Die CNC-Bearbeitung von Titanteilen erfreut sich in der Luft- und Raumfahrt-, Medizin-, Automobil- und Energieindustrie immer größerer Beliebtheit. Titanlegierungen haben viele einzigartige Eigenschaften und sind oft die beste Wahl für CNC-bearbeitete Teile mit speziellen Anwendungen. Titan hat ein beeindruckendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht und ist 40 % leichter als Stahl und nur 5 % schwächer. Trotz seiner Beliebtheit ist Titan eines der am schwierigsten zu bearbeitenden Metalle. AN-Prototype ist auf die CNC-Bearbeitung von Titan spezialisiert. Egal wie anspruchsvoll Ihre speziellen Anforderungen sind, wir werden Ihre Anforderungen erfüllen. Wir fertigen regelmäßig verschiedene Arten von Titanteilen schnell und kostengünstig.
Titan ist eines der am häufigsten vorkommenden Metalle in der Erdkruste, verfügt über wünschenswerte Materialeigenschaften, ist schweißbar (in einer inerten Atmosphäre) und kann wie Edelstahl CNC-bearbeitet werden. Fast alle Oberflächenveredelungsdienste wie Sandstrahlen, Pulverbeschichten und Elektrophorese führen bei der Anwendung auf Titanteilen zu guten Ergebnissen. Titanteile werden jedoch nicht immer auf die gleiche Weise entworfen und hergestellt wie Aluminiumteile oder Teile aus kostengünstigeren Materialien. Titan kostet etwa zehnmal so viel wie Aluminium 10, Sie müssen also sicherstellen, dass Sie das Teil im ersten Durchgang fertigstellen. Frustrierenderweise ist die CNC-Bearbeitung von Titan eine große Herausforderung.
- Titan ist ein biokompatibles, ungiftiges Metall und korrosionsbeständig.
- Titanteile sind nicht magnetisch und weisen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf.
- Titan weist eine hohe Oxidationsbeständigkeit auf.
- Titan lässt sich leicht mit Eisen, Vanadium, Aluminium, Molybdän und Nickel legieren, um stabile Metallteile herzustellen.
- Titan ist zu 100 % recycelbar und ein umweltfreundlicher Metallwerkstoff.
Aus diesen Gründen werden CNC-Titanteile häufig in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik eingesetzt.
Luft- und Raumfahrt: Flugzeugtriebwerksteile, Rumpfteile, Rotoren, Kompressorschaufeln usw. Tatsächlich treibt die Luft- und Raumfahrtindustrie die Titanproduktion voran: Zwei Drittel des weltweit produzierten Titans werden in Flugzeugtriebwerken und Flugzeugzellen verwendet.
Medizinische Industrie: Zu den Titanteilen gehören chirurgische Implantate (z. B. langfristige Hüftprothesen) und Instrumente. Das Metall wird auch zur Herstellung von Gegenständen wie Rollstühlen und Krücken verwendet.
Mechanische Eigenschaften von Titan
- Dichte: 4.50 g / cm3
- Schmelzpunkt: 1650-1670 ° C.
- Siedepunkt: 3287 ° C.
- Zugfestigkeit: 220 MPa
- Elastizitätsmodul: 116 GPa
- Schermodul: 43.0 GPa
- Härte, Brinell: 70
- Härte, Vickers: 60
- Bruchdehnung: 54 %
Arten von Titan
Titan ist in fast 40 Qualitäten sowie mehreren anderen Legierungen erhältlich. Die Klassen 1 bis 4 gelten als kommerziell reines Titan und stellen unterschiedliche Anforderungen an die Zugfestigkeit. Grad 5 (Ti6Al4V oder Ti 6-4) ist die häufigste Titanlegierung und enthält 6 % Aluminium und 4 % Vanadium. Obwohl Titan und seine Legierungen oft in einer Gruppe zusammengefasst werden, gibt es einige wesentliche Unterschiede zwischen ihnen, die vor der Bestimmung der idealen CNC-Bearbeitungsmethode beachtet werden müssen.
Titan Grade 1-4 – Die Titangrade 1 bis 4 gelten als die reinsten. Diese Qualitäten sind unlegiert und bleiben in ihrem ursprünglichen Zustand. Mit zunehmender Güte steigen die Streckgrenze und die Zugfestigkeit von Titan. Dies bedeutet, dass Titan der Güteklasse 2 eine höhere Zugfestigkeit und Streckgrenze aufweist als Titan der Güteklasse 1 und so weiter. Obwohl Titan der Klasse 2 nicht so fest ist wie Titan der Klasse 5, ist es leicht und weist neben einer hervorragenden Formbarkeit eine hervorragende Gesamtkorrosionsbeständigkeit auf. Diese Sorten weisen ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf. Darüber hinaus sind sie leichter als Stahl.
Titan Grad 5 – Titan Grad 5, auch bekannt als Ti 6-4 oder Ti-6AL-4V oder Ti6Al4V, ist eine der am häufigsten verwendeten Titanlegierungen in einer Vielzahl von Anwendungen. Titan Grad 5 ist die stärkste Titanlegierung und weist eine gute Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit auf. Aufgrund seiner Fähigkeit, hohen und Minustemperaturen standzuhalten, kann Titan für einige Anwendungen anderen Metallen wie Stahl vorgezogen werden. Im Vergleich zu Titan Grad 2 weist es eine höhere Temperaturbeständigkeit auf. Aus diesem Grund wird diese Legierungssorte am häufigsten in der chemischen Verarbeitung, der Medizin, der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt und anderen Anwendungen verwendet.
Titan Grad 9 – Titanlegierung der Güteklasse 9 ist für ihre hohe Festigkeit bekannt. Seine Zugfestigkeit ist höher als die von reinen Titanlegierungen der Güteklasse 2. Diese bessere Festigkeit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen macht diese Legierungssorte in einer Vielzahl von Anwendungen beliebter. Diese Legierungssorte ist auch als Ti-3AL-2.5V bekannt. Die Schweißbarkeit von Titanlegierungen der Güteklasse 9 ist besser als die von Titanlegierungen der Güteklasse 5.
Warum sollten Sie sich für die CNC-Bearbeitung von Titan entscheiden?
Für die genauesten und erschwinglichsten Titanteile, CNC-Bearbeitung ist fast immer die beste Option. Lassen Sie uns die Fallstricke anderer Verfahren zur Herstellung von Titanteilen erkennen.
Gussteile aus Titan: Schnelle Hersteller stellen Titanteile selten im Gussverfahren her. Dies liegt daran, dass erhitztes Titan heftig mit Sauerstoff reagiert und viele feuerfeste Materialien für Gießereien Spuren von Sauerstoff enthalten.
Teile aus gestanztem Graphitguss-Titan: Die Lösung besteht darin, gestanzten Graphitguss (unter Verwendung von sauerstofffreiem Graphitguss) zu verwenden. Dadurch entstehen jedoch Teile mit sehr rauer Oberflächenstruktur, die für die meisten Anwendungen in der Medizin, Luft- und Raumfahrt sowie Industrie nicht geeignet sind. Titanteile können auch im Wachsausschmelzverfahren hergestellt werden, hierfür ist jedoch eine Vakuumkammer erforderlich.
3D-Druck von Titanteilen: Eine neuere Option ist die additive Fertigung von Titanteilen. Einige 3D-Drucktechnologien wie Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM) und Direct Energy Deposition (DED) können Titan-3D-Druckmaterialien verarbeiten. Allerdings sind diese 3D-Drucksysteme teuer und viele Branchen müssen 3D-gedrucktes Titan noch für sicherheitskritische Endverbrauchsteile zertifizieren.
Es zeigt sich, dass die CNC-Bearbeitung im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren eine präzise, sichere, vielseitige und wirtschaftliche Methode zur Herstellung von Titanteilen ist.
Die Herausforderungen der CNC-Bearbeitung von Titan
Beim herkömmlichen CNC-Fräsen von Titan gibt es viele Herausforderungen und Probleme. Wenn Metallurgen und Maschinenbauer diese Herausforderungen verstehen, können sie Bearbeitungslösungen finden, die qualitativ hochwertige bearbeitete Titanteile herstellen.
Wärmespeicherung
Eine der größten Hürden bei der CNC-Bearbeitung von Titan besteht darin, alles kühl zu halten. Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von Titan kommt es bei Metallwerkstücken zu einem schnellen Wärmeaufbau an der Bearbeitungsstelle. Dies erhöht den Verschleiß des Bearbeitungswerkzeugs und erzeugt einen sekundären Effekt der Härtung der Titanlegierung, der den Werkzeugverschleiß weiter verschlimmert. Wenn dies nicht behoben wird, kann sich dies negativ auf die Qualität der Schnittfläche auswirken.
„Fudge“-Eigenschaften
Der niedrige Elastizitätsmodul von Titan führt dazu, dass es bei der CNC-Bearbeitung einen „klebrigen“ Effekt hat und starkes Rattern verursachen kann. Dies kann dazu führen, dass sich schneidende Titanspäne am Werkzeug festsetzen. Diese Hindernisse erhöhen den Werkzeugverschleiß zusätzlich und beeinträchtigen die Qualität der fertigen Oberfläche.
Elastische Verformung
Das elastische Verhalten von Titan kann bei der CNC-Bearbeitung auch dazu führen, dass sich das Werkstück durch elastische Verformung im freitragenden Teil verschiebt. Das Teil verbiegt sich aufgrund der vom Schneidwerkzeug erzeugten Kraft und kehrt nach dem Passieren des Schneidwerkzeugs in seine normale Position zurück, was zu größeren Toleranzen im fertigen Teil führt.
3 hilfreiche Tipps für die CNC-Bearbeitung von Titan
Die Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung von Titan sind genug, um viele schnelle Hersteller vor der Herstellung dieses fortschrittlichen Materials zurückschrecken zu lassen. Doch seine herausragende Leistung führt dazu, dass immer mehr Produktdesigner nach hochwertigen Titanteilen suchen. Glücklicherweise haben die erfahrenen Maschinenbauer und Werkzeuglieferanten von AN-Prototype einige wichtige Möglichkeiten gefunden, die CNC-Bearbeitung von Titan zumindest ein wenig zu vereinfachen.
Tipp 1 – Verwenden Sie die richtigen Werkzeuge
Da Titanteile immer beliebter werden, entwickeln Werkzeugentwickler einzigartige Lösungen, um die Bearbeitbarkeit von Titan zu verbessern. Fortschrittliche Werkzeugmaterialien wie hitzebeständige mit Titanaluminiumnitrid (TiAlN) oder Titancarbonitrid (TiCN) beschichtete Werkzeuge können die Werkzeuglebensdauer verlängern. Gleichzeitig stören Werkzeuge mit ungleichmäßigem Abstand zwischen den Schneidkanten konstruktive Interferenzen, die zu Werkzeugrattern führen.
Im Allgemeinen sollten Maschinisten hochwertige Werkzeuge wählen, die speziell für Titan entwickelt wurden, und stumpfe Werkzeuge sollten regelmäßig überprüft und ausgetauscht werden. Erwägen Sie auch die Verwendung eines Werkzeugs mit kleinerem Durchmesser und mehr Schneidkanten. Dies trägt dazu bei, die Metallabtragsraten aufrechtzuerhalten und gleichzeitig die Wärmeentwicklung zu reduzieren.
Tipp 2 – Werkstück und CNC-Maschine stationär halten
Während der CNC-Bearbeitung von Titan kann es leicht zu Werkzeugrattern kommen. Tun Sie daher alles, was Sie tun können, um die Vibrationen zu reduzieren und die CNC-Bearbeitung von Titan zu erleichtern. Stellen Sie sicher, dass die Teile gut abgestützt und fixiert sind, um eine Verformung des Werkstücks zu verhindern, und planen Sie eine hochwertige CNC-Maschine. Sie könnten sogar darüber nachdenken, kürzere Schneidwerkzeuge zu verwenden, um die Werkzeugdurchbiegung zu reduzieren.
Tipp 3 – Anpassen der CNC-Fräs- und Drehparameter
Die CNC-Bearbeitung von Titan erfordert ein sorgfältiges Temperaturmanagement. Eine der offensichtlichsten Möglichkeiten, Ihr Werkstück und Werkzeug kühl zu halten, besteht darin, ein gleichmäßiges Hochdruckkühlmittel direkt auf den Schneidbereich aufzubringen. Durch das Wegwerfen der Späne aus der Schneidzone wird außerdem verhindert, dass diese am Bearbeitungswerkzeug haften bleiben.
Dabei gilt es auch besonderes Augenmerk auf Vorschubgeschwindigkeit, Spindeldrehzahl und Spanlast zu legen. Das bedeutet, Werkzeuge und Geräte vor übermäßiger Belastung zu schützen und gleichzeitig ein zu langes Verharren in der gleichen Position zu vermeiden.
CNC-Bearbeitung von Titan
AN-Prototype bietet einen kompletten Titan-CNC-Bearbeitungsservice zur Herstellung kundenspezifischer Titanteile in komplexen organischen Geometrien mit engen Toleranzen in Titan der Güteklasse 1, Titan der Güteklasse 2 und Titan der Güteklasse 5. AN-Prototype garantiert gleichbleibende Qualität und schnelle Lieferzeiten zu stets wettbewerbsfähigen Preisen. Sie können bis zu 6 verschiedene Nachbehandlungs-/Oberflächenveredelungsoptionen anwenden, darunter Sandstrahlen, Pulverbeschichten, Glätten und Polieren, Elektrophorese, Eloxieren und mehr.