كان التيتانيوم في الماضي مادة لا يستخدمها سوى عدد قليل من الورش المختارة ونادراً ما كان الميكانيكي العادي يستخدمها، ولكن الآن يتم استخدامه بشكل أكثر تواتراً ويستخدمه العديد من الميكانيكيين على مدار حياتهم المهنية. لا يشبه التصنيع الآلي للتيتانيوم تصنيع المواد القياسية مثل الألومنيوم والصلب في الصناعة. ومع ذلك، وبسبب أرباحها الهائلة، بدأت المزيد من الورش في التعبير عن اهتمامها بهذه الوظائف.

سنغطي في هذه المقالة الممارسات الناجحة لتصنيع التيتانيوم باستخدام الحاسب الآلي، وكيفية اختيار أدوات القطع المناسبة، والأمور التي يجب أن يأخذها الميكانيكيون في الاعتبار. إذا كنت تريد معرفة المزيد عن عمليات التصنيع الآلي الأخرى، يُرجى الانتقال إلى الشركة المصنعة للمكونات المخروطة الصفحة.

تصنيع التيتانيوم آلياً: الاعتبارات الرئيسية

تُعد عملية التصنيع باستخدام الحاسب الآلي باستخدام التيتانيوم عملية معقدة بسبب قوته مما يجعله مناسباً لمعظم التطبيقات الأكثر تطلباً وفي نفس الوقت يصعب تصنيعها آلياً. من الضروري فهم تفاصيل عملية التصنيع للحصول على أفضل النتائج وإطالة عمر الأداة.

1. اختيار أدوات القطع

يتطلب التصنيع الآلي للتيتانيوم مراعاة أدوات القطع. نظراً لأن التيتانيوم مقاوم للحرارة والصلابة، فمن الضروري اختيار أدوات يمكنها تحمل هذه الخصائص. تُعد الأدوات الفولاذية عالية السرعة المطلية بالتنغستن والكربون والفاناديوم مناسبة بسبب احتفاظها بالصلابة في درجات حرارة تصل إلى 600 درجة مئوية. وتسمح هذه الأدوات بقطع أفضل وتقلل من فرص تقطيع الحواف المتكسرة مما يحسّن من عمليات التشغيل الآلي.

2. أهمية طلاء الأدوات

إن طلاء أدوات القطع أمر مهم، وتطبيق النوع الصحيح من الطلاء سيحسّن من أداء أدوات القطع أثناء التصنيع الآلي للتيتانيوم. تقلل الطلاءات مثل طلاء نيتريد ألومنيوم التيتانيوم (TiAlN) من توليد الحرارة من خلال إنشاء طبقة من أكسيد الألومنيوم على سطح الأداة. تقلل هذه الطبقة من التوصيل الحراري والتفاعل الكيميائي بين الأداة وقطعة العمل، مما يزيد من عمر الأداة وإزالة البُرادة.

3. ضمان الاستقرار في التصنيع الآلي

يُعد الاستقرار أثناء التصنيع الآلي للتيتانيوم أمراً حيوياً لتقليل الاهتزاز وزيادة دقة القطع. ونظراً لمرونة التيتانيوم والقوى العالية، من المحتمل أن تحدث الثبات في القطع، وهو ما يضر بجودة السطح المشكّل. اعمل باستخدام ماكينات تفريز طرفية عملاقة ذات قطر أساسي أكبر لتحسين الثبات وضمان أقصر مسافة بين مقدمة المغزل ورأس الأداة. كما أن استخدام سرعات تغذية وسرعات ثابتة للتشغيل الآلي يقلل أيضًا من الحرارة وتصلب الإجهاد على الأداة، وبالتالي الحفاظ على وظيفة الأداة ومتانتها.

4. مزايا الطحن بالتسلق

يتميز الطحن بالتسلق بالعديد من الفوائد عند استخدامه في التصنيع الآلي المخصص للتيتانيوم. في الطحن بالتسلق، تبدأ سماكة البُرادة في الطحن بالتسلق من سماكة أوسع وتقل تدريجيًا، بينما في الطحن بالتسلق، يكون العكس صحيحًا. يساعد ذلك على تعزيز نقل الحرارة إلى البُرادة بدلاً من الشُّغْلة، وبالتالي تقليل الإجهاد الحراري وتآكل الأداة. يعمل الطحن بالتسلق على تعزيز القص وإزالة البُرادة خلف القاطع بشكل مناسب، مما يحسّن من كفاءة التصنيع الآلي والتشطيب السطحي.

تُعد معرفة هذه الاستراتيجيات أمراً بالغ الأهمية لنجاح تصنيع التيتانيوم آلياً. وبالتالي، فإن اختيار الأدوات المناسبة، والطلاءات المناسبة، والثبات، واستراتيجية الطحن الملائمة ستمكن الميكانيكيين من الحصول على الأبعاد والكفاءة المطلوبة لمكونات التيتانيوم في ظل المتطلبات الصناعية.

الدرجات الشائعة المستخدمة في التصنيع الآلي باستخدام الحاسب الآلي

دعونا نناقش بعض الدرجات الشائعة المستخدمة عادةً في تصنيع التيتانيوم باستخدام الحاسب الآلي باستخدام الحاسب الآلي.

الرتبة 1: تيتانيوم نقي تجاريًا لا يحتوي على أكثر من 0.31 تيرابايت 5 تيرابايت من الأكسجين.

تشمل بعض الأنواع الأكثر شيوعًا التيتانيوم من الدرجة 1 ذو ليونة عالية ومحتوى منخفض من الأكسجين. ويتميز بقابلية جيدة للتشغيل الآلي وصلابة عالية في الصدمات ومقاومة عالية للتآكل، ويُستخدم في الصناعات الطبية وصناعة السيارات والفضاء. ومع ذلك، فإن للتيتانيوم من الدرجة 1 بعض العيوب؛ فهو يتمتع بقوة أقلّ من الدرجات الأخرى من التيتانيوم، وبالتالي لا يمكن استخدامه في المناطق التي يتمّ فيها تطبيق الإجهاد.

الدرجة 2 (تيتانيوم نقي تجاريًا يحتوي على كمية قياسية من الأكسجين)

وتُعرف الدرجة الثانية من التيتانيوم أيضاً باسم التيتانيوم العمود الفقري بسبب محتواه المتوسط من الأكسجين ومقاومته العالية للتآكل وقابليته للتشكيل واللحام والليونة. ويُستخدم على نطاق واسع في الصناعات الطبية والفضائية، وخاصة في أجزاء محركات الطائرات، نظراً لخصائصه الميكانيكية التي تمكّنه من تحمّل الظروف المطبّقة.

الدرجة 3 (تيتانيوم نقي مع كمية معتدلة من الأكسجين)

يتميّز التيتانيوم من الدرجة 3 بخصائص ميكانيكية معتدلة مثل التآكل وقابلية التشغيل والقوة. ولا يشيع استخدامه في التطبيقات التجارية مثل الدرجة 1 و2. ومع ذلك، فإنه يُستخدم في الصناعات الطبية والبحرية والفضائية حيث يتطلب أداءً متناسقاً للأجزاء والتركيبات.

الدرجة 4 (تيتانيوم نقي يحتوي على نسبة عالية من الأكسجين)

يُعدّ التيتانيوم من الدرجة 4 من أقوى المواد وأكثرها ثباتاً كيميائياً في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي باستخدام الحاسب الآلي للتيتانيوم، وهو يحظى بالتقدير لقدرته على العمل في البيئات القاسية. ومع ذلك، فإنه يحتوي على نسبة عالية من الأكسجين، وهو ما يجعل من الصعب تشغيله آلياً. يستخدم الكثير من سائل التبريد وله معدلات تغذية عالية أثناء التصنيع الآلي. يُستخدم هذا الصنف في الأوعية المبردة، ومعدات المعالجة الكيميائية، وأجزاء هياكل الطائرات حيث تكون القوة والمتانة العالية ضرورية.

الدرجة 5 (Ti6Al4V)

Ti6Al4V عبارة عن سبيكة تيتانيوم ألفا بيتا مع 6% Al و4% V؛ تتمتّع هذه المادة بخصائص ميكانيكية جيدة، بما في ذلك القوة العالية وقابلية التشكيل المعقولة والمقاومة الجيدة للتآكل. وهي تُستخدم في محطات توليد الطاقة، والمنصات البحرية، والسفن وأجزاء السفن، ومنتجات الفضاء عالية القوة، وما إلى ذلك. يُستخدم التيتانيوم من الدرجة 5 في جميع المجالات التي تحتاج إلى أداء عالٍ في مختلف الظروف البيئية.

الصف 6 (Ti 5Al 5Al-2.5Sn)

تتمتّع سبائك التيتانيوم من الدرجة 6 بثبات جيد وقوة عالية ويمكن ربطها بسرعة، خاصةً في درجات حرارة التشغيل العالية. وهذا ما يجعلها مثالية للاستخدام في هياكل الطائرات والمحركات النفاثة وغيرها من الأجزاء والمكونات الفضائية حيث تكون قوة المادة ذات أهمية قصوى. ونظراً لقدرته على التعامل مع درجات الحرارة العالية وظروف الإجهاد، فهو مناسب للظروف القاسية.

الرتبة 7 (Ti-0.15Pd)

وعند مقارنة الدرجة 2 بالدرجة 7، فإن هذه الأخيرة تحتوي على البلاديوم لتحسين خصائص التآكل، خاصة في التطبيقات الكيميائية. ويتميز بخصائص تشكيل ولحام جيدة، وبسبب مقاومته للعوامل المسببة للتآكل، فإنه يستخدم على نطاق واسع في معدات المعالجة الكيميائية حيث تكون القوة والمتانة ضرورية.

الصف 11 (Ti-0.15Pd)

وعلى غرار الدرجة 7 السابقة من التيتانيوم، تتميز سبيكة التيتانيوم من الدرجة 11 بليونة أعلى وقبول أقل للشوائب. ويُستخدم في التطبيقات البحرية وتصنيع الكلورات بسبب طبيعته غير المسببة للتآكل وتوافقه مع المياه المالحة. يُعدّ التيتانيوم من الدرجة 11 أقلّ قوة من التيتانيوم من الدرجة 7، ولذلك يُستخدم في الأماكن التي تحتاج إلى مرونة ومقاومة للتآكل.

الدرجة 12 (Ti 0.3 Mo 0.8 Ni 0.8 Ni)

تحتوي سبيكة التيتانيوم من الدرجة 12 على الموليبدينوم والنيكل وهي قابلة للحام؛ وتتميز بقوة عالية في درجات الحرارة العالية ومقاومة جيدة للتآكل. وتُستخدم في صناعة الأصداف والمبادلات الحرارية والأجزاء البحرية وأجزاء الطائرات وغيرها من الصناعات بسبب قوتها الميكانيكية التي تمكّنها من تحمل البيئة.

الدرجة 23 (Ti6Al4V-ELI)

إنّ التيتانيوم الخلالي المنخفض للغاية أو التيتانيوم من الدرجة 23 ليس بدقة مثل الدرجة 5 ويتميّز بتوافق حيوي وصلابة كسر أفضل من الدرجة 5. ونظراً لنقائه العالي، يمكن استخدامه في التطبيقات الطبية مثل غرسات تقويم العظام والدبابيس الجراحية وأجهزة تقويم الأسنان حيث يكون التوافق مع أنسجة الجسم والقوة أمراً بالغ الأهمية.

مزايا اختيار التيتانيوم لقطع التصنيع باستخدام الحاسب الآلي

من بين كل هذه المواد، يمكن أن ينفرد التيتانيوم في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي نظرًا لخصائصه التي تجعله مناسبًا لصناعات محددة. إن توافقه الحيوي المحسّن يجعله مهمًا جدًا في الطب لأنه يضمن عدم طرد الغرسات من الجسم. هذه الخاصية هي المقاومة العالية للتآكل، مما يجعل التيتانيوم ذو قيمة عالية في الصناعات البحرية وصناعات المعالجة الكيميائية حيث تكون قدرة المادة على الاستمرار طويلاً أمرًا بالغ الأهمية.

وثمة خاصية أخرى للتيتانيوم وهي نسبة قوته إلى وزنه العالية، وهو أمر مفيد للغاية في صناعات الطيران والسيارات حيث يكون تقليل الوزن مع زيادة القوة أمرًا مهمًا في تعزيز أداء المعدات وكفاءتها. وتسمح ليونة التيتانيوم العالية باستخدامه في الأشكال الهندسية المعقدة والمقاطع المعقدة المطلوبة لاستخدامات محددة في مختلف الصناعات. ومع ذلك، فإنّ التيتانيوم سهل التصنيع آلياً، وبالتالي يمكن إنتاج الأجزاء بدقة كبيرة وموثوقية عالية لتحقيق مستويات التفاوت المطلوبة.

التحديات في تصنيع التيتانيوم آلياً

ليس من السهل العمل مع سبائك التيتانيوم لأنّه من المحتمل أن تواجه التحديات التالية عند تصنيع هذه المادة تتسم بتفاعلية كيميائية عالية وتآكل يؤدي إلى تكوين عيوب سطحية مثل الأكسدة والتقصف أثناء عملية التصنيع، مما يضر بجودة المكون وموثوقيته.

إن التحكّم في ارتفاع درجة الحرارة والقوى أمر بالغ الأهمية لأن التيتانيوم لديه موصلية حرارية منخفضة؛ تتراكم الحرارة في منطقة القطع، مما يؤدي إلى تآكل سريع للأداة وقد يؤثر على تشطيب السطح. علاوة على ذلك، يحتوي التيتانيوم على إجهادات متبقية ومتصلبة** بعد عملية التصنيع، وتتسبب هذه الإجهادات في عدم استقرار الأبعاد، وفي بعض الأحيان يفشل الجزء.

نصائح قيّمة لتصنيع التيتانيوم بكفاءة عالية

ومع ذلك، يجب التحكم في بعض العوامل الحاسمة لتحسين التصنيع الآلي للتيتانيوم لأنه ليس بالأمر السهل. يساعد تشبيك قطع العمل على تقليل الاهتزازات ورفرفة الأدوات، وبالتالي تحسين دقة قطع العمل وتشطيب سطحها. يقلل استخدام أدوات عالية التحميل وأدوات القطع القصيرة من مقدار الانحراف، وبالتالي تتحقق الدقة حتى في الأجزاء التي بها مشاكل.

إن اختيار أدوات قطع محددة للتيتانيوم بطلاء أفضل مثل TiCN أو TiAlN يحسّن من مقاومة التآكل. ويزيد من متانة الأدوات وكفاءة العملية وتكلفتها. وبالتالي، من الضروري التحكّم في حالة الأدوات واستبدالها بأخرى جديدة إذا لزم الأمر للحفاظ على الجودة العالية للأجزاء المشكّلة وعدم زيادة معدل تآكل الأدوات أثناء الإنتاج الطويل.

يعد التحكم في معلمات القطع، مثل معدلات التغذية وسرعات عمود الدوران وأحمال البُرادة أمرًا حيويًا لتقليل توليد الحرارة وتآكل الأدوات. يساعد استخدام إمدادات سائل التبريد الكافية في منطقة القطع في تدفق البُرادة ويحافظ على انخفاض درجات حرارة القطع، وبالتالي تقليل فشل الأدوات وخشونة السطح.

إن تحسين معلمات القطع، مثل العمق المحوري للقطع والعمق الشعاعي للقطع، يزيد من معدل إزالة المواد ويقلل من قوى القطع وتوليد الحرارة، مما يجعل تصنيع التيتانيوم عملية موثوقة. لذا، يمكن القول إن تصنيع التيتانيوم ليس بالمهمة السهلة. ومع ذلك، وبسبب خصائصه الخاصة وطرق التصنيع الصحيحة، فإنه لا يمكن الاستغناء عنه في الصناعات التي تتطلب قوة عالية، ودرجة حرارة عالية، وأجزاءً مُشغّلة باستخدام الحاسب الآلي يمكن الاعتماد عليها بشكل كبير.

الفروق في التصنيع الآلي للتيتانيوم إلى مواد أخرى

في فئة المعادن، يتميّز التيتانيوم بواحدة من أكثر الخصائص روعة: قوته. ولذلك، يجب استخدام جميع الصناعات التي تتطلّب عناصر وأجزاء عالية الإجهاد في ظروف قاسية. وهذا ما يجعله مرغوباً أكثر في القطاعات المختلفة نظراً لمقاومته العالية للحرارة والتآكل.

القوة والمتانة

ومقارنةً بالمعادن الأخرى، يتميّز التيتانيوم بقوة شدّ أعلى ويُستخدم في التطبيقات التي تتطلب قوة عالية في درجات حرارة عالية. في حين يمكن تصنيف الفولاذ وفقاً لعناصر السبائك، ويمكن أن تختلف خصائصه اختلافاً كبيراً عن المادة الأولية، ويمكن استخدام التيتانيوم في شكله النقي أو كسبائك، وأكثرها شيوعاً هو الدرجة 5 (Ti 6Al-4V)، والتي تمثل 50% من استهلاك التيتانيوم في العالم.

اعتبارات التكلفة

ومع ذلك، فإن للتيتانيوم عيباً رئيسياً - لا تزال التكلفة أعلى بكثير من المواد الأخرى مثل الفولاذ أو الألومنيوم. يشيع استخدام هذه المواد من قِبل المهندسين والمصنعين، حيث يصبح عامل التكلفة مهمًا جدًا، ولا يتطلب التطبيق جودة أعلى للمادة. على سبيل المثال، يتمتع الفولاذ بقابلية اللحام والقوة ومقاومة التآكل، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في الهياكل والمنزل.

مقارنة مع الفولاذ

يُعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الفولاذ الأخرى ذات قيمة عالية لقدرتها على اللحام وقوتها وتنوع استخداماتها في كل شيء بدءًا من الأدوات المنزلية وحتى البناء. ومع ذلك، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ أثقل من التيتانيوم. وبالتالي، كما هو الحال مع التيتانيوم القوي والخفيف، لا يمكن استخدامه حيث يكون الوزن من الاعتبارات الهامة.

مقارنة مع الألومنيوم

يتشابه الألومنيوم مع التيتانيوم من حيث أنه يوفر نسبة عالية من القوة إلى الوزن ومقاومته العالية للتآكل، على الرغم من أنه ليس مكلفاً بنفس القدر. ويُفضَّل استخدامه في الحالات التي يراد فيها القيام بأعمال واسعة النطاق بتكلفة أقل وحيث يكون تصنيع الهيكل سهلاً. الألومنيوم أكثر توصيلاً للكهرباء والحرارة من معظم المعادن الأخرى. ولذلك، يمكن استخدامه في تطبيقات نقل الحرارة والكهرباء ولكنه ليس قويًا أو مقاومًا للحرارة مثل التيتانيوم.

مقاومة التآكل

وتجدر الإشارة إلى أن التيتانيوم يتمتع بمقاومة عالية جداً للتآكل من بين جميع المعادن المعروفة، ويُفضّل استخدامه عندما تكون هذه الخاصية حاسمة. يطور التيتانيوم، عند تعريضه للهواء، طبقة أكسيد تزيد من متانته ومقاومته للأجواء المسببة للتآكل. هذه الميزة ذاتية الإصلاح تجعل التيتانيوم مناسباً جداً للاستخدام في الحالات التي تحتاج إلى استخدام طويل الأمد وصيانة قليلة أو بدون صيانة.

تطبيقات القطع المصنعة آلياً من التيتانيوم

يُفضل استخدام الأجزاء المصنوعة آليًا من التيتانيوم لأنها متينة ومضادة للتآكل وذات مظهر جميل. هذه الخصائص تجعلها مناسبة للاستخدام في العديد من الصناعات والمجالات.

الصناعة البحرية/الملاحية

التيتانيوم هو أحد أكثر المواد مقاومة للتآكل، وبالتالي فهو مناسب جدًا للاستخدام في الصناعة البحرية. بعض مجالات الاستخدام هي أعمدة المروحة، والروبوتات تحت الماء، ومعدات التزوير، والصمامات الكروية، والمبادلات الحرارية البحرية، وأنابيب نظام الحريق، والمضخات، وبطانات مداخن العادم، وأنظمة التبريد على متن السفن. وهذا يجعل من الممكن الحصول على متانة وكفاءة العديد من الأجزاء والملحقات البحرية.

الفضاء الجوي:

في مجال صناعة الطيران، يحظى التيتانيوم بتقدير كبير في صناعة الطيران نظراً لقوته العالية مقارنةً بوزنه، ومقاومته الممتازة للتآكل، وقدرته على تحمل درجات الحرارة القصوى. هذه السمات تجعله مناسباً للأجزاء الفضائية الحرجة، بما في ذلك المقاعد، والتوربينات، والأعمدة، والصمامات، والأغلفة، وأجزاء المرشحات، وتوليد الأكسجين. في هذه التطبيقات، من الممكن ملاحظة استخدام مادة التيتانيوم التي توفّر مزايا الكثافة المنخفضة والقوة العالية والأداء المقبول تحت الضغط العالي.

السيارات:

في حين أن الألومنيوم غالبًا ما يكون مفضلًا في صناعة السيارات نظرًا لتوافره وفعاليته من حيث التكلفة، إلا أن التيتانيوم لا يزال يلعب دورًا هامًا في إنتاج أجزاء السيارات عالية الأداء. في محركات الاحتراق الداخلي، يتم تصنيع الصمامات ونوابض الصمامات ومثبتات الصمامات وأقواس إيقاف السيارة وصواميل الأذن المعلقة وصواميل أذن المحرك ودبابيس مكابس المحرك ونوابض التعليق ومكابس مكابس المكابح ومكابس المكابح وهزازات المحرك وقضبان التوصيل من التيتانيوم وسبائكه. يعزز التيتانيوم في هذه الأجزاء من كفاءة ومتانة السيارات، وبالتالي يتم دمجه في عملية التصنيع.

الطب وطب الأسنان:

تعتمد الصناعات الطبية وصناعات طب الأسنان على التيتانيوم لمقاومته الممتازة للتآكل، وانخفاض التوصيل الكهربائي، وتوافقه مع مستويات الأس الهيدروجيني الفسيولوجي. يُستخدم التيتانيوم في تصنيع مجموعة متنوعة من الأجهزة والزراعات الطبية، بما في ذلك مسامير العظام المدببة أو المستقيمة أو ذاتية الثقب لتطبيقات تقويم العظام والأسنان، ومسامير الجمجمة لأنظمة تثبيت الجمجمة، وقضبان تثبيت العمود الفقري، والموصلات والألواح ودبابيس تقويم العظام. يُستخدم التيتانيوم في هذه الوظائف الحيوية نظراً لتوافقه مع جسم الإنسان وقوته، مما يضمن سلامة المريض وطول عمر المعدات.

الخاتمة

من الملاحظات المذكورة أعلاه، يمكن الاستنتاج أنه على الرغم من أن التيتانيوم مادة ليس من السهل تصنيعها آلياً، إلا أنه يمكن التغلب على المشاكل المرتبطة بها باستخدام الأدوات والتقنيات المناسبة. تقدم شركة CNM الاستشارات والخدمات في تصنيع المغنيسيوم آلياًوتصنيع آلات التيتانيوم بحيث تكون عملياتك عملية وفعالة. اختر CNM لماكينات CNM الموثوق بها تصنيع آلات التيتانيوم في الصين شريك في إتقان الخصائص المميزة لـ تيتانيوم التصنيع الآلي وزيادة نتائج عملك.