CNC-bewerking van titanium: ontwerptips, uitdagingen en oplossingen

Titanium bewerking

Titanium is een sterk, lichtgewicht (lage dichtheid) en taai materiaal. Het presteert goed in hete omgevingen en is bestand tegen corrosie. Deze eigenschappen maken het geschikt voor onderdelen of componenten zoals ventilatorbladen, vliegtuigrompen en landingsgestellen, evenals medische implantaten zoals Heupgewrichten, tandimplantaten en botplaten.

Echter, lasersnijden van titanium en titanium bewerking Dit brengt aanzienlijke uitdagingen met zich mee. Het houdt warmte vast in de buurt van snijgereedschappen; daardoor veroorzaakt een slechte warmteafvoer snelle slijtage van het gereedschap en beschadiging van de snijkant. Het materiaal reageert ook met gereedschappen. Dit resulteert vaak in een slechte oppervlakteafwerking. Tijdens het snijden verhardt titanium plaatselijk, waardoor de snijweerstand toeneemt.

At Proleaanse technologieWe passen gecontroleerde bewerkingsstrategieën toe om deze uitdagingen het hoofd te bieden. We optimaliseren snelheden, voedingen en gereedschapspaden om warmteontwikkeling te beperken. Onze zorgvuldige gereedschapsselectie vermindert chemische reacties en voortijdige gereedschapsslijtage. Zo leveren we altijd stabiele bewerkingsresultaten en een consistente nauwkeurigheid van de onderdelen.

Dit artikel behandelt veelvoorkomende onderwerpen. titanium bewerking Problemen en praktische oplossingen, samen met de beschikbare kwaliteiten en bewerkingstechnieken. Lees dus verder.

Veelvoorkomende bewerkingskwaliteiten van titanium en hun eigenschappen

Titanium biedt een ruime keuze aan kwaliteiten, met bijna 40 ASTM-kwaliteiten en diverse speciale legeringen. Elk type heeft verschillende sterkte, gewicht en bewerkbaarheidseigenschappen. Bij de keuze van de juiste kwaliteit is het belangrijk om hier rekening mee te houden, aangezien dit een aanzienlijke invloed heeft op het resultaat van de bewerkingsprocessen.

ASTM F67 Grade 4 titanium staaf

Hieronder staan ​​enkele veelvoorkomende typen:

• Kwaliteit 1 tot en met 4 (commercieel zuiver titanium): Deze materialen bestaan ​​voornamelijk uit puur titanium met kleine variaties in sterkte. Ze zijn relatief gemakkelijk te bewerken en bieden een uitstekende corrosiebestendigheid.
• Graad 5 (Ti-6Al-4V of Ti 6-4): Titaan van klasse 5 bevat 6% aluminium en 4% vanadiumHoewel ze relatief licht van gewicht zijn, zijn dit de sterkste commerciële titaniumlegeringen en hebben ze superieure prestaties bij hoge temperaturen in vergelijking met commercieel zuiver titanium.
• Ti-5-5-5-3 (Russisch titanium): Deze legering heeft een ongeveer 30% hogere treksterkte dan Ti-6Al-4V. Vanwege de circa 50% lagere bewerkbaarheid wordt Ti-5-5-5-3 als moeilijker te bewerken beschouwd dan Ti-6Al-4V.
• Ti-407: Dit is een van de nieuwste titaniumlegeringen, speciaal ontwikkeld voor verbeterde bewerkbaarheid. Vergeleken met Ti-6Al-4V is Ti-407 gemakkelijker te bewerken.

Werkproces voor CNC-bewerking van titanium

Titanium zwart geanodiseerde bevestigingsmiddelen

Omdat titanium een ​​zeer sterk en hittebestendig metaal is dat kan reageren met snijgereedschap, moeten bewerkingsprocessen zorgvuldig worden gepland. Hoge temperaturen, in combinatie met trillingen van het gereedschap, kunnen snijgereedschap snel aantasten of het werkstuk beschadigen. Het proces kan echter worden vereenvoudigd door de volgende praktische stappen te volgen:

• Kies het juiste snijgereedschap: Bij de bewerking van titanium ontstaat tijdens het snijden een hoge temperatuur, waardoor het gekozen gereedschap bestand moet zijn tegen de hardheid en de hoge temperatuur. Gecoate gereedschappen van snelstaal of hardmetaal worden aanbevolen voor gebruik met titanium. Deze gereedschappen bieden een grotere snijdiepte en een kleinere kans op afbrokkeling en beschadiging van het werkstuk.
• Gebruik gereedschapscoating: Gereedschapscoatings worden gebruikt om warmteontwikkeling te beheersen en de interactie van het gereedschap met het te bewerken titanium te minimaliseren. Titaanaluminiumnitride (TiAlN) Dit is de meest gebruikte coating op bewerkingsgereedschappen. Naarmate het gereedschap opwarmt, vormt de coating een beschermende laag die warmte overdraagt ​​aan de spanen, waardoor het risico op beschadiging van het gereedschap wordt verminderd.
• Zorg voor een stabiele installatie: Titanium kan tijdens het bewerken buiggedrag vertonen. Dit resulteert vaak in ongewenste trillingen en ratelen. Door een grote frees te gebruiken en de gereedschapsoverhang te minimaliseren, worden de stijfheid en stabiliteit verbeterd. Het aanhouden van een constante voedingssnelheid en het vermijden van abrupte snelheidsveranderingen vermindert trillingen en minimaliseert extra slijtage aan het gereedschap.
• Regel de voeding en snelheid: Een geoptimaliseerde aanvoersnelheid en snijsnelheid zijn nodig om overmatige warmteontwikkeling te voorkomen op plaatsen waar het snijgereedschap vertraagt ​​of stopt, bijvoorbeeld in hoeken. Een te hoge aanvoersnelheid en/of snijsnelheid kunnen echter bijdragen aan de verharding van het titanium. Door gelijkmatige bewegingen te maken, in combinatie met een constante snelheid en aanvoersnelheid, wordt de oppervlaktekwaliteit verbeterd en de levensduur van het gereedschap verlengd.

CNC-bewerkingstechnieken voor titanium

Titanium is een unieke combinatie van hoge sterkte, lichtheid en corrosiebestendigheid, waardoor het optimaal geschikt is voor de lucht- en ruimtevaart, de medische sector en de industrie. De hardheid en hittebestendigheid maken het echter extreem moeilijk te bewerken. 

Het gebruik van de juiste technieken, gereedschappen en bewerkingsvloeistoffen is daarom cruciaal om ervoor te zorgen dat nauwkeurige onderdelen worden geproduceerd, terwijl gereedschapslijtage wordt geminimaliseerd en de bewerkingsefficiëntie wordt geoptimaliseerd. (Lees ook) titanium plaatbewerking)

Titanium slijpen

Slijpen van titaniumflenzen

Slijpen wordt gebruikt om kleine hoeveelheden materiaal van titanium te verwijderen en het oppervlak te verfijnen en te polijsten. Omdat titanium hard is, zijn diamantgecoate of speciale schuurmiddelen nodig. CNC-slijpen heeft de voorkeur boven handmatig slijpen vanwege de precisie en consistente resultaten. 

Slijpen wordt voornamelijk gebruikt voor turbineassen, ruimtevaartbeugels en medische heup- of tandheelkundige implantaten, waar gladde oppervlakken en nauwe maattoleranties cruciaal zijn.

CNC-boren van titanium

CNC-boren van titanium

Boren wordt gebruikt om gaten te maken in titanium staven, buizen en constructieonderdelen. Titanium heeft een lage warmtegeleidingscoëfficiënt, waardoor er aanzienlijke warmte vrijkomt tijdens het boren. Daarom wordt er langzaam geboord met voldoende smering om wrijving te verminderen. Er worden doorgaans snelstaal- of hardmetalen boren gebruikt om afbrokkeling te voorkomen. 

Het is bij voorkeur geschikt voor de productie van bevestigingsmiddelen voor de lucht- en ruimtevaart, schroefgaten voor medische implantaten en componenten voor de defensie- en automobielindustrie.

CNC-frezen van titanium

Titanium frezen

Bij het frezen van titanium wordt een roterend snijgereedschap gebruikt om materiaal van een werkstuk te verwijderen. Dit wordt toegepast om complexe vormen met een glad oppervlak te creëren. Titanium kan tijdens het frezen afbrokkelen of barsten. Daarom worden voor het frezen van titanium over het algemeen hardmetalen of diamantgecoate frezen gebruikt. Het frezen moet met gecontroleerde aanvoersnelheden en toerentallen gebeuren om overmatige warmteontwikkeling en vervorming te voorkomen. 

Onderdelen zoals motorsteunen voor de ruimtevaart, turbinebladen, mallen, matrijzen en medische platen zijn voorbeelden van onderdelen die met deze techniek worden vervaardigd.

Titanium tappen

Titanium tapgereedschap

Bij het tappen wordt inwendige schroefdraad in titanium onderdelen gevormd. Naast de hoge sterkte zorgt de lage warmtegeleiding van titanium voor extra warmteontwikkeling en slijtage tijdens het tappen. Daarom worden doorgaans hardmetalen of snelstaal tappen gebruikt in combinatie met snijvloeistoffen. Door de snelheid te beheersen en voldoende smering toe te passen om wrijving te minimaliseren, wordt het risico op tapbreuk verkleind en de levensduur van het gereedschap verlengd. 

Luchtvaartbehuizingen, auto-onderdelen en fittingen met schroefdraad die hoge sterkte en nauwkeurige schroefdraad vereisen, zijn voorbeelden van onderdelen die met deze techniek worden vervaardigd.

Titanium tekening

Trekken is een techniek die wordt gebruikt om titanium tot draad, staaf of langwerpige onderdelen te vormen. De hoge sterkte en werkverharding kunnen het vormen van het materiaal bemoeilijken; daarom worden smeermiddelen gebruikt om wrijving te minimaliseren en de temperatuur te reguleren. Medische draden, ruimtevaartstaven en fijne elektronische componenten zijn voorbeelden van onderdelen die van deze techniek gebruikmaken.

Titaniumbewerking: uitdagingen en oplossingen

Titanium biedt voordelen zoals hoge sterkte en een laag gewicht; het kan echter lastig te bewerken zijn. Inzicht in de belangrijkste uitdagingen helpt bij het beschermen van uw gereedschap en het verbeteren van de bewerkingsprocessen.

Werkhouding

Titanium is flexibeler dan andere metalen en kan daardoor tijdens het bewerken vervormen of bewegen. Een stevige bevestiging en een stabiele machine-instelling zijn daarom essentieel. Het vastzetten van het gereedschap in gaten of nabij de wanden van het werkstuk kan leiden tot wrijving, warmteontwikkeling en verhoogde slijtage. Een constante beweging van het gereedschap verbetert de snijprestaties.

Warmteopwekking

Door de slechte warmtegeleiding van titanium wordt het grootste deel van de warmte die tijdens bewerkingsprocessen ontstaat, door het gereedschap geabsorbeerd. Hardere titaniumlegeringen verergeren dit probleem. Door de snelheid te verlagen en koelvloeistof toe te passen, kan de warmteontwikkeling worden verminderd en uitharding van het titanium worden voorkomen.

Vratende en opgebouwde rand

Titanium heeft de neiging om aan snijgereedschappen te blijven kleven. Dit kan de bewerkingsprocessen negatief beïnvloeden en het gereedschap beschadigen. Dit wordt ook wel vreten of opbouw van materiaal aan de snijkant genoemd. Door voldoende koelvloeistof te gebruiken, het gereedschap constant in beweging te houden en spanen te verwijderen, kan vreten over het algemeen worden voorkomen en kunnen schone sneden worden behouden.

Effectief titanium bewerken: nuttige tips en aandachtspunten

Zoals eerder besproken, brengt de bewerking van titanium uitdagingen met zich mee vanwege de hoge sterkte en hittebestendigheid. Door een paar basisrichtlijnen te volgen, kunt u uw gereedschap beschermen, de warmteontwikkeling verminderen en onderdelen van hogere kwaliteit produceren.

Houd de temperatuur laag.

Titanium is een slechte warmtegeleider. Daarom wordt het grootste deel van de warmte die tijdens het bewerken van titanium ontstaat, door het gereedschap geabsorbeerd. De gegenereerde warmte kan het gereedschap snel bot maken en wrijving verhogen, wat leidt tot verdere warmteontwikkeling. 

Bovendien kan hitte de rand van het werkstuk verharden, waardoor het steeds moeilijker te bewerken wordt. Door voldoende koelvloeistof te gebruiken, wordt de temperatuur verlaagd en wordt verharding van het werkstuk voorkomen.

In- en uitgang soepel.

Het abrupt in- of uitsnijden van een snede kan het gereedschap en het werkstuk beschadigen. Door het gereedschap geleidelijk in de snede te bewegen, wordt de druk langzaam opgebouwd. Door constant in dezelfde richting te snijden (van dik naar dun materiaal) en een constante snijsnelheid aan te houden, wordt de schok voor het gereedschap verminderd.

Gebruik scherpe gereedschappen

Scherpe snijgereedschappen zijn essentieel voor een efficiënte bewerking van titanium. Botte gereedschappen genereren overmatige warmte en slijten snel. Het slijpen van gereedschappen kan het bewerkingsproces en de snijkwaliteit verbeteren, terwijl de levensduur van het gereedschap wordt verlengd.

Geef gereedschap de ruimte om af te koelen.

Door de diameter van het gereedschap te verkleinen en voldoende ruimte tussen de sneden te behouden, kan lucht en koelvloeistof de snijkant van het gereedschap bereiken. Dit helpt het gereedschap koel te houden en warmteontwikkeling te verminderen. Het aanhouden van een constante aanvoersnelheid en snijsnelheid voorkomt overmatige warmteontwikkeling en bevordert een soepele snede.

Voorkomen van vreten

Titanium heeft de neiging om aan snijgereedschappen te hechten, waardoor vreten of herlassen aan de randen ontstaat. Het slijpen van de gereedschappen en het aanbrengen van smering verminderen de effecten van vreten. Minder vreten beschermt zowel het gereedschap als het werkstukoppervlak.

Controle-afschilfering

Spanen aan de snijkant ontstaan ​​wanneer het metaal aan het snijgereedschap blijft kleven. Dit kan leiden tot beschadiging van het gereedschap en een verminderde snijkwaliteit. Door scherpe snijgereedschappen en bewerkingsvloeistoffen te gebruiken, worden spanen aan de snijkant geminimaliseerd en wordt een schonere en nauwkeurigere snede verkregen.

Bewerking van titanium versus aluminium Vs Staal 

CNC-gefreesde titaniumproducten

Titanium is lichter en sterker dan staal en beter bestand tegen hitte dan aluminium. Het is ook beter bestand tegen corrosie dan beide metalen. Hier is een eenvoudige vergelijking:

Tabel 1: Titanium versus staal Vs Aluminiumbewerking

Krijg precisiebewerking van titanium van Prolean Tech.

Bij Prolean Tech leveren we titanium. CNC-bewerkingsdiensten voor sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en de medische sector. Wij werken met titaniumlegeringen zoals Kwaliteit 5 (Ti 6Al-4V) en andere speciale kwaliteiten voor het maken van precieze onderdelen. We produceren nauwkeurige titanium onderdelen met nauwe toleranties (±0.0002”), kleine details (0.5 mm), dunne wanden (0.8 mm), gladde oppervlakken (Ra 125+) en complexe vormen zoals groeven, schroefdraad en ondersnijdingen.

Wij volgen ISO 9001:2015 en ISO 13485:2016 normen. Of u nu een enkel prototype of grootschalige productie nodig heeft, wij beschikken over de complete faciliteit en kunnen nauwkeurige onderdelen leveren die exact overeenkomen met het ontwerp. Neem vandaag nog contact met ons op of upload uw ontwerp en ontvang direct een offerte van onze ingenieurs.