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 häufigsten Metalle der Erdkruste, besitzt wünschenswerte Materialeigenschaften, ist (unter Schutzgasatmosphäre) schweißbar und lässt sich wie Edelstahl CNC-bearbeiten. Nahezu alle Oberflächenbehandlungsverfahren wie Sandstrahlen, Pulverbeschichten und Elektrophorese erzielen gute Ergebnisse bei Titanbauteilen. Allerdings werden Titanbauteile nicht immer auf dieselbe Weise konstruiert und gefertigt wie Aluminiumbauteile oder Bauteile aus kostengünstigeren Materialien. Titan ist etwa zehnmal so teuer wie Aluminium 6061, daher ist es entscheidend, dass das Bauteil im ersten Arbeitsgang fertiggestellt wird. Die CNC-Bearbeitung von Titan stellt leider eine große Herausforderung dar.
- 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, Verdichterschaufeln usw. Tatsächlich ist die Luft- und Raumfahrtindustrie der Motor der Titanproduktion: Zwei Drittel des weltweit produzierten Titans werden in Flugzeugtriebwerken und Flugzeugzellen verwendet.
Medizinindustrie: Titanbauteile umfassen chirurgische Implantate (wie z. B. Hüftprothesen für den Langzeitgebrauch) 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-Güten 1–4 – Die Titan-Güten 1 bis 4 gelten als die reinsten. Diese Güten sind unlegiert und bleiben in ihrem ursprünglichen Zustand. Mit steigender Güte nehmen die Streckgrenze und die Zugfestigkeit des Titans zu. Das bedeutet, dass Titan der Güte 2 eine höhere Zugfestigkeit und Streckgrenze als Titan der Güte 1 aufweist usw. Obwohl Titan der Güte 2 nicht so fest ist wie Titan der Güte 5, ist es leicht und bietet neben einer ausgezeichneten Umformbarkeit auch eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Diese Güten weisen ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis auf. Zudem sind sie leichter als Stahl.
Titan Grad 5 – Titan Grad 5, auch bekannt als Ti 6-4, Ti-6Al-4V oder Ti6Al4V, ist eine der am weitesten verbreiteten Titanlegierungen und findet in einer Vielzahl von Anwendungen Verwendung. Titan Grad 5 ist die stärkste Titanlegierung und zeichnet sich durch gute Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit aus. Aufgrund seiner Fähigkeit, hohen und tiefen Temperaturen standzuhalten, wird Titan in manchen Anwendungsbereichen anderen Metallen wie Stahl vorgezogen. Im Vergleich zu Titan Grad 2 besitzt es eine höhere Temperaturbeständigkeit. Daher wird diese Legierung häufig in der chemischen Industrie, der Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt, der Schifffahrt und weiteren Bereichen eingesetzt.
Titan Grad 9 – Die Titanlegierung Grad 9 ist für ihre hohe Festigkeit bekannt. Ihre Zugfestigkeit ist höher als die von reinem Titan Grad 2. Diese bessere Festigkeit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen macht diese Legierung in einer Vielzahl von Anwendungen beliebt. Diese Legierung ist auch unter der Bezeichnung Ti-3Al-2.5V bekannt. Die Schweißbarkeit von Titan Grad 9 ist besser als die von Titan Grad 5.
Warum sollten Sie sich für die CNC-Bearbeitung von Titan entscheiden?
Für präzise und kostengünstige Titanbauteile ist die CNC-Bearbeitung fast immer die beste Option. Betrachten wir die Nachteile anderer Verfahren zur Herstellung von Titanbauteilen.
Gegossene Titanteile: Hersteller fertigen Titanteile selten im Gussverfahren. Dies liegt daran, dass erhitztes Titan heftig mit Sauerstoff reagiert und viele Gießerei-Feuerfestmaterialien Spuren von Sauerstoff enthalten.
Gestanzte Graphitgussteile für Titan: Die Lösung besteht im gestanzten Graphitguss (unter Verwendung von sauerstofffreiem Graphit), jedoch entstehen dabei Teile mit sehr rauer Oberflächenstruktur, die für die meisten medizinischen, luft- und raumfahrttechnischen sowie industriellen Anwendungen ungeeignet sind. Titanteile können auch im Wachsausschmelzverfahren hergestellt werden, dies erfordert jedoch eine Vakuumkammer.
3D-Druck von Titanbauteilen: Eine neuere Option ist die additive Fertigung von Titanbauteilen. Einige 3D-Drucktechnologien wie das selektive Laserschmelzen (SLM), das Elektronenstrahlschmelzen (EBM) und das direkte Aufdampfen (DED) können Titan im 3D-Druckverfahren verarbeiten. Diese 3D-Drucksysteme sind jedoch teuer, und viele Branchen haben 3D-gedrucktes Titan für sicherheitskritische Endprodukte noch nicht zertifiziert.
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.
