Tytan był kiedyś materiałem używanym tylko przez kilka wybranych warsztatów i rzadko był dotykany przez przeciętnego mechanika, ale teraz jest używany znacznie częściej i był używany przez wielu mechaników w trakcie ich kariery. Obróbka tytanu nie jest podobna do obróbki standardowych materiałów, takich jak aluminium i stal w przemyśle. Jednak ze względu na ogromne zyski, coraz więcej sklepów zaczyna wyrażać zainteresowanie tymi pracami.

W tym artykule omówimy skuteczne praktyki obróbki cnc tytanu, jak wybrać odpowiednie narzędzia skrawające i rzeczy, które muszą być brane pod uwagę przez mechaników. chcesz dowiedzieć się więcej o innych procesach obróbki, przejdź do Producent komponentów toczonych strona.

Obróbka tytanu: Kluczowe kwestie

Obróbka CNC tytanu jest złożonym procesem ze względu na jego wytrzymałość, dzięki czemu nadaje się do najbardziej wymagających zastosowań, a jednocześnie jest trudny w obróbce. Niezbędne jest zrozumienie szczegółów procesu obróbki, aby uzyskać najlepszy wynik i przedłużyć żywotność narzędzia.

1. Wybór narzędzi tnących

Obróbka tytanu wymaga rozważenia narzędzi skrawających. Ponieważ tytan jest odporny na wysoką temperaturę i twardy, kluczowe znaczenie ma wybór narzędzi, które mogą wytrzymać te właściwości. Powlekane narzędzia ze stali szybkotnącej z wolframem, węglem i wanadem są odpowiednie ze względu na zachowanie twardości w temperaturach do 600°C. Narzędzia te umożliwiają lepsze cięcie i zmniejszają ryzyko wyszczerbienia krawędzi, usprawniając procesy obróbki.

2. Znaczenie powłok narzędziowych

Powłoka narzędzi skrawających jest istotna, a zastosowanie odpowiedniego rodzaju powłoki poprawi wydajność narzędzi skrawających podczas obróbki tytanu. Powłoki takie jak azotek glinowo-tytanowy (TiAlN) zmniejszają wytwarzanie ciepła poprzez tworzenie warstwy tlenku glinu na powierzchni narzędzia. Warstwa ta minimalizuje przewodzenie ciepła i interakcje chemiczne między narzędziem a obrabianym przedmiotem, zwiększając trwałość narzędzia i usuwanie wiórów.

3. Zapewnienie stabilności podczas obróbki

Stabilność podczas obróbki tytanu ma kluczowe znaczenie dla zmniejszenia wibracji i zwiększenia dokładności cięcia. Ze względu na elastyczność tytanu i duże siły, może wystąpić drganie, co jest szkodliwe dla jakości obrabianej powierzchni. Aby poprawić stabilność i zapewnić jak najmniejszą odległość między końcówką wrzeciona a końcówką narzędzia, należy używać frezów trzpieniowych o większej średnicy rdzenia. Używanie stałych posuwów i prędkości skrawania zmniejsza również twardnienie narzędzia pod wpływem ciepła i odkształceń, utrzymując w ten sposób jego funkcjonalność i trwałość.

4. Zalety frezowania pod kątem

Frezowanie wznoszące ma kilka zalet, gdy jest stosowane w niestandardowej obróbce tytanu. Podczas frezowania wznoszącego grubość wióra zaczyna się od większej i stopniowo się zmniejsza, podczas gdy podczas frezowania w dół jest odwrotnie. Pomaga to zwiększyć transfer ciepła do wiórów, a nie do przedmiotu obrabianego, minimalizując w ten sposób naprężenia termiczne i zużycie narzędzia. Frezowanie górne poprawia ścinanie i prawidłowe usuwanie wiórów za frezem, poprawiając wydajność obróbki i wykończenie powierzchni.

Znajomość tych strategii ma kluczowe znaczenie dla udanej obróbki tytanu. Tak więc wybór odpowiednich narzędzi, odpowiednich powłok, stabilności i odpowiedniej strategii frezowania umożliwi operatorom uzyskanie pożądanych wymiarów i wydajności tytanowych komponentów zgodnie z wymaganiami przemysłowymi.

Typowe gatunki używane do obróbki CNC

Omówmy kilka popularnych gatunków stosowanych zazwyczaj w obróbce cnc tytanu.

Klasa 1: Czysty tytan dostępny w handlu, zawierający nie więcej niż 0,3% tlenu.

Niektóre z najpopularniejszych typów obejmują tytan klasy 1 o wysokiej ciągliwości i niskiej zawartości tlenu. Ma dobrą obrabialność, wysoką udarność i wysoką odporność na korozję i jest stosowany w przemyśle medycznym, samochodowym i lotniczym. Tytan klasy 1 ma jednak pewne wady; ma niższą wytrzymałość niż inne gatunki tytanu, a zatem nie może być stosowany w obszarach, w których występują naprężenia.

Klasa 2 (komercyjnie czysty tytan zawierający standardową ilość tlenu)

Drugi gatunek tytanu jest również znany jako tytan roboczy ze względu na średnią zawartość tlenu, wysoką odporność na korozję, formowalność, spawalność i plastyczność. Jest szeroko stosowany w przemyśle medycznym i lotniczym, zwłaszcza w częściach silników lotniczych, ze względu na swoje właściwości mechaniczne, które pozwalają mu wytrzymać zastosowane warunki.

Klasa 3 (czysty tytan z umiarkowaną ilością tlenu)

Uważa się, że tytan klasy 3 ma umiarkowane właściwości mechaniczne, takie jak korozja, obrabialność i wytrzymałość. Nie jest on tak powszechnie wykorzystywany w zastosowaniach komercyjnych jak gatunki 1 i 2. Mimo to jest stosowany w przemyśle medycznym, morskim i lotniczym, gdzie wymagana jest stała wydajność części i zespołów.

Klasa 4 (czysty tytan o wysokiej zawartości tlenu)

Tytan klasy 4 jest jednym z najmocniejszych i najbardziej stabilnych chemicznie materiałów do obróbki cnc tytanu. Jest ceniony za zdolność do pracy w trudnych warunkach. Niemniej jednak ma wysoką zawartość tlenu, co sprawia, że jest dość trudny w obróbce. Zużywa dużo chłodziwa i charakteryzuje się wysokimi prędkościami posuwu podczas obróbki. Gatunek ten jest stosowany w zbiornikach kriogenicznych, sprzęcie do przetwarzania chemicznego i częściach płatowca, gdzie niezbędna jest wysoka wytrzymałość i odporność na obciążenia dynamiczne.

Klasa 5 (Ti6Al4V)

Ti6Al4V to stop tytanu alfa-beta z 6% Al i 4% V; materiał ten ma dobre właściwości mechaniczne, w tym wysoką wytrzymałość, rozsądną odkształcalność i dobrą odporność na korozję. Jest stosowany w elektrowniach, platformach morskich, statkach i częściach statków, produktach lotniczych o wysokiej wytrzymałości itp. Tytan klasy 5 jest stosowany we wszystkich obszarach, w których wymagana jest wysoka wydajność w różnych warunkach środowiskowych.

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

Stop tytanu Grade 6 charakteryzuje się dobrą stabilnością i wysoką wytrzymałością oraz możliwością szybkiego łączenia, zwłaszcza w wysokich temperaturach roboczych. Dzięki temu idealnie nadaje się do stosowania w płatowcach, silnikach odrzutowych i innych częściach i komponentach lotniczych, w których wytrzymałość materiału ma ogromne znaczenie. Ze względu na zdolność do pracy w wysokich temperaturach i warunkach naprężeń, nadaje się do rygorystycznych warunków.

Klasa 7 (Ti-0,15Pd)

Porównując gatunek 2 z gatunkiem 7, ten ostatni zawiera pallad w celu poprawy właściwości korozyjnych, szczególnie w zastosowaniach chemicznych. Ma dobre właściwości formowania i spawania, a ze względu na swoją odporność na czynniki korozyjne jest szeroko stosowany w sprzęcie do przetwarzania chemicznego, gdzie wytrzymałość i trwałość są niezbędne.

Klasa 11 (Ti-0,15Pd)

Podobnie jak poprzedni tytan klasy 7, stop tytanu klasy 11 ma wyższą ciągliwość i niższą akceptację zanieczyszczeń. Jest on używany w zastosowaniach morskich i produkcji chloranów ze względu na jego niekorozyjny charakter i kompatybilność ze słoną wodą. Tytan klasy 11 jest mniej wytrzymały niż tytan klasy 7, dlatego jest stosowany tam, gdzie wymagana jest elastyczność i odporność na korozję.

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

Stop tytanu klasy 12 zawiera molibden i nikiel i jest spawalny; ma wysoką wytrzymałość w wysokich temperaturach i dobrą odporność na korozję. Jest stosowany w płaszczach i wymiennikach ciepła, częściach morskich, częściach samolotów i innych gałęziach przemysłu ze względu na swoją wytrzymałość mechaniczną, która pozwala mu wytrzymać środowisko.

Klasa 23 (Ti6Al4V-ELI)

Tytan o bardzo niskiej międzywęzłowości lub tytan klasy 23 nie jest dokładnie taki jak tytan klasy 5 i ma lepszą biokompatybilność i odporność na pękanie niż tytan klasy 5. Ze względu na wysoką czystość, może być stosowany w zastosowaniach medycznych, takich jak implanty ortopedyczne, zszywki chirurgiczne i aparaty ortodontyczne, w których najważniejsza jest kompatybilność z tkankami ciała i wytrzymałość.

Zalety wyboru tytanu do obróbki części CNC

Spośród wszystkich tych materiałów, tytan może być wyróżniony w obróbce CNC ze względu na swoje właściwości, które sprawiają, że nadaje się do określonych branż. Jego ulepszona biokompatybilność sprawia, że jest bardzo ważny w medycynie, ponieważ zapewnia, że implanty nie zostaną wydalone z organizmu. Ta cecha to wysoka odporność na korozję, dzięki czemu tytan jest cenny w przemyśle morskim i przetwórstwie chemicznym, gdzie zdolność materiału do długiej żywotności jest najważniejsza.

Kolejną właściwością tytanu jest jego wysoki stosunek wytrzymałości do masy, co jest bardzo przydatne w przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym, gdzie zmniejszenie masy przy jednoczesnym zwiększeniu wytrzymałości ma istotne znaczenie dla poprawy wydajności i efektywności sprzętu. Jego wysoka plastyczność pozwala na tworzenie skomplikowanych geometrii i złożonych profili wymaganych do konkretnych zastosowań w różnych branżach. Tytan jest jednak łatwy w obróbce, dzięki czemu części mogą być produkowane z dużą precyzją i wysoką niezawodnością, aby osiągnąć pożądane poziomy tolerancji.

Wyzwania związane z obróbką tytanu

Praca ze stopami tytanu nie jest łatwa, ponieważ podczas obróbki tego materiału prawdopodobnie napotkamy następujące wyzwania. Charakteryzuje się on wysoką reaktywnością chemiczną i zacieraniem, co prowadzi do powstawania defektów powierzchni, takich jak utlenianie i kruchość podczas procesu obróbki, co pogarsza jakość i niezawodność komponentu.

Kontrola wzrostu temperatury i sił ma kluczowe znaczenie, ponieważ tytan ma niską przewodność cieplną; ciepło gromadzi się w strefie cięcia, co prowadzi do szybkiego zużycia narzędzia i może wpływać na wykończenie powierzchni. Co więcej, po operacji obróbki występują naprężenia szczątkowe i hartownicze**, które powodują niestabilność wymiarową, a czasami uszkodzenie części.

Cenne wskazówki dotyczące wydajnej obróbki tytanu

Jednak niektóre krytyczne czynniki muszą być kontrolowane w celu optymalizacji obróbki tytanu, ponieważ nie jest to łatwe. Mocowanie obrabianych elementów pomaga zminimalizować wibracje i drgania narzędzi, a tym samym zwiększa dokładność i wykończenie powierzchni obrabianych elementów. Używanie wstępnie obciążonych narzędzi i narzędzi skracających zmniejsza wielkość ugięcia, a tym samym dokładność jest osiągana nawet w przypadku problematycznych części.

Wybór specjalnych narzędzi skrawających do tytanu z lepszymi powłokami, takimi jak TiCN lub TiAlN, poprawia odporność na zużycie. Zwiększa to trwałość narzędzi oraz wydajność i koszt procesu. Dlatego konieczne jest kontrolowanie stanu narzędzi i, w razie potrzeby, ich wymiana na nowe, aby utrzymać wysoką jakość obrabianych części i nie zwiększać wskaźnika zużycia narzędzi podczas długiej produkcji.

Kontrola parametrów skrawania, takich jak prędkość posuwu, prędkość wrzeciona i obciążenie wiórami, ma kluczowe znaczenie dla zminimalizowania wytwarzania ciepła i zużycia narzędzi. Zastosowanie odpowiedniego dopływu chłodziwa w strefie cięcia pomaga w przepływie wiórów i utrzymuje niższe temperatury cięcia, zmniejszając w ten sposób uszkodzenia narzędzi i chropowatość powierzchni.

Optymalizacja parametrów skrawania, takich jak osiowa głębokość skrawania i promieniowa głębokość skrawania, zwiększa szybkość usuwania materiału i zmniejsza siły skrawania oraz wytwarzanie ciepła, dzięki czemu obróbka tytanu jest niezawodnym procesem. Można więc powiedzieć, że obróbka tytanu nie jest łatwym zadaniem. Mimo to, ze względu na swoje specyficzne właściwości i prawidłowe metody obróbki, jest on nieunikniony w branżach wymagających wysokiej wytrzymałości, wysokiej temperatury i wysoce niezawodnych części obrabianych CNC.

Różnice w obróbce tytanu i innych materiałów

W kategorii metali tytan ma jedną z najbardziej niezwykłych cech: wytrzymałość. Dlatego też wszystkie te branże, które wymagają elementów i części poddawanych wysokim obciążeniom, muszą być stosowane w trudnych warunkach. To czyni go jeszcze bardziej pożądanym w różnych sektorach ze względu na jego wysoką odporność na ciepło i korozję.

Wytrzymałość i trwałość

W porównaniu do innych metali, tytan ma wyższą wytrzymałość na rozciąganie i jest wykorzystywany w zastosowaniach, w których wymagana jest wysoka wytrzymałość w wysokich temperaturach. Podczas gdy stal można sklasyfikować według pierwiastków stopowych, a jej właściwości mogą znacznie różnić się od materiału pierwotnego, tytan może być stosowany w czystej postaci lub jako stop, z których najpopularniejszym jest Grade 5 (Ti 6Al-4V), który stanowi 50% zużycia tytanu na świecie.

Rozważania dotyczące kosztów

Niemniej jednak tytan ma swoją główną wadę - koszt jest nadal znacznie wyższy niż w przypadku innych materiałów, takich jak stal czy aluminium. Materiały te są powszechnie stosowane przez inżynierów i producentów, gdzie czynnik kosztów staje się bardzo ważny, a zastosowanie nie wymaga wyższej jakości materiału. Na przykład stal charakteryzuje się spawalnością, wytrzymałością i odpornością na korozję, co czyni ją idealną do stosowania w konstrukcjach i domach.

Porównanie ze stalą

Stal nierdzewna i inne stopy stali są cenione za ich zdolność do spawania, wytrzymałość i różnorodność zastosowań we wszystkim, od artykułów gospodarstwa domowego po budownictwo. Stal nierdzewna jest jednak cięższa od tytanu. Dlatego też, podobnie jak w przypadku mocnego i lekkiego tytanu, nie może być stosowana tam, gdzie waga jest istotnym czynnikiem.

Porównanie z aluminium

Aluminium jest podobne do tytanu, ponieważ oferuje wysoki stosunek wytrzymałości do masy i jest wysoce odporne na korozję, choć nie jest tak drogie. Jest ono preferowane w przypadkach, gdy konieczne jest wykonanie rozległych prac przy niższych kosztach i gdy produkcja konstrukcji jest łatwa. Aluminium lepiej przewodzi prąd i ciepło niż większość innych metali. Dlatego też może być wykorzystywane w zastosowaniach związanych z przenoszeniem ciepła i energii elektrycznej, ale nie jest tak wytrzymałe i odporne na ciepło jak tytan.

Odporność na korozję

Warto zauważyć, że tytan ma bardzo wysoką odporność na korozję spośród wszystkich znanych metali, a jego użycie jest preferowane tam, gdzie ta cecha ma kluczowe znaczenie. Tytan po wystawieniu na działanie powietrza tworzy warstwę tlenku, która zwiększa jego trwałość i odporność na działanie atmosfery korozyjnej. Ta samonaprawiająca się cecha sprawia, że tytan jest bardzo odpowiedni do stosowania w sytuacjach, które wymagają długotrwałego użytkowania i niewielkiej lub żadnej konserwacji.

Zastosowania części obrabianych tytanem

Części obrabiane tytanem są preferowane, ponieważ są trwałe, antykorozyjne i mają ładny wygląd. Właściwości te sprawiają, że nadają się one do stosowania w wielu branżach i dziedzinach.

Przemysł morski/nawigacyjny

Tytan jest jednym z najbardziej odpornych na korozję materiałów, dzięki czemu doskonale nadaje się do stosowania w przemyśle morskim. Niektóre obszary zastosowań to wały śrub napędowych, robotyka podwodna, sprzęt olinowania, zawory kulowe, morskie wymienniki ciepła, rurociągi systemu przeciwpożarowego, pompy, wykładziny kominów wydechowych i pokładowe systemy chłodzenia. Umożliwia to uzyskanie trwałości i wydajności kilku części i akcesoriów morskich.

Aerospace:

W przemyśle lotniczym tytan jest wysoko ceniony ze względu na wysoki stosunek wytrzymałości do masy, doskonałą odporność na korozję i odporność na ekstremalne temperatury. Te cechy sprawiają, że nadaje się on do krytycznych części lotniczych, w tym gniazd, turbin, wałów, zaworów, obudów, części filtrów i wytwarzania tlenu. W tych zastosowaniach można zauważyć wykorzystanie materiału tytanowego, który oferuje korzyści w postaci niskiej gęstości, wysokiej wytrzymałości i akceptowalnej wydajności pod dużym obciążeniem.

Motoryzacja:

Chociaż aluminium jest często preferowane w przemyśle motoryzacyjnym ze względu na jego dostępność i opłacalność, tytan nadal odgrywa znaczącą rolę w produkcji wysokowydajnych części samochodowych. W silnikach spalinowych z tytanu i jego stopów produkowane są zawory, sprężyny zaworów, ustalacze, wsporniki ograniczników samochodowych, nakrętki uszczelek, sworznie tłoków silnika, sprężyny zawieszenia, tłoki zacisków hamulcowych, wahacze silnika i korbowody. Tytan w tych częściach zwiększa wydajność i trwałość samochodów, a zatem jest włączony do procesu produkcyjnego.

Medycyna i stomatologia:

Branża medyczna i stomatologiczna polega na tytanie ze względu na jego doskonałą odporność na korozję, niską przewodność elektryczną i kompatybilność z fizjologicznymi poziomami pH. Tytan jest stosowany w produkcji różnych urządzeń medycznych i implantów, w tym stożkowych, prostych lub samogwintujących śrub kostnych do zastosowań ortopedycznych i dentystycznych, śrub czaszkowych do systemów mocowania czaszki, prętów mocujących kręgosłup, łączników i płytek oraz szpilek ortopedycznych. Tytan jest stosowany w tych istotnych funkcjach ze względu na jego kompatybilność z ludzkim ciałem i wytrzymałość, co zapewnia bezpieczeństwo pacjenta i długowieczność sprzętu.

Podsumowując

Z powyższych obserwacji można wywnioskować, że chociaż tytan jest materiałem, który nie jest łatwy w obróbce, problemy z nim związane można przezwyciężyć przy użyciu odpowiednich narzędzi i technik. CNM oferuje doradztwo i usługi w zakresie obróbka magnezu, obróbka tytanu, aby Twoje operacje były praktyczne i wydajne. Wybierz CNM dla swojej niezawodności Obróbka tytanu w Chinach partnerem w opanowaniu specyfiki tytan obróbka skrawaniem i zwiększenie wyników pracy.