Профессиональные советы по ЧПУ-обработке титана — аэрокосмика, автопром и не только

Благодаря отличному соотношению прочность/вес и коррозионной стойкости титан — один из самых полезных и популярных металлов для промышленных инженеров, архитекторов, дизайнеров потребительских товаров. Назван в честь титанов греческой мифологии и оправдывает имя.

Титан обладает желаемыми свойствами и относительно легко обрабатывается. Он сварной (в инертной атмосфере) и поддается ЧПУ-обработке как нержавеющая сталь. Также подходит практически для всех отделочных процессов: пеening, порошковое покрытие, электрофорез — все дают хорошие результаты на титане. Есть металлы с выше обрабатываемостью, но титан дает хорошее сочетание формуемости и механических характеристик.

Тем не менее, проектирование и производство титановых деталей не то же самое, что для алюминия или дешевых материалов. Поскольку заготовки титана стоят ~в 10 раз дороже Алюминия 6061, хочется сделать всё правильно с первого раза.

Пост обсуждает основы ЧПУ-обработки титана: подходящие применения, особенности обработки, варианты покрытий.

Что такое титан?

Титан — блестящий переходный металл, открыт в Великобритании в XVIII веке. Серебристый вид, при низкой плотности экстремально прочен. Ценный в отраслях, где критично облегчение.

Помимо соотношения прочность/вес, титан высоко стойок к коррозии — морской воде, хлору, кислотам — и нетоксичен даже в больших дозах. Особенно полезен в медицине: импланты, медицинские приборы.

В производстве титан часто легируют железом, алюминием,ванадием.

Зачем использовать титан?

Несмотря на премиальную цену, титан невероятно популярен. Причины:

• Высокая прочность
• Коррозионная стойкость
• Хорошее соотношение прочность/вес
• Вязкость
• Хорошая обрабатываемость
• Варианты покрытий
• Перерабатываемость

Поэтому титан регулярно используется в аэрокосмике, автопроме, медицине.

Аэрокосмические детали: детали двигателей, элементы аэрокаркаса, роторы, лопатки компрессоров. Аэрокосмика двигает производство титана: 2/3 всего мирового титана уходит в авиадвигатели и аэрокаркасы.

В медицине: хирургические импланты (долгосрочные тазобедренные замены), инструменты. Также — инвалидные коляски, костыли.

Зачем ЧПУ-обрабатывать титан?

Для самых точных и доступных титановых деталей ЧПУ — почти всегда лучшая техника. Разберем альтернативы.

Редко делают титановые детали литьем. Нагрянутый титан агрессивно реагирует с кислородом, а многие огнеупы для литья содержат следы кислорода.

Обходной путь — литье в распрессованный графит (безкислородная графитовая форма), но дает очень шероховатую поверхность, непригодную для мед/аэро/пром. Можно лить в потерянную восковую модель, но нужна вакуумная камера.

Новая опция — аддитивное производство для титана. Несколько технологий 3D-печати (SLM, EBM, DED) обрабатывают титановые порошки. Но системы очень дороги, многие отрасли не сертифицировали 3D-печатный титан для критичных по безопасности деталей.

По сравнению с альтернативами, ЧПУ — точный, безопасный, универсальный, доступный способ сделать титановые детали.

Что учитывать при обработке титана

Титан отличный для многих применений, но имеет уникальные характеристики, которые нужно уважать при ЧПУ. Ключевые моменты:

Накопление тепла

Титановые сплавы могут быть тверже алюминиевых. Это повышает износ инструмента и нагрев в зоне контакта.

Для более твердых сплавов может потребоваться снизить обороты ЧПУ при увеличении толщины резаемого слоя. Высокое давление СОЖ также облегчает нагрузку на режущий инструмент и помогает производить более качественные титановые детали.

Коммерчески чистый титан (Градусы 1–2) менее склонен к избыточному нагреву, но меры предосторожности все равно нужны.

Прилипание (галлинг)

Проблема, более ярко выраженная для коммерчески чистого титана, чем для сплавов — галлинг и нарастающий край.

Градусы 1–2 могут становиться липкими при обработке и прилипать к режущему инструменту. Смягчается высоким давлением СОЖ и быстрым удалением стружки.

Игнорирование усугубляет нагрев, ускоряя затупление инструмента.

Закрепление заготовки

Титан и его обрабатываемые сплавы менее жестки других распространенных металлов, требуют надежного захвата при ЧПУ.

Помимо жесткой установки станка, полезно поддерживать постоянное движение инструмента без прерывания реза.

Отделочные покрытия для обработанного титана

ЧПУ-детали из титана можно улучшить разными покрытиями — для функциональных или эстетических целей.

Покрытия: сглаживание, полировка, пеening, шлифовка, покраска, хромирование, метализация, PVD, порошковое покрытие, электрофорез.

Частые марки титана

Марка титана	Прочность	Коррозионная стойкость	Формуемость	Применения
1	Низкая	Высокая	Высокая	Аэрокаркасы, теплообменники
2	Средняя	Высокая	Высокая	Аэрокаркасы, авиадвигатели, морская среда
3	Высокая	Высокая	Средняя	Аэрокаркасы, авиадвигатели
4	Высокая	Высокая	Средняя	Аэрокаркасы, авиадвигатели, медицина, гидравлика
5 (6AL-4V)	Средняя	Высокая	Высокая	Аэрокаркасы, турбинные двигатели, медицина

3ERP — уважаемый провайдер ЧПУ-услуг с большим опытом производства титановых деталей и прототипов. Получите бесплатный расчет сейчас.