Будучи експертом у обробці з ЧПК, компанія Hansheng Automation має великий досвід обробки титану на наших обробних центрах з ЧПК (з ультра-дзеркальним покриттям із точністю ±0,002 мм). Нижче наведено вступ до титану, матеріалу, придатного для обробки з ЧПК.
Що таке титан?
Ti (атомний номер 22) — це сріблясто{1}}білий перехідний метал, відкритий у 1790 році та індустріалізований у 1948 році. Найважливішою характеристикою титану є його алотропія: той самий елемент демонструє різні властивості завдяки своїй внутрішній кристалічній структурі. Наприклад, нижче 882 градусів він демонструє щільно{6}}упаковану гексагональну структуру (чудова пластичність), а вище 882 градусів — кубічну-структуру з центром тіла (висока міцність). Крім того, шляхом сплаву з такими елементами, як Al, V та Sn, можна маніпулювати співвідношенням / фаза для створення титанових сплавів із різними властивостями.
Які є типи титану (класифіковані за стандартами ISO/ASTM)?
| Категорія | Типові оцінки | Основні характеристики | Типові застосування |
|---|---|---|---|
| Комерційно чистий титан | JIS класи 1-4 / ASTM класи 1-4 | Purity >99%, міцність зростає із вмістом кисню (клас 1: найбільш пластичний; клас 4: найвища міцність) | Теплообмінники (клас 2), низько{1}}температурні посудини (клас 4) |
| Альфа-титанові сплави | Клас 23 (Ti-6Al-4V ELI) | Single α-phase structure, high temperature resistance (>500 градусів), відмінна зварюваність | Аерокосмічні структурні частини, медичні імплантати (23 клас) |
| Альфа + бета титанові сплави | Клас 5 (Ti-6Al-4V, класичний клас) | Двофазна-структура, збалансована всебічна ефективність, піддається тер-обробці для зміцнення | Лопаті авіаційних двигунів, автомобільні кріплення |
| Бета-титанові сплави | Серія TB (наприклад, Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn) | High strength (>1300 МПа), хороша здатність до холодного формування, вимагає контролю термічної стабільності | Пружини, аерокосмічні кріплення |
Які властивості титану (порівняно зі сталлю/алюмінієм)?
| Власність | Титан (5 клас) | Нержавіюча сталь 304 | 6061 Алюміній | Значення програми |
|---|---|---|---|---|
| Щільність (г/см³) | 4.47 | 7.9 | 2.7 | Легкість (43% зменшення ваги порівняно зі сталлю) |
| Міцність на розрив (МПа) | 950 | 515 | 276 | Питома міцність (212 МПа·см³/г) у 2,7 рази більша, ніж у сталі |
| Модуль пружності (ГПа) | 113.8 | 193 | 69 | Легко згинається, підходить для складних конструкцій |
| Теплопровідність (Вт/м·K) | 6.7 | 16.2 | 167 | Потрібне охолодження під високим{0}}тиском, щоб запобігти термічній деформації |
| Швидкість корозії морської води (мм/рік) | <0.001 | 0.1-0.5 | 0.5-1.0 | Перший вибір для морського обладнання |
| біосумісність | Відсутність іонного вимивання (ISO 5832) | Вимагає захисту покриття | Не застосовується | Тільки «біофільний метал» для ортопедичних імплантів |
Які ключові моменти обробки титану з ЧПУ?
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 МПа). Нарешті, титан схильний до деформації під час повторної механічної обробки, що вимагає використання жорстких пристосувань і ріжучих інструментів із короткими краями для забезпечення цілісності обробки.
Оптимізація процесу обробки з ЧПУ для титану
| Крок процесу | Параметри/Рішення | Цілі |
|---|---|---|
| Вибір інструменту | Твердосплавні інструменти з покриттям TiAlN (гострі ріжучі кромки) | Зменшує адгезію інструменту (клейкість титану вдвічі більша, ніж у сталі) |
| Швидкість різання | Чорнова обробка: 40-60 м/хв; Фінішна обробка: 80-120 м/хв | Контролюйте надходження тепла, щоб уникнути розм’якшення під час відпалу |
| Швидкість подачі | 0,05-0,15 мм/зуб (на 30% менше, ніж сталь) | Зменшіть силу різання та вібрацію |
| Система охолодження | Internal coolant spindle + high-pressure coolant (>7 МПа, з добавками для екстремального тиску) | Промивання та охолодження стружки, на 200% довший термін служби інструменту |
| Пост-обробка | Піскоструминна обробка (Ra 3-5 мкм) + змішане кислотне травлення (для медичних деталей) | Покращує здатність-з’єднання кісток (сертифіковано ASTM F67) |
Чи безпечний титан?
Професор матеріалознавства та інженерії Ендрю Міноу заявив: «Якщо вам потрібен найміцніший матеріал за найменшої ваги, це титан. Якби ми могли, ми б зробили все з титану». Це красномовно говорить про безпеку титану. Крім того, титан на 100% біосумісний. Природно сформована пасивуюча плівка TiO₂ (товщиною 5-10 нм) на її поверхні ізолює іони металу від вивільнення та не є алергенною. Клінічні дані показують, що титанові імплантати мають 5-річну виживаність понад 98% і широко використовуються в штучних суглобах і серцевих стентах.
Де можна використовувати титанові деталі з ЧПК?
Титанові деталі мають широкий спектр застосування, і нижче наведено найпоширеніші.
| Промисловість | Типові компоненти | Незамінні переваги титану |
|---|---|---|
| Аерокосмічна | Лопаті двигуна, шасі | зменшення ваги, витримує тривалу-роботу при 300 градусах |
| Медичний | Протези кульшових суглобів, ортодонтичні скоби | Відсутність реакції відторгнення, пряме зчеплення з кістковою тканиною |
| Морська техніка | Корпуси підводних човнів, клапани морської води | Стійкість до корозії в 100 разів вище, ніж у нержавіючої сталі |
| Автомобільний | Крильчатки турбокомпресора, тяги підвіски | Висока питома міцність, стійкість до високо{0}}температурної втоми |
| Високоякісне-виробництво | Напівпровідникові пристосування, вакуумні камери | Не-магнітний, стійкий до екстремальних умов (від -200 градусів до 500 градусів) |
FAQ
З: Чи потрібно регулювати параметри ЧПК під час обробки різних сортів титану (наприклад, чистого титану Gr2 і сплаву Gr5)?
A: Так, вони роблять. Наприклад, для чистого титану Gr2 (висока пластичність, низька міцність, міцність на розрив 345 МПа) швидкість подачі може бути відповідно збільшена (0,12-0,2 мм/зуб), а швидкість різання може бути зменшена до 60-80 м/хв (для чистової обробки). Інструмент зношується повільно, тому підходять звичайні твердосплавні інструменти.
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 МПа) необхідний для запобігання твердінню матеріалу та сколу інструменту.
Питання: Чи є якісь спеціальні вимоги до поводження зі стружкою/відходами, які утворюються під час обробки титану? Чи є ризики для безпеки?
Відповідь: Так, оскільки титанова стружка становить ризик самозаймання, з нею слід поводитися наступним чином:
Спочатку зберігайте їх у герметичних металевих контейнерах, уникаючи надмірного складання. Потім вони мають бути перероблені кваліфікованою компанією з переробки титанового брухту.
З: Чи потребують титанові деталі термічної обробки після механічної обробки? Коли необхідна термічна обробка?
В: Для цього потрібен аналіз-за-випадком. Наприклад, з’єднання шасі в несучих-деталях аерокосмічного навантаження потребують відпалу для зняття напруги у вакуумі при 650 градусах протягом 2 годин після обробки, щоб усунути внутрішні напруги. Медичні імплантати вимагають низькотемпературного-відпалу при 550 градусах протягом 1 години, щоб стабілізувати структуру матеріалу. Застосування, які не потребують термічної обробки, включають декоративні титанові деталі та корпуси.