CNC-bewerking van titaniumonderdelen is steeds populairder geworden in de lucht- en ruimtevaart-, medische, automobiel- en energie-industrie. Titaniumlegeringen hebben veel unieke eigenschappen en zijn vaak de beste keuze voor CNC-gefreesde onderdelen met speciale toepassingen. Titanium heeft een indrukwekkende sterkte-gewichtsverhouding: 40% lichter dan staal en slechts 5% zwakker. Ondanks zijn populariteit is titanium een van de moeilijkste metalen om te bewerken. AN-Prototype is gespecialiseerd in CNC-bewerking van titaniumdiensten, hoe uitdagend uw speciale vereisten ook zijn, wij zullen aan uw vereisten voldoen. Regelmatig produceren wij verschillende soorten titanium onderdelen snel en kosteneffectief.
Titanium is een van de meest voorkomende metalen in de aardkorst, heeft gunstige materiaaleigenschappen, is lasbaar (in een inerte atmosfeer) en kan net als roestvrij staal CNC-gefreesd worden. Vrijwel alle oppervlaktebehandelingen, zoals zandstralen, poedercoaten en elektroforese, leveren goede resultaten op bij toepassing op titanium onderdelen. Titanium onderdelen worden echter niet altijd op dezelfde manier ontworpen en geproduceerd als aluminium onderdelen of onderdelen gemaakt van goedkopere materialen. Titanium kost ongeveer tien keer zoveel als aluminium 6061, dus het is belangrijk dat het onderdeel in één keer goed is. Helaas is CNC-bewerking van titanium een zeer uitdagende klus.
- Titanium is een biocompatibel, niet-giftig metaal en is corrosiebestendig.
- Titaniumonderdelen zijn niet-magnetisch en hebben een hoge sterkte-gewichtsverhouding.
- Titanium heeft een hoge oxidatieweerstand.
- Titanium kan gemakkelijk worden gelegeerd met ijzer, vanadium, aluminium, molybdeen en nikkel om sterke metalen onderdelen te produceren.
- Titanium is 100% recyclebaar en is een milieuvriendelijk metaalmateriaal.
Om deze redenen worden CNC-titaniumonderdelen vaak gebruikt in industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart, de automobielsector en de medische sector.
Lucht- en ruimtevaart: vliegtuigmotoronderdelen, rompdelen, rotors, compressorbladen, enz. Sterker nog, de lucht- en ruimtevaartindustrie is de drijvende kracht achter de titaniumproductie: tweederde van alle wereldwijd geproduceerde titanium wordt gebruikt in vliegtuigmotoren en vliegtuigrompen.
Medische industrie: Titanium wordt gebruikt voor chirurgische implantaten (zoals heupprothesen voor de lange termijn) en instrumenten. Het metaal wordt ook gebruikt voor de vervaardiging van artikelen zoals rolstoelen en krukken.
Mechanische eigenschappen van titanium
- Dichtheid: 4.50 g / cm3
- Smeltpunt: 1650-1670 °C
- Kookpunt: 3287 °C
- Treksterkte: 220 MPa
- Elasticiteitsmodulus: 116 GPa
- Afschuifmodulus: 43.0 GPa
- Hardheid, Brinell: 70
- Hardheid, Vickers: 60
- Rek bij breuk: 54%
Soorten titanium
Titanium is verkrijgbaar in bijna 40 kwaliteiten, evenals in verschillende andere legeringen. De klassen 1 tot en met 4 worden beschouwd als commercieel zuiver titanium en stellen verschillende eisen aan de ultieme treksterkte. Graad 5 (Ti6Al4V of Ti 6-4) is de meest voorkomende titaniumlegering, die 6% aluminium en 4% vanadium bevat. Hoewel titanium en zijn legeringen vaak bij elkaar worden gegroepeerd, zijn er enkele belangrijke verschillen tussen beide die moeten worden opgemerkt voordat de ideale CNC-bewerkingsmethode wordt bepaald.
Titaniumkwaliteiten 1-4 – Titaniumkwaliteiten 1 tot en met 4 worden beschouwd als de zuiverste. Deze kwaliteiten zijn ongelegeerd en blijven in hun oorspronkelijke staat. Naarmate de kwaliteit toeneemt, nemen de vloeigrens en treksterkte van titanium toe. Dit betekent dat titanium van kwaliteit 2 een hogere treksterkte en vloeigrens heeft dan titanium van kwaliteit 1, enzovoort. Hoewel titanium van kwaliteit 2 niet zo sterk is als titanium van kwaliteit 5, is het licht van gewicht en heeft het een uitstekende algehele corrosiebestendigheid, naast een uitstekende vervormbaarheid. Deze kwaliteiten hebben een hoge sterkte-gewichtsverhouding. Bovendien zijn ze lichter dan staal.
Titanium Grade 5 – Titanium grade 5, ook bekend als Ti 6-4, Ti-6AL-4V of Ti6Al4V, is een van de meest gebruikte titaniumlegeringen in diverse toepassingen. Titanium grade 5 is de sterkste titaniumlegering en heeft een goede corrosiebestendigheid en lasbaarheid. Dankzij het vermogen om hoge en lage temperaturen te weerstaan, kan titanium in sommige toepassingen de voorkeur krijgen boven andere metalen zoals staal. Vergeleken met titanium grade 2 heeft het een hogere temperatuurbestendigheid. Daarom wordt deze legering het meest gebruikt in de chemische industrie, de medische sector, de lucht- en ruimtevaart, de scheepvaart en andere toepassingen.
Titanium Grade 9 – De titaniumlegering Grade 9 staat bekend om zijn hoge sterkte. De treksterkte is hoger dan die van zuivere titaniumlegeringen van Grade 2. Deze betere sterkte bij zowel kamertemperatuur als verhoogde temperaturen maakt deze legering populairder voor diverse toepassingen. Deze legeringskwaliteit staat ook bekend als Ti-3AL-2.5V. De lasbaarheid van titaniumlegering Grade 9 is beter dan die van titaniumlegering Grade 5.
Waarom kiezen voor CNC-bewerking van titanium?
Voor de meest nauwkeurige en betaalbare titanium onderdelen is CNC-bewerking vrijwel altijd de beste optie. Laten we de valkuilen van andere processen voor het maken van titanium onderdelen eens bekijken.
Gegoten titanium onderdelen: Fabrikanten van snelstromende titanium onderdelen maken zelden door middel van gieten. Dit komt doordat verhit titanium heftig reageert met zuurstof, en veel vuurvaste materialen voor gieterijen sporen van zuurstof bevatten.
Gestempelde grafietgieten van titanium onderdelen: De oplossing is het gebruik van gestempeld grafietgieten (met behulp van zuurstofvrij grafietgieten), maar dit levert onderdelen op met een zeer ruw oppervlak die niet geschikt zijn voor de meeste medische, ruimtevaart- en industriële toepassingen. Titanium onderdelen kunnen ook worden gemaakt door middel van verlorenwasgieten, maar dit vereist een vacuümkamer.
3D-printen van titanium onderdelen: Een nieuwere optie is het gebruik van additieve productie voor titanium onderdelen. Een aantal 3D-printtechnologieën, zoals Selective Laser Melting (SLM), Electron Beam Melting (EBM) en Direct Energy Deposition (DED), kunnen titanium 3D-printmaterialen verwerken. Deze 3D-printsystemen zijn echter duur en veel industrieën moeten 3D-geprint titanium nog certificeren voor veiligheidskritische eindproducten.
Het is duidelijk dat CNC-bewerking, vergeleken met andere productieprocessen, een nauwkeurige, veilige, veelzijdige en economische methode is voor het vervaardigen van titaniumonderdelen.
De uitdagingen van CNC-bewerking van titanium
Er zijn veel uitdagingen en problemen bij het traditionele titanium CNC-frezen. Door te begrijpen wat deze uitdagingen zijn, kunnen metallurgen en machinisten bewerkingsoplossingen vinden die machinaal bewerkte titaniumonderdelen van hoge kwaliteit produceren.
Warmteaccumulatie
Een van de grootste hindernissen bij het CNC-bewerkingen van titanium is om alles koel te houden. Dankzij de lage thermische geleidbaarheid van titanium kunnen metalen werkstukken snel warmte opbouwen op de bewerkingslocatie. Dit verhoogt de slijtage van het bewerkingsgereedschap en creëert een secundair effect van verharding van de titaniumlegering, waardoor de slijtage van het gereedschap verder wordt verergerd. Als dit niet wordt aangepakt, kan dit een negatief effect hebben op de kwaliteit van het snijoppervlak.
"Fudge"-eigenschappen
De lage elasticiteitsmodulus van titanium zorgt ervoor dat het een “plakkerig” effect heeft bij CNC-bewerkingen en ernstige trillingen kan veroorzaken. Hierdoor kunnen snij-titaniumchips aan het gereedschap blijven kleven. Deze obstakels verhogen de slijtage van het gereedschap nog verder en beïnvloeden de kwaliteit van het afgewerkte oppervlak.
Elastische vervorming
Het elastische gedrag van titanium kan er ook voor zorgen dat het werkstuk verplaatst wordt door elastische vervorming in het niet-ondersteunde deel tijdens CNC-bewerkingen. Het onderdeel buigt als gevolg van de kracht die door het snijgereedschap wordt gegenereerd en keert vervolgens terug naar zijn normale positie nadat het snijgereedschap is gepasseerd, wat resulteert in grotere toleranties in het uiteindelijke vervaardigde onderdeel.
3 nuttige tips voor het CNC-bewerkingen van titanium
De uitdagingen bij het CNC-bewerkingen van titanium zijn voldoende om veel snelle fabrikanten huiverig te maken voor de productie van dit geavanceerde materiaal. Maar de uitstekende prestaties zorgen ervoor dat steeds meer productontwerpers op zoek zijn naar hoogwaardige titanium onderdelen. Gelukkig hebben de deskundige machinisten en gereedschapsleveranciers van AN-Prototype een paar belangrijke manieren bedacht om de titanium CNC-bewerking op zijn minst een beetje eenvoudiger te maken.
Tip 1 - Gebruik het juiste gereedschap
Met de toenemende populariteit van titaniumonderdelen komen gereedschapontwerpers met unieke oplossingen om de bewerkbaarheid van titanium te verbeteren. Geavanceerde gereedschapsmaterialen, zoals hittebestendig titaniumaluminiumnitride (TiAlN) of titaniumcarbonitride (TiCN) gecoate gereedschappen, kunnen de levensduur van het gereedschap verlengen. Tegelijkertijd verstoren gereedschappen met een ongelijkmatige afstand tussen de snijkanten de constructieve interferentie die klapperen van het gereedschap veroorzaakt.
Over het algemeen moeten machinisten gereedschap van hoge kwaliteit kiezen dat speciaal voor titanium is ontworpen, en botte gereedschappen moeten regelmatig worden geïnspecteerd en vervangen. Overweeg ook om gereedschap met een kleinere diameter en meer snijkanten te gebruiken. Dit helpt de metaalverwijderingssnelheid op peil te houden en tegelijkertijd de warmteontwikkeling te verminderen.
Tip 2 - Houd het werkstuk en de CNC-machine stil
Het is gemakkelijk om geratel van gereedschap te veroorzaken tijdens het CNC-bewerkingen van titanium, dus doe alles wat je kunt doen om de trillingen te verminderen om het CNC-bewerkingen van titanium gemakkelijker te maken. Zorg ervoor dat de onderdelen goed worden ondersteund en vastgezet om te voorkomen dat het werkstuk vervormt en zet een hoogwaardige CNC-machine neer. U kunt zelfs overwegen om kortere snijgereedschappen te gebruiken om de doorbuiging van het gereedschap te verminderen.
Tip 3 - CNC-frees- en draaiparameters aanpassen
CNC-bewerking van titanium vereist zorgvuldig temperatuurbeheer. Een van de meest voor de hand liggende manieren om uw werkstuk en gereedschap koel te houden, is door een consistent hogedrukkoelmiddel rechtstreeks op het snijgebied aan te brengen. Door spanen weg van de snijzone uit te werpen, wordt ook voorkomen dat ze aan het bewerkingsgereedschap blijven kleven.
Tegelijkertijd is het ook belangrijk om speciale aandacht te besteden aan de voedingssnelheid, het spiltoerental en de spaanbelasting. Dit betekent dat u gereedschappen en apparatuur beschermt tegen overmatige stress en tegelijkertijd vermijdt dat u te lang in dezelfde positie blijft.
CNC-bewerking van titaniumdiensten
AN-Prototype biedt een complete titanium CNC-bewerkingsservice voor het vervaardigen van op maat gemaakte titanium onderdelen in complexe organische geometrieën met nauwe toleranties in titanium van klasse 1, titanium van klasse 2 en titanium van klasse 5. AN-Prototype garandeert een constante kwaliteit en snelle doorlooptijd tegen altijd scherpe prijzen. U kunt maximaal 6 verschillende opties voor nabehandeling/oppervlakteafwerking toepassen, waaronder zandstralen, poedercoaten, gladmaken en polijsten, elektroforese, anodiseren en meer.
