Titanium was ooit een materiaal dat slechts door een paar geselecteerde bedrijven werd gebruikt en zelden werd aangeraakt door de gemiddelde verspaner, maar nu wordt het veel vaker gebruikt en is het door veel verspaners in de loop van hun carrière gebruikt. De bewerking van titanium is niet vergelijkbaar met die van standaardmaterialen zoals aluminium en staal in de industrie. Vanwege de enorme winsten beginnen echter meer bedrijven interesse te tonen in deze banen.

In dit artikel bespreken we succesvolle werkwijzen voor cnc-verspaning van titanium, hoe de juiste snijgereedschappen te selecteren en zaken waarmee machinisten rekening moeten houden. wil je meer weten over andere bewerkingsprocessen, ga dan naar Fabrikant van gedraaide onderdelen pagina.

Titanium bewerken: Belangrijke overwegingen

CNC verspanen met titanium is een complex proces vanwege de sterkte, waardoor het geschikt is voor de meest veeleisende toepassingen en tegelijkertijd moeilijk te bewerken is. Het is van vitaal belang om de details van het bewerkingsproces te begrijpen om het beste resultaat te krijgen en de levensduur van het gereedschap te verlengen.

1. Selectie van snijgereedschappen

Voor het bewerken van titanium moet je rekening houden met snijgereedschappen. Aangezien titanium bestand is tegen hitte en hard is, is het cruciaal om gereedschap te kiezen dat tegen deze eigenschappen bestand is. Gereedschappen van gecoat hogesnelheidsstaal met wolfraam, koolstof en vanadium zijn geschikt vanwege hun hardheidsbehoud bij temperaturen tot 600°C. Deze gereedschappen zorgen voor beter snijwerk en verminderen de kans op afbrokkelende randen, waardoor het bewerkingsproces verbetert.

2. Belang van coating van gereedschap

De coating van snijgereedschappen is belangrijk en het aanbrengen van het juiste type coating verbetert de prestaties van het snijgereedschap tijdens titaanbewerking. Coatings zoals titanium aluminium nitride (TiAlN) verminderen de warmteontwikkeling door een laag aluminiumoxide op het oppervlak van het gereedschap aan te brengen. Deze laag minimaliseert de warmtegeleiding en chemische interactie tussen het gereedschap en het werkstuk, waardoor de levensduur van het gereedschap en de spaanafvoer toenemen.

3. Stabiliteit garanderen bij machinale bewerking

Stabiliteit tijdens het bewerken van titanium is van vitaal belang om trillingen te verminderen en de nauwkeurigheid van het snijden te verhogen. Door de flexibiliteit van titanium en de hoge krachten is de kans op klapperen groot, wat nadelig is voor de kwaliteit van het bewerkte oppervlak. Werk met frezen met een grotere kerndiameter om de stabiliteit te verbeteren en de kortste afstand tussen de spindelneus en de gereedschapspunt te garanderen. Het gebruik van constante bewerkingsaanzetten en -snelheden vermindert ook warmte- en spanningsharding op het gereedschap, waardoor de functionaliteit en duurzaamheid van het gereedschap behouden blijft.

4. Voordelen van klimfrezen

Klimfrezen heeft verschillende voordelen bij het bewerken van titanium op maat. Bij klimmend frezen begint de spaandikte breder te worden en neemt geleidelijk af, terwijl bij neergaand frezen het tegenovergestelde het geval is. Dit bevordert de warmteoverdracht naar de spanen in plaats van naar het werkstuk, waardoor thermische stress en slijtage van het gereedschap worden geminimaliseerd. Klimfrezen verbetert de afschuiving en goede spaanafvoer achter de frees, waardoor de bewerkingsefficiëntie en de oppervlakteafwerking verbeteren.

Kennis van deze strategieën is cruciaal voor het succesvol bewerken van titanium. Door de juiste gereedschappen, de juiste coatings, stabiliteit en de juiste freesstrategie te kiezen, kunnen de verspaners de gewenste afmetingen en efficiëntie van de titanium componenten verkrijgen onder de industriële vereisten.

Gebruikelijke kwaliteiten voor CNC-verspaning

Laten we een aantal veelgebruikte kwaliteiten bespreken die doorgaans gebruikt worden bij het cnc bewerken van titanium.

Kwaliteit 1: Commercieel zuiver titaan met niet meer dan 0,3% zuurstof.

Enkele van de meest voorkomende soorten zijn graad 1 titanium met een hoge ductiliteit en laag zuurstofgehalte. Het heeft een goede bewerkbaarheid, hoge slagvastheid en hoge corrosiebestendigheid en wordt toegepast in de medische, auto- en luchtvaartindustrie. Titaan graad 1 heeft echter een aantal nadelen; het is minder sterk dan de andere titaniumsoorten en kan dus niet worden gebruikt op plaatsen waar spanning wordt uitgeoefend.

Kwaliteit 2 (Commercieel zuiver titanium met een standaardhoeveelheid zuurstof)

De tweede titaniumsoort wordt ook wel het werkpaardtitanium genoemd vanwege het gemiddelde zuurstofgehalte, de hoge corrosiebestendigheid, vervormbaarheid, lasbaarheid en vervormbaarheid. Het wordt veel gebruikt in de medische en luchtvaartindustrie, vooral in onderdelen voor vliegtuigmotoren, vanwege de mechanische eigenschappen die het bestand maken tegen de toegepaste omstandigheden.

Rang 3 (Zuiver titanium met een matige hoeveelheid zuurstof)

Titaan graad 3 heeft matige mechanische eigenschappen zoals corrosie, verwerkbaarheid en sterkte. Het wordt niet zo vaak gebruikt in commerciële toepassingen als graad 1 en 2. Toch wordt het gebruikt in de medische, marine en luchtvaartindustrie waar consistente prestaties van onderdelen en samenstellingen vereist zijn. Toch wordt het gebruikt in de medische, marine en luchtvaartindustrie waar consistente prestaties van onderdelen en samenstellingen vereist zijn.

Kwaliteit 4 (zuiver titanium met hoog zuurstofgehalte)

Grade 4 titanium is een van de meest krachtige en chemisch stabiele materialen voor cnc titaniumbewerking. Het wordt gewaardeerd om zijn vermogen om in zware omstandigheden te werken. Het heeft echter een hoog zuurstofgehalte, waardoor het vrij moeilijk te bewerken is. Het gebruikt veel koelmiddel en heeft een hoge voedingssnelheid tijdens het bewerken. Deze kwaliteit wordt gebruikt in cryogene vaten, chemische verwerkingsapparatuur en vliegtuigonderdelen waar hoge sterkte en taaiheid essentieel zijn.

Graad 5 (Ti6Al4V)

Ti6Al4V is een alfa-bèta titaniumlegering met 6% Al en 4% V; dit materiaal heeft goede mechanische eigenschappen, waaronder hoge sterkte, redelijke vervormbaarheid en goede corrosiebestendigheid. Het wordt gebruikt in energiecentrales, offshore platforms, schepen en scheepsonderdelen, ruimtevaartproducten met hoge sterkte, enzovoort. Titaankwaliteit 5 wordt toegepast op alle gebieden waar hoge prestaties nodig zijn in verschillende omgevingsomstandigheden.

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

Grade 6 titaniumlegering heeft een goede stabiliteit en hoge sterkte en kan snel worden samengevoegd, vooral bij hoge bedrijfstemperaturen. Hierdoor is het ideaal voor gebruik in vliegtuigrompen, straalmotoren en andere onderdelen en componenten voor de ruimtevaart waar de sterkte van het materiaal van het grootste belang is. Omdat het bestand is tegen hoge temperaturen en spanningen, is het geschikt voor zware omstandigheden.

Graad 7 (Ti-0,15Pd)

Als je Grade 2 vergelijkt met Grade 7, dan bevat deze laatste palladium om de corrosie-eigenschappen te verbeteren, vooral in chemische toepassingen. Het heeft goede vorm- en laseigenschappen en vanwege de weerstand tegen corrosieve stoffen wordt het veel gebruikt in chemische verwerkingsapparatuur waar sterkte en duurzaamheid essentieel zijn.

Graad 11 (Ti-0,15Pd)

Net als de vorige graad 7 titanium heeft de graad 11 titaniumlegering een hogere ductiliteit en een lagere acceptatie van onzuiverheden. Het wordt gebruikt in mariene toepassingen en chloraatproductie vanwege de niet-corrosieve aard en compatibiliteit met zout water. Grade 11 titanium is minder krachtig dan Grade 7 titanium en wordt daarom gebruikt waar flexibiliteit en corrosiebestendigheid nodig zijn.

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

Grade 12 titaanlegering bevat molybdeen en nikkel en is lasbaar; heeft een hoge sterkte bij hoge temperaturen en een goede corrosiebestendigheid. Het wordt gebruikt in schelpen en warmtewisselaars, scheepsonderdelen, vliegtuigonderdelen en andere industrieën vanwege de mechanische sterkte, waardoor het bestand is tegen het milieu.

Kwaliteit 23 (Ti6Al4V-ELI)

Extra laag interstitieel titanium of graad 23 titanium is niet precies zoals graad 5 en heeft een betere biocompatibiliteit en breuktaaiheid dan graad 5. Door de hoge zuiverheid kan het worden gebruikt in medische toepassingen zoals orthopedische implantaten, chirurgische nietjes en orthodontische hulpmiddelen waar compatibiliteit met lichaamsweefsels en sterkte van het grootste belang zijn.

Voordelen van het kiezen van titanium voor CNC-bewerkingsonderdelen

Van al deze materialen kan titanium worden uitgekozen voor CNC-bewerking vanwege de bijzonderheden die het geschikt maken voor specifieke industrieën. De verbeterde biocompatibiliteit maakt het erg belangrijk in de geneeskunde, omdat het ervoor zorgt dat implantaten niet uit het lichaam worden gedreven. Deze kwaliteit heeft een hoge corrosiebestendigheid, waardoor titanium waardevol is in de maritieme en chemische verwerkingsindustrie, waar het vermogen van het materiaal om lang mee te gaan van het grootste belang is.

Een andere eigenschap van titanium is de hoge sterkte-gewichtsverhouding, die zeer nuttig is in de lucht- en ruimtevaart en de auto-industrie, waar gewichtsvermindering bij een hogere sterkte belangrijk is voor het verbeteren van de prestaties en efficiëntie van de apparatuur. De hoge vervormbaarheid maakt complexe geometrieën en complexe profielen mogelijk die nodig zijn voor specifieke toepassingen in verschillende industrieën. Titanium is echter gemakkelijk te bewerken, zodat de onderdelen met grote precisie en hoge betrouwbaarheid geproduceerd kunnen worden om de gewenste tolerantieniveaus te bereiken.

Uitdagingen bij het bewerken van titanium

Het is niet eenvoudig om met titaanlegeringen te werken omdat bij de bewerking van het materiaal waarschijnlijk de volgende uitdagingen komen kijken. Het heeft een hoge chemische reactiviteit en galling die leidt tot de vorming van oppervlaktedefecten zoals oxidatie en verbrossing tijdens het bewerkingsproces, wat de kwaliteit en betrouwbaarheid van het onderdeel in gevaar brengt.

Het beheersen van temperatuurstijging en krachten is cruciaal omdat titanium een lage thermische geleidbaarheid heeft; warmte bouwt zich op in de snijzone, wat leidt tot snelle slijtage van het gereedschap en de oppervlakteafwerking kan beïnvloeden. Bovendien heeft het na de bewerking rest- en verhardingsspanningen**, en deze spanningen veroorzaken dimensionale instabiliteit en soms breekt het onderdeel.

Waardevolle tips voor efficiënt titaan bewerken

Om het bewerken van titanium te optimaliseren, moeten echter enkele kritieke factoren onder controle worden gehouden, omdat dit niet eenvoudig is. Het opspannen van werkstukken helpt trillingen en het klapperen van gereedschap te minimaliseren en verbetert daardoor de nauwkeurigheid en oppervlakteafwerking van de werkstukken. Het gebruik van gereedschap met een hoge voorspanning en kortsluitgereedschap vermindert de mate van doorbuiging, waardoor nauwkeurigheid wordt bereikt, zelfs op een problematisch onderdeel.

Het selecteren van specifieke snijgereedschappen voor titanium met betere coatings zoals TiCN of TiAlN verbetert de slijtvastheid. Het verhoogt de duurzaamheid van het gereedschap en de efficiëntie en kosten van het proces. Het is dus noodzakelijk om de staat van de gereedschappen te controleren en ze indien nodig te vervangen door nieuwe om de hoge kwaliteit van de bewerkte onderdelen te behouden en de slijtage van de gereedschappen tijdens langdurige productie niet te vergroten.

Het regelen van de snijparameters, zoals voedingssnelheden, spindelsnelheden en spaanbelastingen, is van vitaal belang om de warmteontwikkeling en gereedschapsslijtage te minimaliseren. Door voldoende koelvloeistof toe te voeren in de snijzone worden de spanen beter doorgevoerd en blijven de snijtemperaturen lager, waardoor het defect raken van gereedschap en de oppervlakteruwheid afnemen.

Het optimaliseren van de snijparameters, zoals de axiale snedediepte en de radiale snedediepte, verhoogt de materiaalverwijderingssnelheid en vermindert de snijkrachten en warmteontwikkeling, waardoor het bewerken van titanium een betrouwbaar proces wordt. Er kan dus gezegd worden dat het bewerken van titanium geen eenvoudige taak is. Toch is het vanwege de specifieke eigenschappen en de juiste bewerkingsmethoden onmisbaar in industrieën die hoge sterkte, hoge temperatuur en zeer betrouwbare CNC-bewerkte onderdelen nodig hebben.

Onderscheid in het verspanen van titanium ten opzichte van andere materialen

In de categorie metalen heeft titanium een van de meest opmerkelijke eigenschappen: de sterkte. Daarom moeten alle industrieën die elementen en onderdelen met een hoge belasting nodig hebben, deze gebruiken in zware omstandigheden. Dit maakt het nog aantrekkelijker in verschillende sectoren vanwege de hoge hittebestendigheid en corrosiebestendigheid.

Kracht en duurzaamheid

Vergeleken met andere metalen heeft titanium een hogere treksterkte en wordt het gebruikt in toepassingen waar een hoge sterkte bij hoge temperaturen vereist is. Terwijl staal kan worden gecategoriseerd op basis van legeringselementen en de eigenschappen aanzienlijk kunnen verschillen van het primaire materiaal, kan titanium worden gebruikt in zijn pure vorm of als legering, waarvan de populairste graad 5 (Ti 6Al-4V) is, die goed is voor 50% van het titaniumverbruik in de wereld.

Kostenoverwegingen

Toch heeft titanium een groot nadeel - de kosten zijn nog steeds aanzienlijk hoger dan andere materialen zoals staal of aluminium. Deze materialen worden vaak gebruikt door ingenieurs en fabrikanten, waar de kostenfactor erg belangrijk wordt en de toepassing de hogere kwaliteit van het materiaal niet vereist. Staal heeft bijvoorbeeld lasbaarheid, sterkte en corrosiebestendigheid, waardoor het ideaal is voor gebruik in constructies en in huis.

Vergelijking met staal

Roestvast staal en andere staallegeringen worden gewaardeerd om hun lasbaarheid, sterkte en veelzijdige toepassingen in huishoudelijke artikelen en de bouw. Roestvast staal is echter zwaarder dan titanium. Daarom kan het, net als sterk en licht titanium, niet worden gebruikt als gewicht een belangrijke overweging is.

Vergelijking met aluminium

Aluminium is vergelijkbaar met titanium in de zin dat het een hoge sterkte-gewichtsverhouding biedt en zeer goed bestand is tegen corrosie, hoewel het niet zo duur is. Het heeft de voorkeur in gevallen waar uitgebreide werkzaamheden moeten worden uitgevoerd tegen lagere kosten en waar de constructie gemakkelijk te vervaardigen is. Aluminium is elektrisch en thermisch beter geleidend dan de meeste andere metalen. Daarom kan het worden gebruikt in toepassingen voor warmte- en elektriciteitsoverdracht, maar het is niet zo sterk of hittebestendig als titanium.

Corrosiebestendigheid

Het is opmerkelijk dat titanium van alle bekende metalen een zeer hoge corrosiebestendigheid heeft en het gebruik ervan heeft de voorkeur als deze eigenschap cruciaal is. Titanium ontwikkelt bij blootstelling aan lucht een oxidelaag die de duurzaamheid en weerstand tegen corrosieve atmosferen verhoogt. Deze zelfherstellende eigenschap maakt titanium zeer geschikt voor gebruik in situaties die langdurig gebruik en weinig of geen onderhoud vereisen.

Toepassingen van met Titanium bewerkte onderdelen

Machinaal bewerkte onderdelen van titanium genieten de voorkeur omdat ze duurzaam en corrosiewerend zijn en er mooi uitzien. Deze eigenschappen maken ze geschikt voor gebruik in vele industrieën en velden.

Marine/Naval Industrie

Titanium is een van de meest corrosiebestendige materialen en daarom zeer geschikt voor gebruik in de scheepvaartindustrie. Enkele toepassingsgebieden zijn schroefassen, onderwaterrobotica, tuigapparatuur, kogelkleppen, mariene warmtewisselaars, brandblusleidingen, pompen, schoorsteenvoeringen en koelsystemen aan boord. Dit maakt duurzaamheid en efficiëntie van verschillende onderdelen en accessoires voor de scheepvaart mogelijk.

Ruimtevaart:

In de luchtvaartindustrie wordt titanium zeer gewaardeerd om zijn hoge sterkte-gewichtsverhouding, uitstekende corrosiebestendigheid en vermogen om extreme temperaturen te weerstaan. Deze eigenschappen maken het geschikt voor kritieke onderdelen in de lucht- en ruimtevaart, zoals zittingen, turbines, assen, kleppen, behuizingen, filteronderdelen en zuurstofgeneratie. In deze toepassingen is het mogelijk om het gebruik van titanium materiaal op te merken dat de voordelen biedt van lage dichtheid, hoge sterkte en aanvaardbare prestaties onder hoge spanning.

Automobiel:

Hoewel aluminium vaak de voorkeur geniet in de auto-industrie vanwege de beschikbaarheid en kosteneffectiviteit, speelt titanium nog steeds een belangrijke rol bij de productie van hoogwaardige auto-onderdelen. In verbrandingsmotoren worden kleppen, klepveren, keerringen, autostopbeugels, ophangoormoeren, motorzuigerpennen, ophangveren, remklauwzuigers, motortuimelaars en drijfstangen gemaakt van titanium en titaanlegeringen. Titanium in deze onderdelen verbetert de efficiëntie en duurzaamheid van auto's en wordt daarom opgenomen in het fabricageproces.

Medisch en tandheelkundig:

De medische en tandheelkundige industrie vertrouwen op titanium vanwege zijn uitstekende corrosiebestendigheid, lage elektrische geleidbaarheid en compatibiliteit met fysiologische pH-waarden. Titanium wordt toegepast bij de vervaardiging van een verscheidenheid aan medische hulpmiddelen en implantaten, waaronder conische, rechte of zelftappende botschroeven voor orthopedische en tandheelkundige toepassingen, schedelschroeven voor schedelbevestigingssystemen, ruggengraatbevestigingsstaven, verbindingsstukken en platen, en orthopedische pennen. Titanium wordt voor deze vitale functies gebruikt vanwege de compatibiliteit met het menselijk lichaam en de sterkte, die de veiligheid van de patiënt en de levensduur van de apparatuur garandeert.

Conclusie

Uit bovenstaande observaties kan geconcludeerd worden dat titanium weliswaar een materiaal is dat niet gemakkelijk te bewerken is, maar dat de problemen die ermee gepaard gaan overwonnen kunnen worden met de juiste gereedschappen en technieken. CNM biedt consultancy en diensten in magnesium bewerkenHet bewerken van titanium zodat uw bewerkingen praktisch en efficiënt zijn. Kies CNM voor uw betrouwbare China titaniumbewerking partner in het beheersen van de eigenaardigheden van titanium verspanen en de resultaten van uw werk verbeteren.