Obrábění titanu

Kdysi byl titan materiálem, který používalo jen několik vybraných dílen a průměrný obráběč se ho dotýkal jen zřídka, nyní se však používá mnohem častěji a v průběhu své kariéry ho použilo mnoho obráběčů. Obrábění titanu se nepodobá obrábění standardních materiálů, jako je hliník a ocel v průmyslu. Vzhledem k obrovským ziskům však o tyto práce začíná projevovat zájem stále více obchodů.

V tomto článku se budeme zabývat úspěšnými postupy pro CNC obrábění titanu, výběrem vhodných řezných nástrojů a věcmi, které je třeba vzít v úvahu. wanto dozvědět více o dalších procesech obrábění, přejděte na Výrobce soustružených komponentů strana.

Obrábění titanu: Klíčové úvahy

CNC obrábění titanu je složitý proces, protože titan je díky své pevnosti vhodný pro většinu náročných aplikací a zároveň se obtížně obrábí. Pro dosažení nejlepšího výsledku a prodloužení životnosti nástroje je nezbytné porozumět podrobnostem procesu obrábění.

1. Výběr řezných nástrojů

Obrábění titanu vyžaduje zvážení řezných nástrojů. Protože je titan odolný vůči teplu a tvrdý, je nezbytné zvolit nástroje, které těmto vlastnostem odolávají. Vhodné jsou nástroje z rychlořezné oceli s povlakem wolframu, uhlíku a vanadu, protože si zachovávají tvrdost až do teploty 600 °C. Tyto nástroje umožňují lepší řezání a snižují pravděpodobnost vzniku třísek, čímž zlepšují procesy obrábění.

2. Význam povlaků na nástroje

Povlak řezných nástrojů je důležitý a použití správného typu povlaku zlepší výkon řezných nástrojů při obrábění titanu. Povlaky, jako je nitrid titaničito-hlinitý (TiAlN), snižují tvorbu tepla vytvořením vrstvy oxidu hlinitého na povrchu nástroje. Tato vrstva minimalizuje vedení tepla a chemickou interakci mezi nástrojem a obrobkem, čímž zvyšuje životnost nástroje a odvod třísek.

3. Zajištění stability při obrábění

Stabilita při obrábění titanu je zásadní pro snížení vibrací a zvýšení přesnosti řezání. Vzhledem k pružnosti titanu a velkým silám může docházet k chvění, což má negativní vliv na kvalitu obrobeného povrchu. Pracujte s obřími čelními frézami s průměrem jádra, abyste zlepšili stabilitu a zajistili co nejkratší vzdálenost mezi špičkou vřetena a hrotem nástroje. Používání konstantních posuvů a rychlostí obrábění také snižuje zahřívání a deformační kalení nástroje, čímž se zachovává jeho funkčnost a trvanlivost.

4. Výhody frézování na stoupání

Frézování na stoupání má při obrábění titanu na zakázku několik výhod. Při stoupavém frézování začíná tloušťka třísky od větší a postupně se zmenšuje, zatímco při klesavém frézování je tomu naopak. To pomáhá zvýšit přenos tepla do třísky, nikoliv do obrobku, čímž se minimalizuje tepelné namáhání a opotřebení nástroje. Stoupavé frézování zvyšuje smyk a správné odklízení třísek za frézou, čímž se zlepšuje účinnost obrábění a kvalita povrchu.

Znalost těchto strategií je pro úspěšné obrábění titanu klíčová. Výběr správných nástrojů, vhodných povlaků, stability a vhodné strategie frézování tak umožní obráběčům získat požadované rozměry a účinnost titanových součástí podle průmyslových požadavků.

Běžné třídy používané pro CNC obrábění

Probereme si některé běžné jakosti, které se obvykle používají při obrábění titanu na CNC.

Třída 1: komerčně čistý titan obsahující nejvýše 0,3% kyslíku.

Mezi nejběžnější typy patří titan třídy 1 s vysokou tažností a nízkým obsahem kyslíku. Má dobrou obrobitelnost, vysokou rázovou houževnatost a vysokou odolnost proti korozi a používá se ve zdravotnictví, automobilovém a leteckém průmyslu. Titan třídy 1 má však některé nevýhody; má nižší pevnost než ostatní třídy titanu, a proto jej nelze použít v oblastech, kde dochází k namáhání.

Třída 2 (komerčně čistý titan obsahující standardní množství kyslíku)

Druhá třída titanu je také známá jako "pracovní kůň titanu" díky svému průměrnému obsahu kyslíku, vysoké odolnosti proti korozi, tvařitelnosti, svařitelnosti a tažnosti. Díky svým mechanickým vlastnostem, které mu umožňují odolávat aplikovaným podmínkám, se hojně používá ve zdravotnictví a leteckém průmyslu, zejména v dílech leteckých motorů.

Třída 3 (čistý titan s mírným množstvím kyslíku)

Titan třídy 3 má střední mechanické vlastnosti, jako je koroze, zpracovatelnost a pevnost. V komerčních aplikacích se nepoužívá tak běžně jako titan třídy 1 a 2. Přesto se používá ve zdravotnictví, námořnictví a leteckém průmyslu, kde je vyžadována stálá výkonnost dílů a sestav.

Třída 4 (čistý titan s vysokým obsahem kyslíku)

Titan třídy 4 je jedním z nejvýkonnějších a chemicky nejstabilnějších materiálů pro CNC obrábění titanu.Je ceněn pro svou schopnost pracovat v náročných podmínkách. Přesto má vysoký obsah kyslíku, což poměrně ztěžuje jeho obrábění. Při obrábění spotřebovává velké množství chladicí kapaliny a má vysoké posuvy. Tato jakost se používá v kryogenních nádobách, zařízeních pro chemické zpracování a v součástech leteckých rámů, kde je nezbytná vysoká pevnost a houževnatost.

Třída 5 (Ti6Al4V)

Ti6Al4V je alfa-beta slitina titanu s 6% Al a 4% V; tento materiál má dobré mechanické vlastnosti, včetně vysoké pevnosti, přiměřené tvařitelnosti a dobré odolnosti proti korozi. Používá se v elektrárnách, na mořských plošinách, lodích a lodních dílech, ve vysokopevnostních leteckých výrobcích atd. Titan třídy 5 se používá ve všech oblastech, kde je zapotřebí vysokého výkonu v různých podmínkách prostředí.

Třída 6 (Ti 5Al-2,5Sn)

Slitina titanu třídy 6 má dobrou stabilitu a vysokou pevnost a lze ji rychle spojovat, zejména při vysokých provozních teplotách. Díky tomu je ideální pro použití v letadlech, proudových motorech a dalších leteckých dílech a součástech, kde je pevnost materiálu nejdůležitější. Díky své schopnosti snášet vysoké teploty a namáhání je vhodný do náročných podmínek.

Třída 7 (Ti-0,15Pd)

Při porovnání třídy 2 s třídou 7 obsahuje tato třída palladium, které zlepšuje korozní vlastnosti, zejména v chemických aplikacích. Má dobré tvářecí a svařovací vlastnosti a díky své odolnosti vůči korozivním činidlům se hojně používá v zařízeních pro chemické zpracování, kde je důležitá pevnost a trvanlivost.

Třída 11 (Ti-0,15Pd)

Podobně jako předchozí titan třídy 7 má slitina titanu třídy 11 vyšší tažnost a nižší přípustnost nečistot. Používá se v námořních aplikacích a při výrobě chlorečnanů díky své nekorozivní povaze a snášenlivosti se slanou vodou. Titan třídy 11 je méně silný než titan třídy 7, a proto se používá tam, kde je zapotřebí pružnost a odolnost proti korozi.

Třída 12 (Ti 0,3 Mo 0,8 Ni)

Slitina titanu třídy 12 obsahuje molybden a nikl a je svařitelná; má vysokou pevnost při vysokých teplotách a dobrou odolnost proti korozi. Používá se v pláštích a výměnících tepla, lodních dílech, částech letadel a dalších průmyslových odvětvích díky své mechanické pevnosti, která jí umožňuje odolávat okolnímu prostředí.

Třída 23 (Ti6Al4V-ELI)

Titan s velmi nízkým obsahem intersticiálů neboli titan třídy 23 není přesně takový jako titan třídy 5 a má lepší biokompatibilitu a lomovou houževnatost než titan třídy 5. Díky své vysoké čistotě se může používat v lékařských aplikacích, jako jsou ortopedické implantáty, chirurgické svorky a ortodontické pomůcky, kde je nejdůležitější kompatibilita s tělesnými tkáněmi a pevnost.

Výhody výběru titanu pro CNC obrábění dílů

Ze všech těchto materiálů lze při CNC obrábění vyzdvihnout titan, a to díky jeho zvláštnostem, které jej činí vhodným pro specifická průmyslová odvětví. Díky své lepší biokompatibilitě je velmi důležitý v medicíně, protože zajišťuje, že implantáty nebudou z těla vyloučeny. Touto vlastností je vysoká odolnost proti korozi, díky níž je titan cenný v námořním a chemickém průmyslu, kde je nejdůležitější schopnost materiálu dlouho vydržet.

Další vlastností titanu je jeho vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, který je velmi užitečný v leteckém a automobilovém průmyslu, kde snížení hmotnosti při současném zvýšení pevnosti významně zvyšuje výkon a účinnost zařízení. Jeho vysoká tažnost umožňuje vytvářet složité geometrie a komplexní profily potřebné pro specifické použití v různých průmyslových odvětvích. Titan se však snadno obrábí, takže díly lze vyrábět s velkou přesností a vysokou spolehlivostí, aby bylo dosaženo požadovaných úrovní tolerance.

Výzvy při obrábění titanu

Práce s titanovými slitinami není snadná, protože při obrábění tohoto materiálu se pravděpodobně setkáte s následujícími problémy. Má vysokou chemickou reaktivitu a žíravost, což vede ke vzniku povrchových vad, jako je oxidace a křehnutí, během procesu obrábění, což ohrožuje kvalitu a spolehlivost součásti.

Kontrola nárůstu teploty a sil je zásadní, protože titan má nízkou tepelnou vodivost; v řezné zóně se hromadí teplo, což vede k rychlému opotřebení nástroje a může ovlivnit kvalitu povrchu. Kromě toho v něm po obrábění vznikají zbytková a kalicí napětí**, která způsobují rozměrovou nestabilitu a někdy i selhání součásti.

Cenné tipy pro efektivní obrábění titanu

Pro optimalizaci obrábění titanu je však třeba kontrolovat některé kritické faktory, protože to není snadné. Upínání obrobků pomáhá minimalizovat vibrace a chvění nástrojů, a tím zvyšuje přesnost a kvalitu povrchu obrobků. Použití vysoce předepnutých nástrojů a nástrojů s krátkým řezem snižuje velikost výchylek, a tím je dosaženo přesnosti i u problematického dílu.

Výběr specifických řezných nástrojů pro titan s lepšími povlaky, jako je TiCN nebo TiAlN, zvyšuje odolnost proti opotřebení. Zvyšuje se tak životnost nástrojů a efektivita a náklady procesu. Proto je nutné kontrolovat stav nástrojů a v případě potřeby je vyměnit za nové, aby se zachovala vysoká kvalita obráběných dílů a nezvyšovala se míra opotřebení nástrojů při dlouhodobé výrobě.

Řízení řezných parametrů, jako jsou rychlosti posuvu, otáčky vřetena a zatížení třískou, je nezbytné pro minimalizaci vzniku tepla a opotřebení nástroje. Aplikace dostatečného přívodu chladicí kapaliny v řezné zóně napomáhá proudění třísek a udržuje nižší řezné teploty, čímž snižuje poruchovost nástrojů a drsnost povrchu.

Optimalizace řezných parametrů, jako je axiální hloubka řezu a radiální hloubka řezu, zvyšuje rychlost úběru materiálu a snižuje řezné síly a produkci tepla, což činí obrábění titanu spolehlivým procesem. Lze tedy říci, že obrábění titanu není snadný úkol. Přesto je díky svým specifickým vlastnostem a správným metodám obrábění nepostradatelný v průmyslových odvětvích vyžadujících vysokou pevnost, vysokou teplotu a vysoce spolehlivé CNC obráběné díly.

Rozdíly v obrábění titanu oproti jiným materiálům

V kategorii kovů má titan jednu z nejpozoruhodnějších vlastností: pevnost. Proto se ve všech průmyslových odvětvích, která vyžadují vysoce namáhané prvky a díly, musí používat v drsných podmínkách. Díky tomu je v různých odvětvích ještě žádanější díky své vysoké odolnosti vůči teplu a korozi.

Pevnost a odolnost

V porovnání s jinými kovy má titan vyšší pevnost v tahu a používá se v aplikacích, kde je vyžadována vysoká pevnost při vysokých teplotách. Zatímco ocel lze rozdělit podle legujících prvků a její vlastnosti se mohou od primárního materiálu výrazně lišit, titan lze použít v čisté formě nebo jako slitinu, z nichž nejoblíbenější je třída 5 (Ti 6Al-4V), která představuje 50% spotřeby titanu na světě.

Úvahy o nákladech

Přesto má titan svou velkou nevýhodu - cena je stále výrazně vyšší než u jiných materiálů, jako je ocel nebo hliník. Tyto materiály běžně používají konstruktéři a výrobci, u nichž se faktor ceny stává velmi důležitým a aplikace nevyžaduje vyšší kvalitu materiálu. Například ocel se vyznačuje svařitelností, pevností a odolností proti korozi, což ji předurčuje k použití v konstrukcích a domácnostech.

Srovnání s ocelí

Nerezová ocel a další ocelové slitiny jsou ceněny pro svou svařitelnost, pevnost a široké možnosti použití ve všech oblastech, od domácích potřeb až po stavebnictví. Nerezová ocel je však těžší než titan. Stejně jako pevný a lehký titan ji proto nelze použít tam, kde je hmotnost významným hlediskem.

Srovnání s hliníkem

Hliník je podobný titanu, protože nabízí vysoký poměr pevnosti a hmotnosti a je vysoce odolný proti korozi, i když není tak drahý. Dává se mu přednost v případech, kdy je třeba provést rozsáhlé práce s nižšími náklady a kdy je výroba konstrukce snadná. Hliník je elektricky a tepelně vodivější než většina ostatních kovů. Proto jej lze použít v aplikacích pro přenos tepla a elektřiny, ale není tak pevný a tepelně odolný jako titan.

Odolnost proti korozi

Za zmínku stojí, že titan má mezi všemi známými kovy velmi vysokou odolnost proti korozi a jeho použití se upřednostňuje tam, kde je tato vlastnost rozhodující. Na titanu se při působení vzduchu vytváří vrstva oxidu, která zvyšuje jeho trvanlivost a odolnost vůči korozivnímu prostředí. Díky této samoopravné vlastnosti je titan velmi vhodný pro použití v situacích, které vyžadují dlouhodobé používání a malou nebo žádnou údržbu.

Aplikace obráběných dílů z titanu

Obráběné díly z titanu jsou preferovány, protože jsou odolné, antikorozní a mají pěkný vzhled. Díky těmto vlastnostem jsou vhodné pro použití v mnoha průmyslových odvětvích a oborech.

Námořní/námořní průmysl

Titan je jedním z nejodolnějších materiálů proti korozi, a proto je velmi vhodný pro použití v námořním průmyslu. Mezi oblasti použití patří hřídele lodních šroubů, podvodní robotika, lanové vybavení, kulové kohouty, výměníky tepla pro lodě, potrubí požárních systémů, čerpadla, obložení výfukových komínů a chladicí systémy na palubě. Díky tomu je možné dosáhnout trvanlivosti a účinnosti několika lodních dílů a příslušenství.

Letectví a kosmonautika:

V leteckém a kosmickém průmyslu je titan vysoce ceněn pro svůj vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, vynikající odolnost proti korozi a schopnost odolávat extrémním teplotám. Díky těmto vlastnostem je vhodný pro kritické letecké díly, včetně sedel, turbín, hřídelí, ventilů, plášťů, filtračních dílů a generátorů kyslíku. V těchto aplikacích je možné zaznamenat použití titanového materiálu, který nabízí výhody nízké hustoty, vysoké pevnosti a přijatelného výkonu při vysokém namáhání.

Automobilový průmysl:

Ačkoli je hliník v automobilovém průmyslu často upřednostňován díky své dostupnosti a cenové výhodnosti, titan stále hraje významnou roli při výrobě vysoce výkonných automobilových dílů. Ve spalovacích motorech se z titanu a jeho slitin vyrábějí ventily, ventilové pružiny, držáky dorazů, matice závěsů, pístní čepy motorů, pružiny zavěšení, písty brzdových třmenů, vahadla motorů a ojnice. Titan v těchto dílech zvyšuje účinnost a trvanlivost automobilů, a proto je součástí výrobního procesu.

Lékařská a zubní péče:

Lékařský a zubní průmysl se spoléhá na titan pro jeho vynikající odolnost proti korozi, nízkou elektrickou vodivost a kompatibilitu s fyziologickými hodnotami pH. Titan se používá při výrobě různých zdravotnických prostředků a implantátů, včetně kuželových, přímých nebo samořezných kostních šroubů pro ortopedické a stomatologické aplikace, lebečních šroubů pro lebeční fixační systémy, páteřních fixačních tyčí, spojovacích prvků a destiček a ortopedických čepů. Titan se v těchto životně důležitých funkcích používá díky své kompatibilitě s lidským tělem a pevnosti, která zajišťuje bezpečnost pacienta a dlouhou životnost zařízení.

Závěrem

Z výše uvedených zjištění lze vyvodit závěr, že i když je titan materiál, který není snadné obrábět, problémy s ním spojené lze překonat použitím vhodných nástrojů a technik. Společnost CNM nabízí poradenství a služby v oblasti obrábění hořčíku, obrábění titanu, aby vaše operace byly praktické a efektivní. Vyberte si CNM pro své spolehlivé Čína obrábění titanu partnerem při zvládání zvláštností titan obrábění a zvýšení výsledků vaší práce.