La lavorazione CNC di parti in titanio è diventata sempre più popolare nei settori aerospaziale, medico, automobilistico ed energetico. Le leghe di titanio hanno molte proprietà uniche e sono spesso la scelta migliore per pezzi lavorati a CNC con applicazioni speciali. Il titanio ha un rapporto resistenza/peso impressionante, essendo il 40% più leggero dell'acciaio e solo il 5% più debole. Nonostante la sua popolarità, il titanio è uno dei metalli più difficili da lavorare. AN-Prototype è specializzato in servizi di lavorazione CNC del titanio, non importa quanto siano impegnative le tue esigenze speciali, soddisferemo le tue esigenze. Produciamo regolarmente diversi tipi di parti in titanio in modo rapido ed economico.
Il titanio è uno dei metalli più abbondanti nella crosta terrestre, possiede proprietà dei materiali desiderabili, è saldabile (in atmosfera inerte) e può essere lavorato con macchine CNC come l'acciaio inossidabile. Quasi tutti i servizi di finitura superficiale, come la sabbiatura, la verniciatura a polvere e l'elettroforesi, producono buoni risultati se applicati a componenti in titanio. Tuttavia, i componenti in titanio non sono sempre progettati e realizzati allo stesso modo dei componenti in alluminio o di quelli realizzati con materiali meno costosi. Il titanio costa circa 10 volte di più dell'alluminio 6061, quindi è fondamentale assicurarsi che il pezzo venga realizzato correttamente al primo tentativo. Purtroppo, la lavorazione CNC del titanio è molto complessa.
- Il titanio è un metallo biocompatibile, non tossico ed è resistente alla corrosione.
- Le parti in titanio non sono magnetiche e hanno un elevato rapporto resistenza/peso.
- Il titanio ha un'elevata resistenza all'ossidazione.
- Il titanio può essere facilmente legato con ferro, vanadio, alluminio, molibdeno e nichel per produrre parti metalliche resistenti.
- Il titanio è riciclabile al 100% ed è un materiale metallico ecologico.
Per questi motivi, le parti in titanio CNC vengono spesso utilizzate in settori quali quello aerospaziale, automobilistico e medico.
Settore aerospaziale: componenti per motori aeronautici, parti della fusoliera, rotori, pale del compressore, ecc. Di fatto, l'industria aerospaziale è il motore della produzione di titanio: due terzi di tutto il titanio prodotto nel mondo vengono utilizzati nei motori e nelle cellule degli aerei.
Industria medica: i componenti in titanio includono impianti chirurgici (come le protesi d'anca a lungo termine) e strumenti. Il metallo viene utilizzato anche per realizzare articoli come sedie a rotelle e stampelle.
Proprietà meccaniche del titanio
- Densità: 4.50 g / cm3
- Punto di fusione: 1650-1670 ° C
- Punto di ebollizione: 3287 ° C
- Resistenza alla trazione: 220 MPa
- Modulo di elasticità: 116 GPa
- Modulo di taglio: 43.0 GPa
- Durezza Brinell: 70
- Durezza Vickers: 60
- Allungamento a rottura: 54%
Tipi di titanio
Il titanio è disponibile in quasi 40 gradi, oltre a numerose altre leghe. I gradi da 1 a 4 sono considerati titanio commercialmente puro e presentano requisiti diversi per la resistenza alla trazione finale. Il grado 5 (Ti6Al4V o Ti 6-4) è la lega di titanio più comune, contenente il 6% di alluminio e il 4% di vanadio. Sebbene il titanio e le sue leghe siano spesso raggruppati insieme, esistono alcune differenze fondamentali tra loro che devono essere notate prima di determinare il metodo di lavorazione CNC ideale.
Gradi di titanio da 1 a 4 – I gradi di titanio da 1 a 4 sono considerati i più puri. Questi gradi non contengono leghe e si mantengono allo stato puro. Con l'aumentare del grado, aumentano anche la resistenza allo snervamento e la resistenza alla trazione del titanio. Ciò significa che il titanio di grado 2 ha una maggiore resistenza alla trazione e allo snervamento rispetto al titanio di grado 1, e così via. Sebbene il titanio di grado 2 non sia resistente quanto quello di grado 5, è leggero e presenta un'eccellente resistenza alla corrosione, oltre a un'ottima formabilità. Questi gradi hanno un elevato rapporto resistenza/peso. Inoltre, sono più leggeri dell'acciaio.
Titanio di grado 5 – Il titanio di grado 5, noto anche come Ti 6-4, Ti-6AL-4V o Ti6Al4V, è una delle leghe di titanio più utilizzate in una varietà di applicazioni. Il titanio di grado 5 è la lega di titanio più resistente e presenta una buona resistenza alla corrosione e saldabilità. Grazie alla sua capacità di resistere a temperature elevate e sotto zero, il titanio può essere preferito ad altri metalli come l'acciaio per alcune applicazioni. Rispetto al titanio di grado 2, ha una maggiore resistenza alle alte temperature. Per questo motivo, questo tipo di lega è comunemente utilizzato nei processi chimici, in campo medico, aerospaziale, navale e in altre applicazioni.
Titanio Grado 9 – La lega di titanio di grado 9 è nota per la sua elevata resistenza. La sua resistenza alla trazione è superiore a quella delle leghe di titanio puro di grado 2. Questa maggiore resistenza sia a temperatura ambiente che a temperature elevate rende questo grado di lega più diffuso in una varietà di applicazioni. Questo grado di lega è anche noto come Ti-3AL-2.5V. La saldabilità della lega di titanio di grado 9 è migliore di quella della lega di titanio di grado 5.
Perché scegliere il titanio con lavorazione CNC?
Per ottenere componenti in titanio precisi ed economici, la lavorazione CNC è quasi sempre l'opzione migliore. Analizziamo ora gli svantaggi degli altri processi di produzione di componenti in titanio.
Componenti in titanio fuso: i produttori di componenti rapidi raramente realizzano parti in titanio tramite fusione. Questo perché il titanio riscaldato reagisce violentemente con l'ossigeno e molti refrattari utilizzati nelle fonderie contengono tracce di ossigeno.
Componenti in titanio realizzati mediante fusione in grafite stampata: la soluzione consiste nell'utilizzare la fusione in grafite stampata (con grafite priva di ossigeno), ma questo metodo produce componenti con una superficie molto ruvida, non adatti alla maggior parte delle applicazioni mediche, aerospaziali e industriali. I componenti in titanio possono essere realizzati anche mediante fusione a cera persa, ma questo richiede una camera a vuoto.
Stampa 3D di componenti in titanio: una nuova opzione per la produzione di componenti in titanio è la manifattura additiva. Alcune tecnologie di stampa 3D, come la fusione laser selettiva (SLM), la fusione a fascio di elettroni (EBM) e la deposizione diretta di energia (DED), possono lavorare materiali in titanio. Tuttavia, questi sistemi di stampa 3D sono costosi e molti settori non hanno ancora certificato il titanio stampato in 3D per l'utilizzo in componenti critici per la sicurezza.
Si può vedere che, rispetto ad altri processi di produzione, la lavorazione CNC è un metodo preciso, sicuro, versatile ed economico per produrre parti in titanio.
Le sfide della lavorazione CNC del titanio
Ci sono molte sfide e problemi nella tradizionale fresatura CNC del titanio. Comprendendo quali sono queste sfide, metallurgisti e macchinisti possono trovare soluzioni di lavorazione che producono parti in titanio lavorate di alta qualità.
Accumulo di calore
Uno dei maggiori ostacoli nella lavorazione CNC del titanio è mantenere tutto fresco. La bassa conduttività termica del titanio consente ai pezzi metallici di accumulare rapidamente calore nel luogo di lavorazione. Ciò aumenta l'usura dell'utensile di lavorazione e crea un effetto secondario di indurimento della lega di titanio che aggrava ulteriormente l'usura dell'utensile. Se non risolto, ciò può avere un effetto negativo sulla qualità della superficie tagliata.
Proprietà "Fudge".
Il basso modulo di elasticità del titanio fa sì che abbia un effetto “appiccicoso” durante la lavorazione CNC e può causare gravi vibrazioni. Ciò può far sì che i trucioli di titanio tagliati si attacchino all'utensile. Questi ostacoli aumentano ulteriormente l’usura dell’utensile e influiscono sulla qualità della superficie finita.
Deformazione elastica
Il comportamento elastico del titanio può anche causare lo spostamento del pezzo a causa della deformazione elastica nella parte non supportata durante la lavorazione CNC. La parte si piega a causa della forza generata dall'utensile da taglio e poi ritorna nella sua posizione normale dopo il passaggio dell'utensile da taglio, determinando tolleranze più ampie nella parte finale prodotta.
3 suggerimenti utili per la lavorazione CNC del titanio
Le sfide della lavorazione CNC del titanio sono sufficienti a rendere molti produttori veloci diffidenti nei confronti della produzione di questo materiale avanzato. Ma le sue prestazioni eccezionali fanno sì che sempre più progettisti di prodotti cerchino componenti in titanio di alta qualità. Fortunatamente, gli esperti macchinisti e i fornitori di utensili di AN-Prototype hanno escogitato alcuni modi chiave per rendere almeno un po’ più semplice la lavorazione CNC del titanio.
Suggerimento 1: utilizza gli strumenti giusti
Con la crescente popolarità delle parti in titanio, i progettisti di utensili stanno escogitando soluzioni uniche per migliorare la lavorabilità del titanio. I materiali avanzati per utensili, come gli utensili rivestiti in nitruro di titanio alluminio (TiAlN) o carbonitruro di titanio (TiCN) resistenti al calore, possono prolungare la durata dell'utensile. Allo stesso tempo, gli utensili con una distanza non uniforme tra i taglienti interrompono le interferenze costruttive che causano vibrazioni dell'utensile.
In generale, i macchinisti dovrebbero scegliere strumenti di alta qualità progettati specificamente per il titanio e gli strumenti smussati dovrebbero essere ispezionati e sostituiti frequentemente. Considerare anche l'utilizzo di uno strumento di diametro inferiore con più taglienti. Ciò aiuta a mantenere i tassi di rimozione del metallo riducendo l'accumulo di calore.
Suggerimento 2: mantenere fermi il pezzo e la macchina CNC
È facile causare vibrazioni dell'utensile durante la lavorazione CNC del titanio, quindi fai tutto il possibile per ridurre le vibrazioni e rendere più semplice la lavorazione CNC del titanio. Assicurarsi che le parti siano ben supportate e fissate per evitare che il pezzo si deformi e disporre una macchina CNC di alta qualità. Potresti anche prendere in considerazione l'utilizzo di utensili da taglio più corti per ridurre la deflessione dell'utensile.
Suggerimento 3: regolazione dei parametri di fresatura e tornitura CNC
La lavorazione CNC del titanio richiede un'attenta gestione della temperatura. Uno dei modi più ovvi per mantenere freschi il pezzo e l'utensile è applicare un refrigerante costante ad alta pressione direttamente sull'area di taglio. L'espulsione dei trucioli lontano dalla zona di taglio impedisce inoltre che si attacchino all'utensile di lavorazione.
Allo stesso tempo, è anche importante prestare particolare attenzione alla velocità di avanzamento, alla velocità del mandrino e al carico di truciolo. Ciò significa proteggere strumenti e attrezzature da stress eccessivi evitando di restare troppo a lungo nella stessa posizione.
Servizi di lavorazione CNC del titanio
AN-Prototype offre un servizio completo di lavorazione CNC del titanio per produrre parti personalizzate in titanio in geometrie organiche complesse con tolleranze strette in titanio di grado 1, titanio di grado 2 e titanio di grado 5. AN-Prototype garantisce qualità costante e tempi di consegna rapidi a prezzi sempre competitivi. È possibile applicare fino a 6 diverse opzioni di post-trattamento/finitura superficiale tra cui sabbiatura, verniciatura a polvere, levigatura e lucidatura, elettroforesi, anodizzazione e altro ancora.
