Titaani oli aikoinaan materiaali, jota käytettiin vain muutamissa valikoiduissa liikkeissä ja johon keskivertokoneistaja koski harvoin, mutta nyt sitä käytetään paljon useammin, ja monet koneistajat ovat käyttäneet sitä uransa aikana. Titaanin työstö ei ole samanlaista kuin teollisuudessa tavanomaisten materiaalien, kuten alumiinin ja teräksen, työstö. Niiden valtavien voittojen vuoksi yhä useammat liikkeet alkavat kuitenkin osoittaa kiinnostusta näihin töihin.

Tässä artikkelissa käsittelemme menestyksekkäitä käytäntöjä titaanin cnc-työstöön, miten valita sopivat leikkuutyökalut ja asiat, jotka koneistajien on otettava huomioon.Haluatko tietää lisää muista työstöprosesseista, siirry osoitteeseen Valmistaja sorvatut komponentit sivu.

Titaanin työstö: Titanium: Tärkeimmät näkökohdat

Titaanin CNC-työstö on monimutkainen prosessi sen lujuuden vuoksi, minkä vuoksi se soveltuu vaativimpiin sovelluksiin, mutta on samalla vaikea työstää. On tärkeää ymmärtää koneistusprosessin yksityiskohdat, jotta saadaan paras lopputulos ja pidennetään työkalun käyttöikää.

1. Leikkaustyökalujen valinta

Titaanin työstö vaatii harkittuja leikkuutyökaluja. Koska titaani kestää kuumuutta ja on kovaa, on tärkeää valita työkalut, jotka kestävät näitä ominaisuuksia. Pinnoitetut pikaterästyökalut, joissa on volframia, hiiltä ja vanadiinia, ovat sopivia, koska ne säilyttävät kovuutensa jopa 600 °C:n lämpötiloissa. Nämä työkalut mahdollistavat paremman leikkauksen ja vähentävät lohkeilevien reunojen mahdollisuutta, mikä parantaa työstöprosesseja.

2. Työkalupinnoitteiden merkitys

Leikkaustyökalujen pinnoitus on merkittävä, ja oikeanlaisen pinnoitteen käyttö parantaa leikkaustyökalujen suorituskykyä titaanin työstössä. Pinnoitteet, kuten titaanialumiininitridi (TiAlN), vähentävät lämmöntuottoa luomalla alumiini-oksidikerroksen työkalun pinnalle. Tämä kerros minimoi lämmön johtumista ja kemiallista vuorovaikutusta työkalun ja työkappaleen välillä, mikä lisää työkalun käyttöikää ja lastunpoistoa.

3. Vakauden varmistaminen koneistuksessa

Titaanin työstön vakaus on elintärkeää tärinän vähentämiseksi ja leikkaustarkkuuden lisäämiseksi. Titaanin joustavuuden ja suurten voimien vuoksi esiintyy todennäköisesti lohkeilua, joka vaikuttaa haitallisesti työstetyn pinnan laatuun. Työskentele jättimäisemmän ydinhalkaisijan omaavilla päätyjyrsimillä vakauden parantamiseksi ja mahdollisimman lyhyen etäisyyden varmistamiseksi karan nokan ja työkalun kärjen välillä. Käyttämällä tasaisia työstösyöttöjä ja -nopeuksia vähennetään myös työkalun lämpö- ja rasituskovettumista, jolloin työkalun toimivuus ja kestävyys säilyvät.

4. Climb-jyrsinnän edut

Kalliojyrsinnällä on useita etuja, kun sitä käytetään titaanin räätälöityyn työstöön. Nousujyrsinnässä lastun paksuus alkaa leveämmästä ja pienenee vähitellen, kun taas laskujyrsinnässä on päinvastoin. Tämä auttaa parantamaan lämmön siirtymistä lastuihin eikä työkappaleeseen, mikä minimoi lämpörasituksen ja työkalujen kulumisen. Kiipeilyjyrsintä tehostaa leikkausta ja lastujen kunnollista poistumista jyrsimen takaa, mikä parantaa koneistuksen ja pintakäsittelyn tehokkuutta.

Näiden strategioiden tuntemus on ratkaisevan tärkeää titaanin onnistuneen työstön kannalta. Näin ollen oikeiden työkalujen, sopivien pinnoitteiden, vakauden ja asianmukaisen jyrsintästrategian valitseminen antaa koneistajille mahdollisuuden saada titaanikomponenteista halutut mitat ja tehokkuus teollisuuden vaatimusten mukaisesti.

CNC-työstössä käytettävät yleiset laadut

Keskustellaan muutamista tavallisista laaduista, joita käytetään tyypillisesti cnc-titaanin työstössä.

Luokka 1: Kaupallisesti puhdas titaani, joka sisältää enintään 0,3% happea.

Yleisimpiä tyyppejä ovat esimerkiksi luokan 1 titaani, jolla on korkea sitkeys ja alhainen happipitoisuus. Sillä on hyvä työstettävyys, suuri iskunkestävyys ja korkea korroosionkestävyys, ja sitä käytetään lääkintä-, auto- ja ilmailuteollisuudessa. Luokan 1 titaanilla on kuitenkin joitakin haittoja: sen lujuus on alhaisempi kuin muiden titaanilaatujen, eikä sitä näin ollen voida käyttää alueilla, joihin kohdistuu rasitusta.

Luokka 2 (kaupallisesti puhdas titaani, joka sisältää vakiomäärän happea).

Toista titaanilaatua kutsutaan myös työhevoseksi titaaniksi sen keskimääräisen happipitoisuuden, korkean korroosionkestävyyden, muovattavuuden, hitsattavuuden ja sitkeyden vuoksi. Sitä käytetään laajalti lääketieteellisessä teollisuudessa ja ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, erityisesti lentokoneiden moottorien osissa, koska sen mekaanisten ominaisuuksien ansiosta se kestää käytetyt olosuhteet.

Luokka 3 (puhdas titaani, jossa on kohtalainen määrä happea)

Luokan 3 titaanilla katsotaan olevan kohtalaiset mekaaniset ominaisuudet, kuten korroosio, työstettävyys ja lujuus. Sitä ei käytetä kaupallisissa sovelluksissa yhtä yleisesti kuin luokkia 1 ja 2. Sitä käytetään kuitenkin lääketieteellisessä, merenkulku- ja ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, jossa vaaditaan osien ja kokoonpanojen tasaista suorituskykyä.

Luokka 4 (puhdas titaani, jossa on korkea happipitoisuus)

Luokan 4 titaani on yksi tehokkaimmista ja kemiallisesti vakaimmista materiaaleista cnc-titaanin työstöön. sitä arvostetaan sen kyvystä työskennellä vaativissa ympäristöissä. Sillä on kuitenkin korkea happipitoisuus, mikä tekee siitä melko vaikeasti työstettävän. Se käyttää paljon jäähdytysnestettä ja sen syöttönopeus on suuri koneistuksen aikana. Tätä laatua käytetään kryogeenisissä säiliöissä, kemikaalien käsittelylaitteissa ja lentokoneen runko-osissa, joissa suuri lujuus ja sitkeys ovat välttämättömiä.

Luokka 5 (Ti6Al4V)

Ti6Al4V on alfa-beeta-titaaniseos, jossa on 6% Al ja 4% V; tällä materiaalilla on hyvät mekaaniset ominaisuudet, mukaan lukien korkea lujuus, kohtuullinen muovattavuus ja hyvä korroosionkestävyys. Sitä käytetään voimalaitoksissa, offshore-lautoissa, laivoissa ja laivojen osissa, lujat ilmailu- ja avaruustuotteissa ja niin edelleen. Luokan 5 titaania käytetään kaikilla aloilla, joilla tarvitaan korkeaa suorituskykyä erilaisissa ympäristöolosuhteissa.

Luokka 6 (Ti 5Al-2,5Sn)

Luokan 6 titaaniseoksella on hyvä vakaus ja korkea lujuus, ja se voidaan liittää nopeasti, erityisesti korkeissa käyttölämpötiloissa. Tämän vuoksi se soveltuu erinomaisesti käytettäväksi lentokoneiden rungoissa, suihkumoottoreissa ja muissa ilmailu- ja avaruusalan osissa ja komponenteissa, joissa materiaalin lujuus on erittäin tärkeää. Koska se kestää korkeita lämpötiloja ja rasitusolosuhteita, se soveltuu vaativiin olosuhteisiin.

Luokka 7 (Ti-0,15Pd)

Kun verrataan luokkaa 2 luokkaan 7, jälkimmäinen sisältää palladiumia korroosio-ominaisuuksien parantamiseksi erityisesti kemiallisissa sovelluksissa. Sillä on hyvät muokkaus- ja hitsausominaisuudet, ja koska se kestää syövyttäviä aineita, sitä käytetään laajalti kemiallisissa käsittelylaitteissa, joissa lujuus ja kestävyys ovat olennaisia.

Luokka 11 (Ti-0,15Pd)

Aiemman luokan 7 titaanin tavoin luokan 11 titaaniseoksella on suurempi sitkeys ja pienempi epäpuhtauksien hyväksyntä. Sitä käytetään merisovelluksissa ja kloraattien valmistuksessa, koska se ei ole korroosiota aiheuttava ja sopii yhteen suolaisen veden kanssa. Luokan 11 titaani on vähemmän tehokasta kuin luokan 7 titaani, ja siksi sitä käytetään siellä, missä tarvitaan joustavuutta ja korroosionkestävyyttä.

Luokka 12 (Ti 0,3 Mo 0,8 Ni)

Luokan 12 titaaniseos sisältää molybdeeniä ja nikkeliä ja on hitsattavissa; sillä on korkea lujuus korkeissa lämpötiloissa ja hyvä korroosionkestävyys. Sitä käytetään kuorissa ja lämmönvaihtimissa, laivojen osissa, lentokoneiden osissa ja muilla teollisuudenaloilla mekaanisen lujuutensa vuoksi, jonka ansiosta se kestää ympäristöä.

Luokka 23 (Ti6Al4V-ELI)

Erittäin matala interstitiaalinen titaani eli luokan 23 titaani ei ole täsmälleen samanlaista kuin luokan 5 titaani, ja sen bioyhteensopivuus ja murtumissitkeys on parempi kuin luokan 5. Korkean puhtautensa ansiosta sitä voidaan käyttää lääketieteellisissä sovelluksissa, kuten ortopedisissä implantteissa, kirurgisissa niiteissä ja ortodonttisissa laitteissa, joissa yhteensopivuus elimistön kudosten kanssa ja lujuus ovat ensisijaisen tärkeitä.

Titaanin valinnan edut CNC-työstöosien valmistuksessa

Kaikista näistä materiaaleista titaani voidaan erottaa CNC-työstössä niiden erityispiirteiden vuoksi, joiden ansiosta se soveltuu tietyille teollisuudenaloille. Sen parempi biologinen yhteensopivuus tekee siitä erittäin tärkeän lääketieteessä, koska se varmistaa, että implantit eivät eroa kehosta. Tämä laatu on korkea korroosionkestävyys, mikä tekee titaanista arvokasta meri- ja kemianteollisuudessa, jossa materiaalin kyky kestää pitkään on ensiarvoisen tärkeää.

Toinen titaanin ominaisuus on sen korkea lujuus-painosuhde, joka on erittäin hyödyllinen ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sekä autoteollisuudessa, joissa painon vähentäminen ja samalla lujuuden lisääminen on merkittävää laitteiden suorituskyvyn ja tehokkuuden parantamisessa. Titaanin suuri sitkeys mahdollistaa monimutkaiset geometriat ja monimutkaiset profiilit, joita tarvitaan eri teollisuudenalojen erityiskäyttöön. Titaania on kuitenkin helppo työstää, joten osat voidaan valmistaa suurella tarkkuudella ja suurella luotettavuudella haluttujen toleranssitasojen saavuttamiseksi.

Titaanin työstön haasteet

Titaaniseosten työstäminen ei ole helppoa, koska materiaalia työstettäessä kohdataan todennäköisesti seuraavia haasteita. Sillä on suuri kemiallinen reaktiivisuus ja syöpyminen, mikä johtaa pintavikojen, kuten hapettumisen ja haurastumisen, muodostumiseen työstöprosessin aikana, mikä heikentää komponentin laatua ja luotettavuutta.

Lämpötilan nousun ja voimien hallinta on ratkaisevan tärkeää, koska titaanin lämmönjohtavuus on alhainen; lämpö kerääntyy leikkausalueelle, mikä johtaa työkalun nopeaan kulumiseen ja voi vaikuttaa pinnan viimeistelyyn. Lisäksi siinä on jäännös- ja kovettumisjännityksiä** työstön jälkeen, ja nämä jännitykset aiheuttavat mittojen epävakautta ja toisinaan osan pettämisen.

Arvokkaita vinkkejä tehokkaaseen titaanin työstöön

Joitakin kriittisiä tekijöitä on kuitenkin valvottava titaanin työstön optimoimiseksi, koska se ei ole helppoa. Työkappaleiden kiinnittäminen auttaa minimoimaan tärinät ja työkalun kolinat ja siten parantamaan työkappaleiden tarkkuutta ja pintakäsittelyä. Hyvin esijännitettyjen työkalujen ja oikomistyökalujen käyttö vähentää poikkeamaa, ja näin saavutetaan tarkkuus myös ongelmallisessa kappaleessa.

Titaanin erityisten leikkaustyökalujen valinta paremmilla pinnoitteilla, kuten TiCN tai TiAlN, parantaa kulumiskestävyyttä. Se lisää työkalujen kestävyyttä sekä prosessin tehokkuutta ja kustannuksia. Näin ollen on tarpeen valvoa työkalujen kuntoa ja tarvittaessa vaihtaa ne uusiin, jotta koneistettujen osien korkea laatu säilyy ja jotta työkalujen kulumisaste ei kasva pitkän tuotannon aikana.

Leikkausparametrien, kuten syöttönopeuksien, karan nopeuksien ja lastuamiskuormien, hallinta on elintärkeää lämmönmuodostuksen ja työkalujen kulumisen minimoimiseksi. Riittävä jäähdytysnesteen syöttö leikkausalueelle auttaa lastujen virtausta ja pitää leikkauslämpötilat alhaisempina, mikä vähentää työkalujen rikkoutumista ja pinnankarheutta.

Leikkausparametrien, kuten aksiaalisen leikkuusyvyyden ja radiaalisen leikkuusyvyyden, optimointi lisää materiaalin poistonopeutta ja vähentää leikkausvoimia ja lämmöntuottoa, mikä tekee titaanin työstöstä luotettavan prosessin. Voidaan siis sanoa, että titaanin työstö ei ole helppo tehtävä. Silti sen erityisominaisuuksien ja oikeanlaisten työstömenetelmien vuoksi sitä ei voida välttää teollisuudessa, jossa tarvitaan lujia, korkeissa lämpötiloissa toimivia ja erittäin luotettavia CNC-työstettyjä osia.

Titaanin työstön erot muihin materiaaleihin nähden

Metallien luokassa titaanilla on yksi merkittävimmistä ominaisuuksista: sen lujuus. Siksi kaikki ne teollisuudenalat, jotka vaativat korkeaa rasitusta vaativia elementtejä ja osia, joutuvat käyttämään niitä ankarissa olosuhteissa. Tämä tekee siitä entistäkin halutumpaa eri aloilla sen korkean lämmön- ja korroosionkestävyyden vuoksi.

Lujuus ja kestävyys

Muihin metalleihin verrattuna titaanilla on suurempi vetolujuus, ja sitä käytetään sovelluksissa, joissa vaaditaan suurta lujuutta korkeissa lämpötiloissa. Teräs voidaan luokitella seosaineiden mukaan, ja sen ominaisuudet voivat poiketa merkittävästi primaarimateriaalista, mutta titaania voidaan käyttää puhtaana tai seoksena, joista suosituin on luokka 5 (Ti 6Al-4V), jonka osuus maailman titaanin kulutuksesta on 50%.

Kustannusnäkökohdat

Titaanilla on kuitenkin suuri haittapuoli - kustannukset ovat edelleen huomattavasti korkeammat kuin muilla materiaaleilla, kuten teräksellä tai alumiinilla. Näitä materiaaleja käyttävät yleisesti insinöörit ja valmistajat, joiden kohdalla kustannustekijä on erittäin tärkeä, eikä sovellus vaadi materiaalin korkeampaa laatua. Esimerkiksi teräksellä on hitsattavuutta, lujuutta ja korroosionkestävyyttä, mikä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi rakenteissa ja kotona.

Vertailu teräkseen

Ruostumatonta terästä ja muita terässeoksia arvostetaan niiden hitsattavuuden, lujuuden ja monipuolisten käyttötarkoitusten vuoksi, joita ne tarjoavat kotitaloustarvikkeista rakentamiseen. Ruostumaton teräs on kuitenkin titaania raskaampaa. Näin ollen, kuten vahvaa ja kevyttä titaania, sitä ei voida käyttää silloin, kun paino on merkittävä tekijä.

Vertailu alumiiniin

Alumiini muistuttaa titaania siinä, että sen lujuus-painosuhde on korkea ja se kestää hyvin korroosiota, mutta se ei ole yhtä kallis. Sitä suositaan silloin, kun halutaan tehdä laajoja töitä edullisemmin ja kun rakenteiden valmistaminen on helppoa. Alumiini on sähköä ja lämpöä paremmin johtava kuin useimmat muut metallit. Siksi sitä voidaan käyttää lämmön- ja sähkönsiirtosovelluksissa, mutta se ei ole yhtä vahva tai lämmönkestävä kuin titaani.

Korroosionkestävyys

On huomattava, että titaanilla on erittäin korkea korroosionkestävyys kaikista tunnetuista metalleista, ja sitä käytetään mieluiten silloin, kun tämä ominaisuus on ratkaisevan tärkeä. Kun titaani altistuu ilmalle, siihen muodostuu oksidikerros, joka lisää sen kestävyyttä ja kestävyyttä syövyttäviä ilmakehiä vastaan. Tämä itsekorjautuva ominaisuus tekee titaanista erittäin sopivan käytettäväksi tilanteissa, joissa tarvitaan pitkäaikaista käyttöä ja vähän tai ei lainkaan huoltoa.

Titaanista työstettyjen osien sovellukset

Titaanista koneistettuja osia suositaan, koska ne ovat kestäviä, korroosionestäviä ja ulkonäöltään kauniita. Näiden ominaisuuksien ansiosta ne soveltuvat käytettäväksi monilla teollisuudenaloilla ja aloilla.

Merenkulku/meriteollisuus

Titaani on yksi korroosionkestävimmistä materiaaleista, ja siksi se soveltuu hyvin käytettäväksi meriteollisuudessa. Joitakin sovellusalueita ovat potkuriakselit, vedenalainen robotiikka, takilalaitteet, palloventtiilit, merenkulun lämmönvaihtimet, palojärjestelmän putkistot, pumput, pakokaasuputkien vuoraukset ja laivojen jäähdytysjärjestelmät. Tämä mahdollistaa useiden merenkulun osien ja lisävarusteiden kestävyyden ja tehokkuuden.

Ilmailu:

Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa titaania arvostetaan suuresti sen korkean lujuus-painosuhteen, erinomaisen korroosionkestävyyden ja äärimmäisten lämpötilojen sietokyvyn vuoksi. Näiden ominaisuuksien ansiosta se soveltuu kriittisiin ilmailu- ja avaruusalan osiin, kuten istuimiin, turbiineihin, akseleihin, venttiileihin, koteloihin, suodatinosiin ja hapen tuotantoon. Näissä sovelluksissa on mahdollista huomata titaanimateriaalin käyttö, joka tarjoaa alhaisen tiheyden, suuren lujuuden ja hyväksyttävän suorituskyvyn suurissa rasituksissa.

Autoteollisuus:

Vaikka alumiinia suositaan autoteollisuudessa usein sen saatavuuden ja kustannustehokkuuden vuoksi, titaanilla on edelleen merkittävä rooli suorituskykyisten autojen osien valmistuksessa. Polttomoottoreissa titaanista ja sen seoksista valmistetaan venttiileitä, venttiilijousia, pidikkeitä, auton pysäytyskannattimia, ripustuskorvamuttereita, moottorin männäntappeja, jousitusjousia, jarrusatulan mäntiä, moottorin keinuvivustoja ja yhdystankoja. Näissä osissa käytetty titaani parantaa autojen tehokkuutta ja kestävyyttä, ja siksi se sisällytetään valmistusprosessiin.

Sairaanhoito ja hammashoito:

Lääketieteellinen ja hammaslääketieteellinen teollisuus luottaa titaaniin sen erinomaisen korroosionkestävyyden, alhaisen sähkönjohtavuuden ja yhteensopivuuden fysiologisten pH-tasojen kanssa vuoksi. Titaania käytetään erilaisten lääkinnällisten laitteiden ja implanttien valmistuksessa, mukaan lukien kartiomaiset, suorat tai itsekierteittävät luuruuvit ortopedisiin ja hammaslääketieteellisiin sovelluksiin, kalloruuvit kallon kiinnitysjärjestelmiin, selkärangan kiinnitystangot, -liittimet ja -levyt sekä ortopediset nastat. Titaania käytetään näissä elintärkeissä toiminnoissa sen yhteensopivuuden ja lujuuden vuoksi, mikä takaa potilaan turvallisuuden ja laitteiden pitkäikäisyyden.

Johtopäätös

Edellä esitetyistä havainnoista voidaan päätellä, että vaikka titaani on materiaali, jota ei ole helppo työstää, siihen liittyvät ongelmat voidaan ratkaista käyttämällä oikeita työkaluja ja tekniikoita. CNM tarjoaa konsultointia ja palveluja seuraavilla aloilla magnesiumin työstö, titaanin työstö, jotta toimintasi olisi käytännöllistä ja tehokasta. Valitse CNM luotettavaksi Kiina titaanin työstö kumppani hallitsemaan seuraavien alojen erityispiirteitä titaani työstö ja työn tulosten parantaminen.