để bạn giảm bớt căng thẳng trong titan sau khi gia công?
Hợp kim titan có thể được giảm căng thẳng mà không mất đi độ bền hoặc độ dẻo. Quá trình này bao gồm việc nung nóng kim loại đến 595-705 °C (1100-1300 ° F) trong một đến hai giờ, tiếp theo là làm mát không khí.
