Мастерская обработка титана на станке с ЧПУ:советы, проблемы и марки материалов

Титан — замечательный материал для обработки на станках с ЧПУ. Он выдерживает высокие температуры и устойчив к химической коррозии. Кроме того, он легкий и обладает рядом других качеств, что делает его уникальным и желанным для производителей.

Титановые детали, обработанные на станках с ЧПУ, чрезвычайно долговечны, но обработка титана может быть сложной задачей из-за его высокой прочности на разрыв. В этой статье мы предоставим полезную информацию об обработке титана на станках с ЧПУ, о том, как правильно выбрать режущие инструменты для обработки титана, а также полезные советы для обеспечения успешной обработки.

Почему выбирают титан для обработки деталей на станках с ЧПУ?

Ключевые преимущества титана с ЧПУ как производственного материала включают его превосходную биосовместимость, высокую степень коррозионной стойкости и самое высокое соотношение прочности к весу среди всех металлов. Этот металл также обладает превосходной пластичностью и хорошей обрабатываемостью. Другие причины выбирать титан для обработки деталей на станках с ЧПУ включают в себя:

• Долговечность:Титан очень прочен и идеально подходит для изготовления деталей, обработанных на станках с ЧПУ, подвергающихся суровым или экстремальным условиям работы.
• Немагнитный:этот металл не имеет магнитных свойств. Он также обладает превосходной стойкостью к окислению, что делает его устойчивым к коррозийным воздействиям.
• Нетоксично:титан устойчив к коррозии, обладает высокой биосовместимостью и нетоксичными свойствами, что делает его идеальным для использования в медицинской промышленности.

Эти качества титана позволяют использовать его в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, медицинскую и автомобильную.

Проблемы, которые следует учитывать при обработке титана

Хотя титан с ЧПУ является отличным материалом для многих целей, производители часто сталкиваются с проблемами при его обработке. Эти проблемы включают в себя:

Высокая химическая активность и истирание

При обработке титановых сплавов некоторые газы могут вступать в реакцию с ними, что приводит к таким проблемам, как окисление поверхности и охрупчивание. Это может ослабить компоненты и снизить их коррозионную стойкость.

Кроме того, этот металл имеет низкий модуль упругости по сравнению с его высокой прочностью, что делает его липким материалом для механической обработки. Будучи липким, титан может прилипнуть к режущему инструменту с ЧПУ, что приведет к выходу из строя и повреждению. Помимо повреждения инструмента, истирание часто ухудшает качество поверхности титана.

Нагрев и силы резания

Поддержание низкой температуры при обработке титана — одна из самых сложных задач. Причина в том, что титан имеет низкую теплопроводность, из-за чего металлическая заготовка нагревается там, где обработка осуществляется быстро. Он изнашивается быстрее и может отрицательно повлиять на качество поверхностей резания, если с ним не обращаться, особенно при обработке более твердых титановых сплавов.

Использование большей загрузки стружки и более низкой частоты вращения на станке с ЧПУ имеет важное значение для этих более прочных титановых сплавов. СОЖ под высоким давлением также может помочь вашим режущим инструментам работать более эффективно и создавать титановые детали более высокого качества.

Кроме того, титановые сплавы требуют высоких сил резания, что затрудняет их резку. Эти силы резания часто вызывают износ инструмента, выход из строя деталей и высокую вибрацию, что, как следствие, влияет на качество продукции и качество поверхности.

Остаточные и упрочняющие напряжения

Из-за своей кристаллической структуры титановые сплавы не очень гибкие, что может привести к проблемам при механической обработке. Их кристаллическая структура может увеличивать силу резания во время обработки, снижая простоту обработки и увеличивая вероятность образования остаточных напряжений. Из-за этого напряжения поза может искривиться, треснуть или продержаться меньше времени.

Полезные советы по обработке титана

Многие механические мастерские не решаются работать с этим передовым материалом из-за трудностей обработки титана. Однако из-за его исключительных качеств многие производители предпочитают использовать титан для производства высококачественных деталей. К счастью, опытные станки с ЧПУ и производители инструментов разработали полезные советы по станкам из титана.

Надежно закрепите детали

Все, что вы можете сделать, чтобы уменьшить вибрацию, облегчит обработку титана, поскольку титан уже склонен создавать вибрацию инструмента. Чтобы избежать прогиба заготовки, надежно закрепляйте детали. Кроме того, используйте первоклассные станки с ЧПУ с чрезвычайно жесткой оснасткой. Чтобы свести к минимуму отклонение инструмента, вы можете даже рассмотреть возможность использования более коротких режущих инструментов.

Выберите правильный режущий инструмент

В связи с растущим спросом на титан производители инструментов разрабатывают новые стратегии повышения обрабатываемости титана. Режущие инструменты с покрытиями из карбонитрида титана (TiCN) или термостойкого нитрида титана-алюминия (TiAlN) служат дольше.

В целом, станочникам следует выбирать титановые инструменты высшего качества, регулярно проверять и заменять изношенное оборудование. Кроме того, рассмотрите возможность использования инструмента меньшего диаметра и с большим количеством режущих кромок, чтобы обеспечить постоянную скорость удаления заготовки и ограничить перегрев.

Учитывайте параметры резки

При обработке титана необходимо осторожно использовать контроль температуры. Нанесение постоянной охлаждающей жидкости под высоким давлением, направленной на область разреза, является одним из наиболее простых способов сохранить заготовку и инструмент в прохладном состоянии. Стружка не прилипнет к вашим обрабатывающим инструментам, если вы выдуете их из области разреза.

Кроме того, при работе с титаном крайне важно учитывать скорость подачи, скорость вращения шпинделя и нагрузку на стружку. Это влечет за собой ограничение нагрузки на инструменты и оборудование и избежание слишком длительного пребывания на одном месте. Альтернативная стратегия резания, такая как увеличение глубины осевого резания при уменьшении радиального зацепления, также может быть полезной для повышения эффективности резания и снижения температуры обработки.

Предотвратите перегрев с помощью системы охлаждения высокого давления

Титановая обработка требует, чтобы очень маленький процент радиуса инструмента касался, сверхострая и очень небольшая подача на зуб. Но это приведет к тому, что тепло будет трудно удалить из рабочей зоны. Если его оставить, это в конечном итоге испортит наши режущие инструменты, а тепловые эффекты затруднят соблюдение допусков. Поэтому при резке титана используйте наилучшую возможную систему подачи СОЖ.

Эффективным помощником является система охлаждения под высоким давлением. Шпиндель также может быть необходим, в зависимости от применения. Увеличение концентрации охлаждающей жидкости также может оказаться полезным при работе с титаном.

Различные марки титана для обработки на станках с ЧПУ

Существуют различные марки титана и типы титановых сплавов, каждый из которых имеет свое идеальное применение, достоинства и недостатки. Давайте рассмотрим эти оценки подробно.

Класс 1 (чистый титан с низким содержанием кислорода)

Среди наиболее часто используемых типов титана это самый мягкий и пластичный титановый сплав. Титан класса 1 обладает превосходной обрабатываемостью, ударной вязкостью, коррозионной стойкостью и пластичностью. С другой стороны, его прочность ниже, чем у других сортов титана. Эта марка находит применение в медицинской, автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Класс 2 (чистый титан со стандартным содержанием кислорода)

Его еще называют «рабочая лошадка». Он обладает высокой коррозионной стойкостью, прочностью, формуемостью, свариваемостью, пластичностью и низкой прочностью. Титан 2-го класса находит применение в медицинской и аэрокосмической промышленности для производства авиационных двигателей.

Класс 3 (чистый титан со средним содержанием кислорода)

Хотя этот титан не так популярен в коммерческом отношении, как титаны классов 1 и 2, он обладает хорошими механическими свойствами. Он обладает высокой коррозионной стойкостью, а также обрабатываемостью и прочностью. Он находит применение в медицинской, морской и аэрокосмической промышленности.

Класс 4 (чистый титан с высоким содержанием кислорода)

Эта марка титана обладает высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Однако его нелегко обрабатывать, часто требуется большое количество СОЖ и высокая скорость подачи. Титан 4-го класса находит применение в криогенных сосудах, оборудовании CPI, деталях планера, теплообменниках и т. д.

Все вышеперечисленные классы 1–4 представляют собой чистый титан, следующий раздел посвящен различным маркам титанового сплава.

Класс 5 (Ti6Al4V)

Титановый сплав Grade 5 содержит 4% ванадия и 6% алюминия. Он не такой прочный, как другие сплавы, но обладает высокой коррозионной стойкостью и пластичностью. Он идеально подходит для производства электроэнергии, морского и морского применения, а также для критически важных конструкций планера.

6 класс (Ти 5 Ал-2,5Сн)

Эта марка титана обладает хорошей стабильностью, прочностью и свариваемостью, особенно при высоких температурах, что дает возможность их применения в производстве планеров и реактивных двигателей.

7 класс (Ti-0,15Pd)

Эта марка титана аналогична марке 2, с той лишь разницей, что в ней содержится палладий, добавленный для повышения его коррозионной стойкости. Титановый сплав Grade 7 обладает превосходной формуемостью и свариваемостью. Он идеально подходит для использования в производстве химического технологического оборудования.

11 класс (Ti-0,15Pd)

Титан марки 11 очень похож на титан марки 7. Однако он более пластичен и менее устойчив к другим примесям. Он имеет более низкую прочность, чем класс 7, и находит применение в морской промышленности и промышленности по производству хлоратов.

Класс 12 (Ti0.3Mo0.8Ni)

Титан 12-го класса довольно дорогой и содержит 0,8% никеля и 0,3% молибдена, что придает ему отличную свариваемость, прочность при высоких температурах и коррозионную стойкость. Он находит применение в кожухах и теплообменниках, морских и авиационных компонентах и т. д.

23 класс (T6Al4V-ELI)

Титан марки 23, также известный как сверхнизко междоузельный или TAV-EIL, обладает свойствами, аналогичными свойствам марки 5, но является более чистым. Он обладает хорошей вязкостью разрушения, биосовместимостью и плохой относительной обрабатываемостью. Он находит применение в производстве ортопедических штифтов, винтов, хирургических скоб и ортодонтических приспособлений.

Как правильно выбрать режущие инструменты для обработки титана？

Использование любого режущего инструмента при обработке титана на станке с ЧПУ обычно является плохой идеей. Вот как правильно выбрать режущие инструменты для фрезерования титана или при использовании других методов обработки с ЧПУ.

Учитывайте количество канавок режущего инструмента

Вам необходимо увеличить количество канавок концевой фрезы, чтобы сократить время цикла изготовления изделия. Для титана больше зубьев означает меньше вибраций. Например, 10-зубая концевая фреза, выдерживающая стружку и идеально подходящая для большинства материалов, идеально подходит для обработки титана. В первую очередь это связано с необходимостью уменьшения радиальных зацеплений.

Избегайте прерывистых резов и сохраняйте остроту режущей кромки

Благодаря низкому модулю Юнга титан прочный и эластичный. Это значит, что чтобы качественно и без трения удалить стружку с поверхности, нам понадобится острый инструмент.

По возможности избегайте прерывистой резки, так как она может забить стружку в инструменты с острыми кромками, что может привести к преждевременному выходу инструмента из строя.

Учитывайте покрытие режущего инструмента

Покрытия могут значительно улучшить способность вашего инструмента выдерживать тепло, выделяемое титаном. TiAlN (нитрид титана и алюминия) — подходящее покрытие, на которое следует обратить внимание. Оно придает смазывающую способность для борьбы с наростами на кромках, истиранием и образованием стружки и особенно хорошо подходит для температур, возникающих при механической обработке.

Попробуйте фрезы с высокой подачей при обработке титана

Фрезы с высокой подачей подходят для снижения зацепления при работе с титаном в осевом и радиальном направлении. Эти инструменты специально созданы для эффективного выполнения этой задачи.

Чистота поверхности обработанных титановых деталей

Ряд методов отделки поверхности, включая полировку титана, может улучшить титановые изделия, обработанные на станках с ЧПУ, по функциональным и эстетическим причинам. Эти виды отделки поверхности включают в себя:

• Полировка
• Анодирование
• Хромирование
• Порошковое покрытие
• PVD-покрытие
• Расчесывание

Применение деталей из титана

Детали, обработанные из титана, долговечны, устойчивы к коррозии и эстетичны. Эти качества дают им применение в самых разных отраслях.

Морская/военно-морская промышленность

По сравнению с большинством встречающихся в природе металлов титан обладает более высокой коррозионной стойкостью. Такое сопротивление делает его идеальным для производства гребных валов, подводной робототехники, такелажного оборудования, шаровых кранов, судовых теплообменников, трубопроводов пожарных систем, насосов, облицовок выхлопных труб и бортовых систем охлаждения.

Аэрокосмическая отрасль

Благодаря своим многочисленным качествам титан является востребованным материалом в аэрокосмической промышленности. Эти качества включают в себя высокое соотношение прочности и веса, исключительную устойчивость к коррозии и способность работать в чрезвычайно жарких условиях. Титановые детали в аэрокосмической промышленности включают компоненты седел, компоненты турбин, валов, клапанов, корпусов и деталей фильтров, а также детали для систем генерации кислорода.

Автомобилестроение

В автомобильном секторе титан и алюминий являются постоянным спором, причем алюминий имеет преимущество благодаря своей доступности и экономической эффективности. Тем не менее, титан по-прежнему используется в производстве автомобильных деталей. Основное применение титана и его сплавов в автомобилестроении — производство клапанов, клапанных пружин, фиксаторов, стопорных кронштейнов автомобилей, подвесных гаек, поршневых пальцев двигателей, пружин подвески, поршней тормозных суппортов, коромыслов двигателей и шатунов двигателей внутреннего сгорания.

Медицина и стоматология

В медицинской промышленности титан находит несколько применений благодаря его высокой коррозионной стойкости, низкой электропроводности и физиологическим значениям pH. Детали из титана, используемые в медицинской промышленности, включают конические, прямые или самонарезающие костные винты, винты для зубных имплантатов, краниальные винты для систем черепной фиксации, стержни для фиксации позвоночника, соединители и пластины, ортопедические штифты и т. д.

Выберите WayKen для обработки титановых деталей

WayKen — профессиональная компания по механической обработке с ЧПУ, специализирующаяся на обработке титана. Мы предлагаем высококачественные услуги по обработке титана с ЧПУ для различных отраслей промышленности по очень конкурентоспособным ценам. Благодаря 5-осевой обработке и прецизионному станочному оборудованию наша команда дизайнеров и инженеров всегда готова принять и обработать ваш заказ в кратчайшие сроки, сокращая время выхода на рынок.

Заключение

Титан и его сплавы требуют тщательной механической обработки для оптимального производства деталей. Это металл, сильно отличающийся от своих аналогов, таких как сталь и латунь. Это требует использования правильных инструментов, опыта и терпения. Вот почему зачастую лучше поручить проекты обработки титана с ЧПУ таким профессионалам, как WayKen, которые гарантируют высокое качество и точность деталей.

Часто задаваемые вопросы

Титан труднее обрабатывать, чем сталь?

Титан труднее обрабатывать, чем сталь, в первую очередь из-за его высокой температуры плавления. Он также очень податлив и часто растягивается, прежде чем сломаться, что затрудняет обработку.

Какова скорость подачи при фрезеровании титана?

При работе с титаном эту пластину следует резать со скоростью от 40 до 150 м/мин со скоростью подачи от 0,03 до 0,15 мм на зуб.

Как снять напряжение с титана после механической обработки?

Методы снятия напряжений можно использовать с титановыми сплавами без ущерба для их пластичности и прочности. Поковки производятся путем нагрева металла до температуры от 595 до 705 °C (от 1100 до 1300 °F) в течение одного-двух часов перед охлаждением на воздухе.