CNC-töötlemise eksperdina on Hansheng Automationil laialdased kogemused titaani töötlemisel meie CNC-töötluskeskustes (ultra{0}}peegelviimistlusega ±0,002 mm täpsusega). Allpool on tutvustus titaaniga, mis on CNC-töötluseks sobiv materjal.
Mis on titaan?
Ti (aatomnumber 22) on hõbedane-valge siirdemetall, mis avastati 1790. aastal ja tööstusstati 1948. aastal. Titaani kõige olulisem omadus on selle allotroopsus: samal elemendil on oma sisemise kristallstruktuuri tõttu erinevad omadused. Näiteks alla 882 kraadi on sellel tihedalt-pakitud kuusnurkne struktuur (suurepärane plastilisus), samas kui üle 882 kraadi on sellel kere{8}}keskne kuubikujuline struktuur (suur tugevus). Alternatiivina saab legeerimisel selliste elementidega nagu Al, V ja Sn faaside suhet muuta, et luua erinevate omadustega titaanisulameid.
Millised on titaani tüübid (klassifitseeritud ISO/ASTM standardite järgi)?
| Kategooria | Tüüpilised hinded | Põhiomadused | Tüüpilised rakendused |
|---|---|---|---|
| Kaubanduslikult puhas titaan | JIS klassid 1-4 / ASTM klassid 1-4 | Purity >99%, tugevus suureneb hapnikusisaldusega (klass 1: kõige plastilisem; klass 4: kõrgeim tugevus) | Soojusvahetid (2. klass),{1}}madala temperatuuriga anumad (4. klass) |
| Alfa-titaani sulamid | 23. klass (Ti-6Al-4V ELI) | Single α-phase structure, high temperature resistance (>500 kraadi), suurepärane keevitatavus | Lennunduse konstruktsiooniosad, meditsiinilised implantaadid (23. klass) |
| Alfa + beeta titaanisulamid | 5. klass (Ti-6Al-4V, klassikaline klass) | Kahefaasiline-struktuur, tasakaalustatud kõikehõlmav jõudlus, tugevdamiseks{1}}kuumtöödeldud | Lennukite mootorite labad, autode kinnitusdetailid |
| Beeta-titaanisulamid | TB-seeria (nt Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn) | High strength (>1300 MPa), hea külmvormitavus, nõuab termilise stabiilsuse kontrolli | Vedrud, kosmosesõiduki kinnitusdetailid |
Millised on titaani omadused (võrreldes terase/alumiiniumiga)?
| Kinnisvara | Titaan (5. klass) | 304 roostevaba teras | 6061 Alumiinium | Rakenduse väärtus |
|---|---|---|---|---|
| Tihedus (g/cm³) | 4.47 | 7.9 | 2.7 | Kerge (43% kaalulangus võrreldes terasega) |
| Tõmbetugevus (MPa) | 950 | 515 | 276 | Eritugevus (212 MPa·cm³/g) on 2,7 korda suurem kui terasel |
| Elastsusmoodul (GPa) | 113.8 | 193 | 69 | Kerge painutada, sobib keerukate konstruktsioonide jaoks |
| Soojusjuhtivus (W/m·K) | 6.7 | 16.2 | 167 | Vajab termilise deformatsiooni vältimiseks{0}}kõrgsurvejahutust |
| Merevee korrosioonikiirus (mm/aastas) | <0.001 | 0.1-0.5 | 0.5-1.0 | Esimene valik laevavarustuse jaoks |
| Biosobivus | Ioonide leostumine puudub (ISO 5832) | Nõuab katte kaitset | Ei kohaldata | Ainult "biofiilne metall" ortopeediliste implantaatide jaoks |
Millised on titaani CNC töötlemise põhipunktid?
First, we need to understand the challenges of machining titanium. First, titanium's thermal conductivity is only one-third that of steel. This means that during machining, the material itself has low thermal conductivity, and heat is primarily concentrated on the cutting tool, resulting in high tool wear. Second, at high temperatures, it easily reacts with oxygen or nitrogen, causing overall performance changes. This requires the use of argon shielding or high-pressure coolant (>7 MPa). Lõpuks võib titaan ümbertöötlemisel deformeeruda, mis nõuab jäikade kinnitusdetailide ja lühikese -teraga lõikeriistade kasutamist, et tagada töötlemise terviklikkus.
CNC-töötlusprotsessi optimeerimine titaani jaoks
| Protsessi etapp | Parameetrid/lahendused | Eesmärgid |
|---|---|---|
| Tööriista valik | TiAlN-kattega karbiiditööriistad (teravad lõikeservad) | Vähendab tööriista nakkumist (titaani kleepuvus on 2 korda suurem kui terasel) |
| Lõikamiskiirus | Karestamine: 40-60 m/min; Viimistlus: 80-120 m/min | Kontrollige soojussisendit, et vältida lõõmutamise pehmenemist |
| Toitekiirus | 0,05–0,15 mm hamba kohta (30% madalam kui teras) | Vähendage lõikejõudu ja vibratsiooni |
| Jahutussüsteem | Internal coolant spindle + high-pressure coolant (>7 MPa, äärmusliku rõhu lisanditega) | Laastude loputus ja jahutamine, 200% pikem tööriista eluiga |
| Postitus-Töötlemine | Liivaprits (Ra 3-5 μm) + segatud happesöövitus (meditsiiniliste osade jaoks) | Parandage luude{0}}sidumisvõimet (ASTM F67 sertifikaat) |
Kas titaan on ohutu?
Materjaliteaduse ja inseneriteaduse professor Andrew Minow ütles: "Kui soovite väikseima kaaluga tugevaimat materjali, on selleks titaan. Kui saaksime, teeksime kõik titaanist." See räägib palju titaani ohutusest. Lisaks on titaan 100% bioühilduv. Looduslikult moodustunud TiO₂ passiveerimiskile (paksus 5-10 nm) selle pinnal isoleerib metalliioonid vabanemise eest ega ole allergiat tekitav. Kliinilised andmed näitavad, et titaanimplantaatide 5-aastane elulemus on üle 98% ning neid kasutatakse laialdaselt tehisliigeste ja südamestentide puhul.
Kus saab kasutada CNC-töödeldud titaanosi?
Titaanosadel on lai valik rakendusi ja järgmised on kõige levinumad.
| Tööstus | Tüüpilised komponendid | Titaani asendamatud eelised |
|---|---|---|
| Lennundus | Mootori labad, telik | kaalulangus, talub pikaajalist{0}}kasutust 300 kraadi juures |
| Meditsiiniline | Puusaproteesid, ortodontilised klambrid | Äratõukereaktsioon puudub, otsene side luukoega |
| Meretehnika | Allveelaevade kered, mereveeklapid | Korrosioonikindlus on 100 korda suurem kui roostevaba teras |
| Autotööstus | Turboülelaaduri tiivikud, vedrustuse lingid | Kõrge eritugevus, vastupidavus kõrgele{0}}temperatuuri väsimusele |
| Kvaliteetne{0}}tootmine | Pooljuhtrakised, vaakumkambrid | Mitte-magnetiline, vastupidav äärmuslikele keskkondadele (-200 kuni 500 kraadi) |
KKK
K: Kas erinevate titaaniklasside (nt Gr2 puhas titaan ja Gr5 sulam) töötlemisel tuleb CNC parameetreid reguleerida?
V: Jah, nad teevad seda. Näiteks Gr2 puhta titaani (kõrge elastsus, väike tugevus, tõmbetugevus 345 MPa) puhul saab etteandekiirust vastavalt suurendada (0,12–0,2 mm/hammas) ja lõikekiirust vähendada 60–80 m/min (viimistlemiseks). Tööriistade kulumine on aeglane, mistõttu sobivad tavalised karbiidtööriistad.
For Gr5 alloy (high strength, medium ductility, tensile strength 950 MPa), the feed rate needs to be reduced (0.05-0.15 mm/tooth), and the roughing speed should be controlled at 40-60 m/min. Diamond-coated or TiAlN-coated tools must be used, and enhanced cooling (such as high-pressure internal coolant >10 MPa) on vajalik materjali kõvenemise ja tööriista lõhenemise vältimiseks.
K: Kas titaani töötlemisel tekkivatele laastudele/jäätmetele on mingeid erinõudeid? Kas on mingeid ohutusriske?
V: Jah, kuna titaanlaastud kujutavad endast isesüttimise ohtu, tuleks neid käsitleda järgmiselt.
Esmalt hoidke neid suletud metallmahutites, vältides liigset virnastamist. Seejärel peaks need ringlusse võtma kvalifitseeritud titaanijäätmete ringlussevõtu ettevõte.
K: Kas titaanosad vajavad pärast töötlemist kuumtöötlust? Millal on kuumtöötlus vajalik?
V: See nõuab juhtumipõhise-juhtumi-analüüsi. Näiteks kosmoselennukite koormust{3}}kandvate osade teliku liigendid nõuavad sisepingete kõrvaldamiseks vaakumpinge leevendamist 650 kraadi juures 2 tundi pärast töötlemist. Meditsiinilised implantaadid vajavad materjali struktuuri stabiliseerimiseks madalal-temperatuuril lõõmutamist 550 kraadi juures 1 tund. Kuumtöötlust mittevajavate rakenduste hulka kuuluvad dekoratiivsed titaandetailid ja korpused.