Un tempo il titanio era un materiale utilizzato solo da alcune officine selezionate e raramente toccato dal macchinista medio, ma oggi è utilizzato molto più frequentemente e nel corso della sua carriera è stato impiegato da molti macchinisti. La lavorazione del titanio non è simile a quella di materiali standard come l'alluminio e l'acciaio. Tuttavia, visti gli enormi profitti, un numero maggiore di officine sta iniziando a manifestare interesse per questi lavori.

In questo articolo tratteremo le pratiche di successo per la lavorazione cnc del titanio, come selezionare gli utensili da taglio appropriati e gli aspetti che devono essere presi in considerazione dai macchinisti. se volete saperne di più su altri processi di lavorazione, andate su Produttore di componenti torniti pagina.

Lavorazione del titanio: Considerazioni chiave

La lavorazione CNC del titanio è un processo complesso a causa della sua resistenza, che lo rende adatto alle applicazioni più esigenti e al tempo stesso difficile da lavorare. È fondamentale comprendere i dettagli del processo di lavorazione per ottenere il miglior risultato e prolungare la durata dell'utensile.

1. Selezione degli utensili da taglio

La lavorazione del titanio richiede una riflessione sugli utensili da taglio. Poiché il titanio è resistente al calore e alla durezza, è fondamentale scegliere utensili in grado di sopportare queste proprietà. Gli utensili in acciaio ad alta velocità rivestiti di tungsteno, carbonio e vanadio sono adatti grazie alla loro capacità di mantenere la durezza a temperature fino a 600°C. Questi utensili consentono un taglio migliore e riducono le possibilità di scheggiatura dei bordi, migliorando i processi di lavorazione.

2. Importanza dei rivestimenti per utensili

Il rivestimento degli utensili da taglio è importante e l'applicazione del tipo di rivestimento corretto ne migliora le prestazioni durante la lavorazione del titanio. Rivestimenti come il nitruro di titanio e alluminio (TiAlN) riducono la generazione di calore creando uno strato di ossido di alluminio sulla superficie dell'utensile. Questo strato riduce al minimo la conduzione del calore e l'interazione chimica tra l'utensile e il pezzo, aumentando la durata dell'utensile e la rimozione dei trucioli.

3. Garantire la stabilità nella lavorazione

La stabilità durante la lavorazione del titanio è fondamentale per ridurre le vibrazioni e aumentare la precisione del taglio. A causa della flessibilità del titanio e delle forze elevate, è probabile che si verifichi un chattering, che pregiudica la qualità della superficie lavorata. Lavorare con frese a candela di diametro maggiore per migliorare la stabilità e garantire la distanza minima tra il naso del mandrino e la punta dell'utensile. L'utilizzo di avanzamenti e velocità di lavorazione costanti riduce inoltre il calore e l'incrudimento dell'utensile, preservandone la funzionalità e la durata.

4. Vantaggi della fresatura a scalare

La fresatura in salita presenta diversi vantaggi quando viene utilizzata nella lavorazione personalizzata del titanio. Nella fresatura a scalare, lo spessore del truciolo parte da un valore più ampio e si riduce gradualmente, mentre nella fresatura a scendere avviene il contrario. Ciò contribuisce a migliorare il trasferimento di calore ai trucioli piuttosto che al pezzo, riducendo così al minimo lo stress termico e l'usura degli utensili. La fresatura in salita favorisce il taglio e la corretta evacuazione dei trucioli dietro la fresa, migliorando l'efficienza della lavorazione e della finitura superficiale.

La conoscenza di queste strategie è fondamentale per il successo della lavorazione del titanio. Pertanto, la scelta di utensili adeguati, rivestimenti appropriati, stabilità e un'adeguata strategia di fresatura consentirà ai macchinisti di ottenere le dimensioni e l'efficienza desiderate dei componenti in titanio in base ai requisiti industriali.

Gradi comuni utilizzati per la lavorazione CNC

Vediamo alcuni gradi comunemente utilizzati nella lavorazione cnc del titanio.

Grado 1: titanio commercialmente puro contenente non più di 0,3% di ossigeno.

Tra i tipi più comuni vi è il titanio di grado 1, con elevata duttilità e basso contenuto di ossigeno. Ha una buona lavorabilità, un'elevata tenacità agli urti e un'alta resistenza alla corrosione e trova applicazione nell'industria medica, automobilistica e aerospaziale. Tuttavia, il titanio di grado 1 presenta alcuni svantaggi: ha una resistenza inferiore rispetto agli altri gradi di titanio e quindi non può essere utilizzato in aree soggette a sollecitazioni.

Grado 2 (titanio commercialmente puro contenente una quantità standard di ossigeno)

Il secondo grado di titanio è noto anche come titanio "cavallo di battaglia" per il suo contenuto medio di ossigeno, l'elevata resistenza alla corrosione, la formabilità, la saldabilità e la duttilità. È ampiamente utilizzato nell'industria medica e aerospaziale, soprattutto nelle parti dei motori degli aerei, grazie alle sue caratteristiche meccaniche che gli consentono di resistere alle condizioni applicate.

Grado 3 (titanio puro con una moderata quantità di ossigeno)

Il titanio di grado 3 ha proprietà meccaniche moderate, come corrosione, lavorabilità e resistenza. Non è così comunemente usato nelle applicazioni commerciali come il grado 1 e 2. Tuttavia, è utilizzato nell'industria medica, marina e aerospaziale dove è richiesta una prestazione costante di parti e assemblaggi. Tuttavia, viene utilizzato nelle industrie mediche, marine e aerospaziali, dove sono richieste prestazioni costanti di parti e assemblaggi.

Grado 4 (titanio puro ad alto contenuto di ossigeno)

Il titanio di grado 4 è uno dei materiali più potenti e chimicamente stabili per la lavorazione cnc del titanio. è apprezzato per la sua capacità di lavorare in ambienti difficili. Tuttavia, ha un elevato contenuto di ossigeno, che lo rende piuttosto difficile da lavorare. Utilizza molto refrigerante e presenta elevate velocità di avanzamento durante la lavorazione. Questo grado è utilizzato nei recipienti criogenici, nelle apparecchiature per il trattamento chimico e nelle parti della cellula in cui sono essenziali un'elevata resistenza e tenacità.

Grado 5 (Ti6Al4V)

Ti6Al4V è una lega di titanio alfa-beta con 6% Al e 4% V; questo materiale ha buone proprietà meccaniche, tra cui elevata resistenza, ragionevole formabilità e buona resistenza alla corrosione. Viene utilizzato in centrali elettriche, piattaforme offshore, navi e parti di navi, prodotti aerospaziali ad alta resistenza e così via. Il titanio di grado 5 viene applicato in tutti i settori in cui sono necessarie prestazioni elevate in varie condizioni ambientali.

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

La lega di titanio di grado 6 ha una buona stabilità e un'elevata resistenza e può essere unita rapidamente, soprattutto alle alte temperature di esercizio. Questo la rende ideale per l'uso in cellule, motori a reazione e altre parti e componenti aerospaziali in cui la resistenza del materiale è di estrema importanza. Grazie alla sua capacità di gestire temperature elevate e condizioni di stress, è adatto a condizioni rigorose.

Grado 7 (Ti-0,15Pd)

Se si confronta il grado 2 con il grado 7, quest'ultimo contiene palladio per migliorare le proprietà di corrosione, in particolare nelle applicazioni chimiche. Ha buone caratteristiche di formatura e saldatura e, grazie alla sua resistenza agli agenti corrosivi, è ampiamente utilizzato nelle apparecchiature per il trattamento chimico, dove resistenza e durata sono essenziali.

Grado 11 (Ti-0,15Pd)

Analogamente al precedente titanio di grado 7, la lega di titanio di grado 11 presenta una maggiore duttilità e una minore accettazione di impurità. Viene utilizzata nelle applicazioni marine e nella produzione di clorati per la sua natura non corrosiva e la compatibilità con l'acqua salata. Il titanio di grado 11 è meno potente del titanio di grado 7 e pertanto viene utilizzato laddove sono necessarie flessibilità e resistenza alla corrosione.

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

La lega di titanio di grado 12 contiene molibdeno e nichel ed è saldabile; ha un'elevata resistenza alle alte temperature e una buona resistenza alla corrosione. È utilizzata in gusci e scambiatori di calore, parti marine, parti di aeromobili e altri settori grazie alla sua resistenza meccanica, che le consente di resistere all'ambiente.

Grado 23 (Ti6Al4V-ELI)

Il titanio a bassissimo contenuto interstiziale o grado 23 non è precisamente come il grado 5 e presenta una biocompatibilità e una tenacità alla frattura migliori rispetto al grado 5. Grazie alla sua elevata purezza, può essere utilizzato in applicazioni mediche come impianti ortopedici, graffette chirurgiche e apparecchi ortodontici, dove la compatibilità con i tessuti corporei e la resistenza sono fondamentali.

Vantaggi della scelta del titanio per le parti lavorate a CNC

Tra tutti questi materiali, il titanio si distingue nella lavorazione CNC per le sue peculiarità che lo rendono adatto a settori specifici. La sua migliore biocompatibilità lo rende molto importante in medicina, perché garantisce che gli impianti non vengano espulsi dal corpo. Questa qualità è un'elevata resistenza alla corrosione, che rende il titanio prezioso nelle industrie marine e chimiche, dove la capacità del materiale di durare a lungo è fondamentale.

Un'altra proprietà del titanio è l'elevato rapporto resistenza/peso, molto utile nell'industria aerospaziale e automobilistica, dove la riduzione del peso e l'aumento della resistenza sono importanti per migliorare le prestazioni e l'efficienza delle apparecchiature. La sua elevata duttilità consente di realizzare geometrie complesse e profili complessi, necessari per usi specifici in vari settori. Tuttavia, il titanio è facile da lavorare, quindi i pezzi possono essere prodotti con grande precisione e alta affidabilità per raggiungere i livelli di tolleranza desiderati.

Sfide nella lavorazione del titanio

Non è facile lavorare con le leghe di titanio perché durante la lavorazione del materiale si incontrano probabilmente le seguenti sfide. Presenta un'elevata reattività chimica e galla che porta alla formazione di difetti superficiali come ossidazione e infragilimento durante il processo di lavorazione, compromettendo la qualità e l'affidabilità del componente.

Il controllo dell'aumento della temperatura e delle forze è fondamentale perché il titanio ha una bassa conducibilità termica; il calore si accumula nella zona di taglio, il che porta a una rapida usura dell'utensile e può influenzare la finitura superficiale. Inoltre, dopo la lavorazione presenta tensioni residue e di indurimento** che causano instabilità dimensionale e, a volte, la rottura del pezzo.

Suggerimenti preziosi per una lavorazione efficiente del titanio

Tuttavia, per ottimizzare la lavorazione del titanio è necessario controllare alcuni fattori critici, poiché non è facile. Il serraggio dei pezzi aiuta a minimizzare le vibrazioni e il chattering degli utensili, migliorando così la precisione e la finitura superficiale dei pezzi. L'uso di utensili altamente precaricati e di utensili a taglio corto riduce la quantità di deviazione, e quindi la precisione è ottenuta anche su un pezzo problematico.

La scelta di utensili da taglio specifici per il titanio con rivestimenti migliori come TiCN o TiAlN migliora la resistenza all'usura. Aumenta la durata degli utensili e l'efficienza e il costo del processo. Pertanto, è necessario controllare lo stato degli utensili e, se necessario, sostituirli con altri nuovi per mantenere l'alta qualità dei pezzi lavorati e non aumentare il tasso di usura degli utensili durante la lunga produzione.

Il controllo dei parametri di taglio, come velocità di avanzamento, velocità del mandrino e carico dei trucioli, è fondamentale per ridurre al minimo la generazione di calore e l'usura degli utensili. L'applicazione di un'adeguata alimentazione di refrigerante nella zona di taglio favorisce il flusso dei trucioli e mantiene basse le temperature di taglio, riducendo così la rottura degli utensili e la rugosità superficiale.

L'ottimizzazione dei parametri di taglio, come la profondità di taglio assiale e la profondità di taglio radiale, aumenta il tasso di rimozione del materiale e riduce le forze di taglio e la generazione di calore, rendendo la lavorazione del titanio un processo affidabile. Si può quindi affermare che la lavorazione del titanio non è un compito facile. Tuttavia, grazie alle sue proprietà specifiche e ai metodi di lavorazione corretti, è ineluttabile nelle industrie che richiedono parti lavorate CNC ad alta resistenza, ad alta temperatura e altamente affidabili.

Differenze nella lavorazione del titanio rispetto ad altri materiali

Nella categoria dei metalli, il titanio possiede una delle caratteristiche più notevoli: la resistenza. Per questo motivo, in tutte quelle industrie che richiedono elementi e parti ad alta sollecitazione, deve essere utilizzato in condizioni difficili. Questo lo rende ancora più desiderabile in diversi settori grazie alla sua elevata resistenza al calore e alla corrosione.

Forza e durata

Rispetto ad altri metalli, il titanio ha una maggiore resistenza alla trazione e viene utilizzato in applicazioni in cui è richiesta un'elevata resistenza alle alte temperature. Mentre l'acciaio può essere classificato in base agli elementi di lega e le sue caratteristiche possono differire significativamente dal materiale primario, il titanio può essere utilizzato nella sua forma pura o come lega, la più popolare delle quali è il grado 5 (Ti 6Al-4V), che rappresenta il 50% del consumo di titanio nel mondo.

Considerazioni sui costi

Tuttavia, il titanio ha il suo principale svantaggio: il costo è ancora notevolmente superiore a quello di altri materiali come l'acciaio o l'alluminio. Questi materiali sono comunemente utilizzati da ingegneri e produttori, dove il fattore costo diventa molto importante e l'applicazione non richiede la qualità superiore del materiale. L'acciaio, ad esempio, ha caratteristiche di saldabilità, robustezza e resistenza alla corrosione che lo rendono ideale per l'impiego in strutture e abitazioni.

Confronto con l'acciaio

L'acciaio inossidabile e le altre leghe di acciaio sono apprezzate per la loro capacità di essere saldati, la loro resistenza e la varietà di impieghi, dagli articoli per la casa all'edilizia. Tuttavia, l'acciaio inossidabile è più pesante del titanio. Pertanto, come nel caso del titanio, forte e leggero, non può essere utilizzato quando il peso è un fattore importante.

Confronto con l'alluminio

L'alluminio è simile al titanio in quanto offre un elevato rapporto forza-peso ed è altamente resistente alla corrosione, anche se non è altrettanto costoso. È preferito nei casi in cui è necessario eseguire lavori estesi a un costo inferiore e in cui la fabbricazione della struttura è facile. L'alluminio è più conduttivo dal punto di vista elettrico e termico rispetto alla maggior parte degli altri metalli. Pertanto, può essere utilizzato in applicazioni di trasferimento di calore ed elettricità, ma non è così forte o resistente al calore come il titanio.

Resistenza alla corrosione

È da notare che il titanio ha una resistenza alla corrosione molto elevata tra tutti i metalli conosciuti, e il suo utilizzo è preferibile quando questa caratteristica è fondamentale. Il titanio, esposto all'aria, sviluppa uno strato di ossido che ne aumenta la durata e la resistenza alle atmosfere corrosive. Questa caratteristica di auto-riparazione rende il titanio molto adatto all'impiego in situazioni che richiedono un uso a lungo termine e poca o nessuna manutenzione.

Applicazioni delle parti lavorate in titanio

I pezzi lavorati in titanio sono preferiti perché sono durevoli, anticorrosivi e hanno un aspetto gradevole. Queste proprietà li rendono adatti all'impiego in molti settori e campi.

Industria marittima/navale

Il titanio è uno dei materiali più resistenti alla corrosione ed è quindi molto adatto all'impiego nell'industria navale. Alcune aree di applicazione sono gli alberi delle eliche, la robotica subacquea, le attrezzature per il rigging, le valvole a sfera, gli scambiatori di calore marini, le tubature dei sistemi antincendio, le pompe, i rivestimenti dei camini di scarico e i sistemi di raffreddamento di bordo. In questo modo è possibile garantire la durata e l'efficienza di diversi componenti e accessori marini.

Aerospaziale:

Nell'industria aerospaziale, il titanio è molto apprezzato per il suo elevato rapporto forza-peso, l'eccellente resistenza alla corrosione e la capacità di sopportare temperature estreme. Questi attributi lo rendono adatto a parti aerospaziali critiche, tra cui sedili, turbine, alberi, valvole, involucri, parti filtranti e generazione di ossigeno. In queste applicazioni, è possibile notare l'uso di un materiale in titanio che offre i vantaggi di una bassa densità, un'elevata resistenza e prestazioni accettabili in presenza di sollecitazioni elevate.

Automobile:

Sebbene l'alluminio sia spesso preferito nell'industria automobilistica per la sua disponibilità ed economicità, il titanio svolge ancora un ruolo significativo nella produzione di componenti automobilistici ad alte prestazioni. Nei motori a combustione interna, le valvole, le molle delle valvole, i fermi, le staffe di arresto dell'auto, i dadi per le orecchie sospese, i perni dei pistoni del motore, le molle delle sospensioni, i pistoni delle pinze dei freni, i bilancieri del motore e le bielle sono prodotti con il titanio e le sue leghe. Il titanio in questi componenti migliora l'efficienza e la durata delle automobili e quindi viene incorporato nel processo di produzione.

Medici e dentisti:

L'industria medica e dentale si affida al titanio per la sua eccellente resistenza alla corrosione, la bassa conduttività elettrica e la compatibilità con i livelli di pH fisiologici. Il titanio viene utilizzato nella fabbricazione di una varietà di dispositivi e impianti medici, tra cui viti ossee coniche, diritte o autofilettanti per applicazioni ortopediche e dentali, viti craniche per sistemi di fissazione cranica, aste, connettori e placche per la fissazione spinale e perni ortopedici. Il titanio viene utilizzato per queste funzioni vitali grazie alla sua compatibilità con il corpo umano e alla sua resistenza, che garantisce la sicurezza del paziente e la longevità delle apparecchiature.

In conclusione

Da queste osservazioni si può concludere che, sebbene il titanio sia un materiale non facile da lavorare, i problemi ad esso associati possono essere superati utilizzando strumenti e tecniche adeguate. CNM offre consulenza e servizi in lavorazione del magnesio, lavorazione del titanio in modo che le vostre operazioni siano pratiche ed efficienti. Scegliete CNM per la vostra affidabile Cina lavorazione del titanio partner nel padroneggiare le peculiarità di titanio lavorazione e aumentare i risultati del vostro lavoro.