Освоение ЧПУ обработки титана: советы, вызовы и марки материалов

Титан — замечательный материал для ЧПУ обработки. Он может выдерживать высокие температуры и устоен к химической коррозии. Кроме того, он легкий с несколькими другими качествами, делающими его уникальным и желательным для производителей.

Детали из титана, обработанные по ЧПУ,极其 долговечны, но обработка титана может быть сложной из-за его высокой предельной прочности на разрыв. В этой статье мы предоставим отличную информацию о ЧПУ обработке титана, как выбрать правильные режущие инструменты для обработки титана и полезные советы для обеспечения успешной обработки.

Почему выбирать титан для деталей ЧПУ обработки?

Ключевые преимущества титана ЧПУ как производственного материала включают его превосходную биосовместимость, высокую степень коррозионной стойкости и наивысшее соотношение прочность/вес среди металлов. Этот металл также обладает отличной вязкостью и хорошей механической обработкой. Другие причины выбора титана для деталей ЧПУ обработки включают:

• Долговечность: Титан высоко долговечен и идеален для производства деталей ЧПУ, подверженных суровым или экстремальным рабочим условиям.
• Немагнитный: Этот металл не имеет магнитных характеристик. Он также обладает отличной окислительной стойкостью, что делает его устойчивым к коррозионным силам.
• Нетоксичный: Титан коррозионно-стоен, имеет высокую биосовместимость и нетоксичные свойства, делая его идеальным для использования в медицинской отрасли.

Эти качества титана дают ему применение в различных отраслях, включая авиационную, медицинскую и автомобильную промышленность.

Вызовы, которые следует учитывать при обработке титана

Хотя ЧПУ титан — отличный материал для многих применений, производители часто сталкиваются с вызовами при его обработке. Эти вызовы включают:

Высокая химическая реактивность и залипание

При обработке титановых сплавов некоторые газы могут реагировать с ними, приводя к проблемам вроде поверхностного окисления и обеднения. 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 обработки. Будучи липким, титан может прилипать к режущему инструменту ЧПУ, приводя к поломке и повреждению. Помимо повреждения инструмента, залипание часто ухудшает качество поверхностной отделки титана.

Накопление тепла и режущие усилия

Поддержание низкой температуры при обработке титана — один из самых сложных вызовов. Причина в том, что титан имеет низкую теплопроводность, что заставляет металлическую заготовку накапливать тепло там, где инструмент работает быстро. Это быстрее изнашивает инструмент и может негативно повлиять на качество резаных поверхностей, если не управлять этим, особенно при обработке более твердых титановых сплавов.

Использование большей нагрузки на зуб и более низких оборотов на ЧПУ станке необходимо для этих более твердых титановых сплавов. Высоконапорная охлаждающая жидкость также может помочь вашим режущим инструментам работать эффективнее и создавать титановые детали более высокого качества.

Также титановые сплавы требуют высоких режущих усилий, что делает их трудными для резания. Эти режущие усилия часто вызывают износ инструмента, бракованные детали и высокую вибрацию, что влияет на качество продукта и поверхностную отделку.

Остаточные и закалочные напряжения

Из-за их кристаллической структуры титановые сплавы не экстремально гибки, что может привести к проблемам при обработке. Их кристаллическая структура может увеличивать режущее усилие при обработке, снижая легкость обработки и увеличивая шансы остаточных напряжений. Эти напряжения могут заставить позицию скрутиться, растрескаться или служить меньше времени.

Полезные советы для обработки титана

Многие машиностроительные цехи колеблются работать с этим передовым материалом из-за трудностей обработки титана. Однако благодаря его исключительным качествам многие производители выбирают титан для производства высококачественных деталей. К счастью, квалифицированные операторы ЧПУ и производители инструментов разработали полезные советы по обработке титана.

Надежно закрепляйте детали

Все, что вы можете сделать для уменьшения вибрации, облегчит обработку титана, так как титан уже склонен к возникновению дрожания инструмента. Чтобы предотвратить дефлекцию заготовки, надежно закрепляйте детали. Кроме того, используйте высококачественные ЧПУ станки с изключительно жесткими инструментальными комплектациями. Чтобы минимизировать дефлекцию инструмента, вы даже можете рассмотреть использование более коротких режущих инструментов.

Выбирайте правильный режущий инструмент

Из-за растущего спроса на титан, производители инструментов разрабатывают новые стратегии для повышения механической обработки титана. Режущие инструменты с покрытиями из титано-углеродитразнида (TiCN) или теплоустойчивого титано-алюминий-нитрида (TiAlN) могут служить дольше.

В целом, операторы должны выбирать титан-специфические инструменты высокого качества и регулярно инспектировать и заменять изношенное оборудование. Также рассмотрите использование инструмента с меньшим диаметром и большим количеством режущих кромок, чтобы помочь обеспечить стабильную скорость удаления материала, ограничивая накопление тепла.

Учитывайте параметры резания

Контроль температуры должен использоваться осторожно при обработке титана. Применение стабильного высоконапорного охлаждения, направленного на зону реза, — один из самых простых способов держать заготовку и инструмент прохладными. Стружка не прилипнет к вашим инструментам, если вы сдуете ее из зоны реза.

Кроме того, при работе с титаном критически важно учитывать ваши скорости подачи, шпиндельные скорости и нагрузки на зуб. Это влечет за собой ограничение напряжения на инструментах и оборудовании и избегание слишком долгого пребывания в одном месте. Альтернативная режущая стратегия, такая как увеличение осевой глубины резания при уменьшении радиального зацепления, также может быть стоит изучить для повышения резания эффективности и снижения температур обработки.

Предотвратите перегрев с помощью высоконапорной системы охлаждения

Финишная обработка титана требует очень крошечного процента радиуса инструмента быть в контакте, сверх-острый, очень маленький нагрузку на зуб. Но это приведет к тому, что тепло трудно удалить из рабочей зоны. Если оставить, оно в конечном счете испортит наши режущие инструменты, и тепловые эффекты сделают поддержание допусков сложным. Поэтому при резке титана используйте лучшую возможную настройку охлаждения.

Эффективная помощь — высоконапорная система охлаждения. Шпиндель также может быть необходим, в зависимости от приложения. Увеличение концентрации охлаждающей жидкости также может оказаться полезным при работе с титаном.

Различные марки титана для ЧПУ обработки

Существуют разные марки титана и типы титановых сплавов, каждый со своим идеальным применением, достоинствами и недостатками. Давайте рассмотрим эти марки в деталях.

Марка 1 (Чистый титан с низким содержанием кислорода)

Среди наиболее часто используемых типов титана, эта самая мягкая и вязкая титановый сплав. Марка 1 титана имеет отличную механическую обработку, ударную вязкость, коррозионную стойкость и кузнечную способность. С отрицательной стороны, она ниже по прочности по сравнению с другими марками титана. Эта марка находит применение в медицинской, автомобильной и авиационной отраслях.

Марка 2 (Чистый титан со стандартным содержанием кислорода)

Это также известно как рабочая лошадка титан. Она имеет высокую коррозионную стойкость, прочность, кузнечную способность, сварную способность, вязкость и низкую прочность. Марка 2 титана находит применение в медицинской и авиационной отраслях для производства авиационных двигателей.

Марка 3 (Чистый титан со средним содержанием кислорода)

Хотя не такая коммерчески популярная, как марки 1 и 2, этот титан имеет хорошие механические свойства. Он имеет высокую коррозионную стойкость, а также механическую обработку и прочность. Находит применение в медицинской, морской и авиационной отраслях.

Марка 4 (Чистый титан с высоким содержанием кислорода)

Эта марка титана имеет высокую прочность и коррозионную стойкость. Однако ее не легко обрабатывать, часто требуя больших количеств охлаждающей жидкости и скорости подачи. Марка 4 титана находит применение в криогенических сосудах, оборудовании CPI, компонентах авиаRAME, теплообменниках и т.д.

Вышеуказанные Марки 1-4 — все чистый титан, следующий раздел о разных марках титанового сплава.

Марка 5 (Ti6Al4V)

Марка 5 титанового сплава содержит 4% ванадия и 6% алюминия. Она не такая прочная, как другие сплавы, но имеет высокую коррозионную стойкость и кузнечную способность. Идеальна для энергетики, морских и оффшорных приложений и критических авиаRAME структур.

Марка 6 (Ti 5 Al-2.5Sn)

Эта марка титана имеет хорошую стабильность, прочность и сварную способность, особенно при высоких температурах, что дает им применение в производстве авиаRAME и реактивных двигателей.

Марка 7 (Ti-0.15Pd)

Эта марка титана похожа на марку 2, с единственной разницей в ее содержании палладия, добавленном для улучшения коррозионной стойкости. Титановый сплав марки 7 имеет отличную кузнечную способность и сварную способность. Идеален для использования в производстве оборудования для химической переработки.

Марка 11 (Ti-0.15Pd)

Марка 11 титана довольно похожа на марку 7. Однако она более вязкая, с более низкой толерантностью к другим примесям. У нее более низкая прочность, чем у марки 7, и находит применение в морской и хлоратной производственной отрасли.

Марка 12 (Ti0.3Mo0.8Ni)

Марка 12 титана довольно дорога и содержит 0,8% никеля и 0,3% молибдена, давая ей отличную сварную способность, прочность при высоких температурах и коррозионную стойкость. Находит применение в корпусах и теплообменниках, морских и авиационных компонентах и т.д.

Марка 23 (T6Al4V-ELI)

Также известная как сверхнизкий интерстициальный или TAV-EIL, марка 23 титана разделяет похожие свойства с маркой 5, но чище. У нее хорошая вязкость на разлом, биосовместимость и плохая относительная механическая обработка. Находит использование в производстве ортопедических штифтов, винтов, хирургических скоб и ортодонтических приспособлений.

Как выбрать правильные режущие инструменты для обработки титана?

Использование любого режущего инструмента при ЧПУ обработке с титаном обычно плохая идея. Вот как выбрать правильные режущие инструменты для фрезерования титана или при использовании других ЧПУ технологий.

Учитывайте количество зубьев режущего инструмента

Вы должны увеличить количество зубьев концевой фрезы для получения времени цикла продукта. Для титана больше зубьев равно меньше дрожания. Например, 10-зубевая концевой фрезой, хотя тесная для нагрузок на зуб, идеальных для большинства материалов, идеальна для использования с титаном. Это в основном связано с необходимостью снижения радиального зацепления.

Избегайте прерывистых резов и держите режущий край острым

Из-за низкого модуля Юнга титан прочный и эластичный. Это означает, что для эффективного и без трения удаления стружки с поверхности нам нужен острый инструмент.

Избегайте прерывистых резов насколько возможно, так как они могут вбивать стружку в ваши острокраевые инструменты, возможно приводя к раннему отказу инструмента.

Учитывайте покрытие режущего инструмента

Покрытия могут значительно улучшить способность вашего инструмента выдерживать тепло, производимое титаном. TiAlN (Титановый Алюминиевый Нитрид) — подходящее покрытие для рассмотрения. Оно придает смазывающие свойства для борьбы с наростами на краях, залипанием и сваркой стружки и особенно хорошо подходит для температур, переживаемых при обработке.

Попробуйте высокоподвижные фрезы при обработке титана

Высокоподвижные фрезы подходят для поддержания низкого зацепления при работе с осево и радиально титаном. Эти инструменты специально сделаны для эффективного выполнения этой задачи.

Поверхностные отделки для механически обработанных деталей из титана

Разнообразие технологий поверхностной отделки, включая полировку титана, может улучшить продукты из титана, обработанные по ЧПУ, для функциональных и эстетических причин. Эти поверхностные отделки включают:

• Полировка
• Анодирование
• Хромирование
• Порошковое покрытие
• PVD покрытие
• Щетинование

Применение механически обработанных деталей из титана

Детали из титана, обработанные механически, долговечны, коррозионно-стойки и эстетичны. Эти качества дают им применение в различных отраслях.

Морская/Военно-морская отрасль

По сравнению с большинством естественно встречающихся металлов, титан имеет более высокую коррозионную стойкость. Это сопротивление делает его идеальным для производства валов пропеллеров, подводной робототехники, риггингового оборудования, шаровых клапанов, морских теплообменников, трубопроводов противопожарных систем, насосов, обмуровки выхлопных труб и систем охлаждения на борту.

Авиация и космонавтика

Благодаря своим многочисленным желательным качествам титан — востребованный материал в авиакосмической отрасли. Эти качества включают его высокое соотношение прочность/вес, выдающуюся устойчивость к коррозии и способность в экстремально горячих средах. Детали из титана в авиакосмической отрасли включают компоненты сидений, компоненты турбин, вал, клапан, корпус и фильтрующие детали, а также детали для систем генерации кислорода.

Автомобильная промышленность

В автомобильном секторе титан против алюминия — вечный спор, где алюминий имеет преимущество благодаря своей доступности и экономичности. Тем не менее, титан все еще находится в производстве автомобильных деталей. Основные автомобильные применения титана и его сплавов — производство в клапанах, пружинах клапанов, удерживателях, кронштейнах остановки автомобиля, гайках подвески, пальцах поршней двигателя, подвесных пружинах, поршнях тормозных зажимов, качателях двигателя и шатунах двигателей внутреннего сгорания.

Медицинская и стоматологическая

Медицинская отрасль находит несколько применений для титана благодаря его высокой коррозионной стойкости, низкой электрической проводимости и физиологическим pH значениям. Детали из титана, используемые для медицинской отрасли, включают конические, прямые или саморезающие костные винты, стоматологические имплантные винты, черепные винты для систем черепной фиксации, спинальные фиксационные стержни, соединители и пластины, ортопедические штифты и т.д.

Выберите WayKen для обработки деталей из титана

WayKen — экспертная ЧПУ компания, с большой специализацией на обработке титана. Мы предлагаем высококачественные услуги ЧПУ обработки титана отраслям по высококонкурентоспособным ценам. С 5-осевой обработкой и точным станочным оборудованием, 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 обработки для оптимального производства деталей. Это металл, сильно отличающийся от своих аналогов вроде стали и латуни. Он требует использования правильных инструментов, экспертизы и терпения. Именно поэтому часто лучше аутсорсить проекты ЧПУ обработки титана профессионалам вроде WayKen, которые гарантируют высококачественные детали с точностью.

Часто задаваемые вопросы

Титан труднее обрабатывать, чем сталь?

Титан труднее обрабатывать, чем сталь, в основном из-за его высокой температуры плавления. Он также очень ковкий и часто растягивается перед разрывом, делая его труднее для обработки.

Какова скорость подачи при фрезеровании титана?

При работе с титаном этот вставка должна резаться со скоростью 40–150 м/мин с нагрузкой на зуб 0,03–0,15 мм на зуб.

Как снять напряжения в титане после обработки?

Техники снятия напряжений можно использовать на титановых сплавах без ущерба для их вязкости или прочности. Ковки производятся нагреванием металла до температур между 595 и 705 °C (1100 и 1300 °F) на один-два часа перед охлаждением на воздухе.