Оптимизированная механическая обработка титана для автомобильных, авиационных и промышленных компонентов

Титан был впервые открыт в 1791 году, но мы не начали реализовывать его промышленный потенциал до 1948 года, когда правительство США начало финансировать исследования титана для использования в авиации, аэрокосмике и обороне. Титан — обилный минерал — однако процесс преобразования титановой руды в чистый титан или его сплавы сложен и дорог. Вы заплатите премию за новый титан и его сплавы по сравнению с другими распространенными металлами, используемыми в механической обработке и фабрикации.

Титан предлагает уникальное сочетание свойств

Титан славен своим соотношением веса к прочности. Он на 45% легче стали, но такой же прочный, и на 60% тяжелее алюминия и в два раза прочнее. Титан может терпеть экстремальные температуры благодаря своей высокоциклической усталостной прочности и очень высокой точке плавления (3034 °F или 1668 °C) и также испытывает минимальные изменения размеров в экстремальных температурных средах благодаря своему низкому коэффициенту теплового расширения. Он предпочтительнее алюминия и стали для многих применений благодаря своей коррозионной стойкости, и он часто используется в медицинской отрасли, потому что он биосовместимый и немаркированный.

Это сочетание свойств представляет некоторые вызовы, когда речь идет о преобразовании коммерчески чистого титана и его сплавов в компоненты для автомобильной, авиационной, промышленной, морской, медицинской и рекреационной техники. Титан обрабатываем? Да, но вам нужно понять, как его свойства влияют на техники механической обработки.

Титан обрабатываем? Да, но учитывайте эти факторы

Титан обрабатываем, но требует специальных соображений касательно процессов механической обработки. Из-за его уникальных свойств вам нужно проявлять осторожность при механической обработке титана по следующим причинам:

• Низкая теплопроводность может привести к чрезмерному накоплению тепла в режущих инструментах, что влияет на качество отделки и сокращает срок службы инструмента.
• Склонность к упрочнению при деформации и липкость сплава могут создавать длинные непрерывные стружки, запутывающие инструмент.
• Низкий модуль Юнга может вызывать дребезг и возврат пружины, приводящие к плохому качеству поверхности.

Опытные механики титана справляются с этими вызовами, используя правильную установку, правильные инструменты, баланс скорости резки и подачи и фрезерные техники.

Титановый регулируемый горный велосипедный дропаут (изображение любезно предоставлено Paragon Machine Works)

Выбор и использование инструментов

Правильный выбор инструментов и забота о них фундаментальны в производстве точно размерных компонентов с высококачественными отделками. Это может быть достигнуто путем соблюдения следующих рекомендаций:

• Поддерживайте острые режущие края. Тупые инструменты ведут к большему накоплению тепла, вызывают разрывы и производят плохую отделку поверхности.
• Используйте карбидные инструменты с покрытием физическим осаждением паров (PVD). Это покрытие сопротивляется липкости сплава и эффективно ломает длинные стружки.
• Применяйте высокоскоростную сталь или карбидные инструменты с покрытием титан-алюминий-нитрид. Они могут быть оптимальны для некоторых применений, помогая управлять высокими температурами, генерируемыми при резке, сопротивляясь «липкости» сплава и ломая длинные стружки.
• Рассмотрите использование мелкошагового или кукурузного инструмента. Геометрия инструмента, в этом случае увеличенное количество режущих краев, улучшает скорость удаления.

Твердость титана может вызвать дребезг инструмента, который портит отделку поверхности. Вы можете предотвратить это, обеспечивая надежный хват на титановой заготовке и жесткую установку станка.

Высокая скорость подачи

В целом, вы захотите поддерживать максимально возможную скорость подачи, которая произведет требуемое качество отделки. Рекомендации производителя инструментов, скорость шпинделя и нагрузка на стружку будут учитываться при расчете оптимальной скорости подачи. Как только инструмент начинает резать, избегайте прерываний. Держите инструмент в движении для предотвращения упрочнения при деформации, заклинивания и преждевременного износа инструмента.

Низкие скорости резки

Скорость резки влияет на накопление тепла в инструменте. Низкий RPM (оборотов в минуту), сопоставленный с более крупной нагрузкой на стружку, может помочь умеренять температуру инструмента. Коммерчески чистый титан терпит более высокие скорости, чем титановые сплавы. Техника также влияет на скорость резки. Например, полноразмерное пазование (180-градусное зацепление инструмента) требует низкой поверхностной скорости. Однако, уменьшая радиальное зацепление, вы также уменьшаете время, когда режущий край генерирует тепло, и увеличиваете время охлаждения. В результате, с меньшим радиальным зацеплением, вы можете увеличить скорость резки и поддерживать приемлемую температуру инструмента.

Охлаждающая жидкость критична

Учитывая проблемы с теплом, вовлеченные в механическую обработку титана, охлаждающая жидкость критична в производстве желаемой отделки. Широкое разнообразие водорастворимых охлаждающих жидкостей доступно для управления температурой, удаления стружек, защиты режущего края и продления его жизни. Высоконапорная подача охлаждающей жидкости требуется для эффективного удаления стружек. Некоторые фрезерные операции могут воспользоваться инструментами, доставляющими охлаждающую жидкость прямо к режущему краю через шпиндель.

Снижение стоимости механической обработки титана

В сравнении с механической обработкой распространенных металлов вроде стали и алюминия, уникальные свойства титана требуют гораздо более высокого уровня мастерства и знания взаимодействия между фрезерными инструментами и металлом для достижения требуемой отделки. Дополнительное время и внимание, требуемые для механической обработки титана, добавляются к уже более высоким затратам на титан и его сплавы.

Как альтернатива расходам на новый титан, многие мастерские используют верифицированные титановые остатки в своих производственных процессах. Industrial Metal Service специализируется на поставке пригодных титановых остатков мастерским в районе Сан-Франциско и за его пределами. Остатки верифицируются с использованием рентгенофлуоресцентной технологии для обеспечения класса титана. Мы также можем организовать резку титановых остатков по размеру, делая легче для вас немедленно начать процесс механической обработки. Мы обеспечиваем регулярную, надежную доставку по всему району Сан-Франциско и часто отправляем титан мастерским по всей стране, у которых нет локального поставщика металлов.