{"id":12327,"date":"2024-09-13T11:00:45","date_gmt":"2024-09-13T03:00:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sogaworks.com\/?p=12327"},"modified":"2025-01-10T16:24:42","modified_gmt":"2025-01-10T08:24:42","slug":"cnc-machining-titanium-alloys-challenges-and-tips","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sogaworks.com\/de\/blogs\/cnc-machining-titanium\/","title":{"rendered":"CNC-Bearbeitung von Titan: Legierungen, Herausforderungen und Tipps"},"content":{"rendered":"

Titan und seine Legierungen sind bei uns f\u00fcr ihre hohe Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbest\u00e4ndigkeit bekannt. Es wird in der Luft- und Raumfahrt und in der medizinischen Industrie weit verbreitet. Wir haben viel von Titanteilen profitiert, aber es gibt immer noch viele Einschr\u00e4nkungen bei der CNC-Bearbeitung von Titan. In diesem Artikel wird erl\u00e4utert, was Titan ist, welche Titanlegierungen es gibt und wie die CNC-Bearbeitung von Titan funktioniert.<\/p>\n\n\n\n

Was ist Titan?<\/strong><\/h2>\n\n\n\n

Titan ist ein Metallelement. Die Ordnungszahl des Titans im Periodensystem der Elemente ist 22 (4. Periode, Gruppe NB). Es hat einen silberwei\u00dfen Metallglanz und verf\u00fcgt \u00fcber viele hervorragende Eigenschaften wie einen hohen Schmelzpunkt, eine geringe Dichte, eine hohe Festigkeit und eine gute Flexibilit\u00e4t. Es ist wichtig f\u00fcr industrielle Werkstoffe.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

\"Titan-Element\"<\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Kommerzielles Reintitan<\/h3>\n\n\n\n

Handels\u00fcbliches Reintitan enth\u00e4lt mindestens 99% Reintitan. Vier handels\u00fcbliche Reintitanarten, n\u00e4mlich die Grade 1 - 4. <\/p>\n\n\n\n

Note 1: <\/strong>Der weichste und dehnbarste unter diesen G\u00fcten. Sie besitzt die beste Verformbarkeit, ausgezeichnete Korrosionsbest\u00e4ndigkeit und hohe Schlagz\u00e4higkeit.<\/p>\n\n\n\n

Note 2: <\/strong>Es hat viele der gleichen Eigenschaften wie Titan Grad 1, ist aber etwas st\u00e4rker.<\/p>\n\n\n\n

Note 3: <\/strong>Er ist fester als die G\u00fcteklassen 1 und 2, \u00e4hnlich dehnbar und nur geringf\u00fcgig weniger verformbar.<\/p>\n\n\n\n

Note 4:<\/strong> Die st\u00e4rkste der vier Sorten. Sie zeichnet sich durch Korrosionsbest\u00e4ndigkeit, gute Umformbarkeit und Schwei\u00dfbarkeit aus.<\/p>\n\n\n\n

Mechanische Eigenschaften von handels\u00fcblichem Reintitan<\/strong><\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Eigentum<\/td>Klasse 1<\/td>Klasse 2<\/td>Klasse 3<\/td>Klasse 4<\/td><\/tr>
Zugfestigkeit (MPa)<\/td>240<\/td>345<\/td>450<\/td>550<\/td><\/tr>
Streckgrenze (MPa)<\/td>310<\/td>450<\/td>550<\/td>655<\/td><\/tr>
Bruchdehnung\uff08%\uff09<\/td>24<\/td>20<\/td>18<\/td>15<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Titan-Legierungen<\/h3>\n\n\n\n

Titan hat zwei Phasen, n\u00e4mlich die \u03b1-Phase und die \u03b2-Phase. Je nach den unterschiedlichen Matrixstrukturen, die unter Raumtemperaturbedingungen erhalten werden, k\u00f6nnen Titanlegierungen in die folgenden drei Kategorien unterteilt werden: Titan \u03b1, Titan \u03b2 und Titan a-\u03b2.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

\"Titan<\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Beispiele f\u00fcr Titan<\/strong><\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Katagorie<\/strong><\/td>Beispiele<\/strong><\/td><\/tr>
Titan \u03b1<\/td>Handels\u00fcbliches Reintitan (Grad 1 - 4)
Ti-5Al-2,5Sn (Klasse 6)
Ti-0,2Pd(Grad 7)<\/td><\/tr>
Titan \u03b2<\/td>Ti-5Mo-5V-8Cr-2Al
Ti-10Mo-8V-1Fe-3,5Al
Ti-32Mo<\/td><\/tr>
Titan a-\u03b2<\/td>Ti-6Al-4V (G\u00fcteklasse 5)
Ti-4Al-4Mo-4Sn-0,5Si<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Warum ist die Verarbeitung von Titan so schwierig?<\/h2>\n\n\n\n

Titanlegierungen haben den Vorteil, dass sie leicht und hochfest sind. Die Schwierigkeit der Verarbeitung von Titanlegierungen hat Ingenieure und Techniker jedoch immer beunruhigt.<\/p>\n\n\n\n

Geringe W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit.<\/strong> Die meisten Titanlegierungen haben eine extrem niedrige W\u00e4rmeleitf\u00e4higkeit, die nur 1\/7 von Stahl, 1\/16 von Aluminium und 1\/25 von Kupfer betr\u00e4gt. Daher kann die beim Schneiden von Werkstoffen entstehende W\u00e4rme nicht so leicht abgeleitet werden und konzentriert sich im Schneidbereich. Dies kann leicht zu einer schnellen Abnutzung und Rissbildung des Werkzeugs f\u00fchren und eine Spanansammlung erzeugen, die die Lebensdauer des Werkzeugs verk\u00fcrzt.<\/p>\n\n\n\n

Elastische Verformung von Titan. <\/strong>Der Elastizit\u00e4tsmodul von Titanlegierungen ist relativ niedrig. Zum Beispiel betr\u00e4gt der Elastizit\u00e4tsmodul von TC4 nur 110 GPa, w\u00e4hrend der von 45er Stahl 210 GPa und der von 303, 304, 316 und anderen nichtrostenden St\u00e4hlen etwa 200 GPa betr\u00e4gt. Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen kann es leicht zu elastischen Verformungen kommen, insbesondere bei der Bearbeitung d\u00fcnnwandiger oder ringf\u00f6rmiger Teile.<\/p>\n\n\n\n

Vibration.<\/strong> Die Elastizit\u00e4t von Titanlegierungen mag f\u00fcr die Leistung des Werkst\u00fccks von Vorteil sein, sie ist jedoch die Hauptursache f\u00fcr die Vibrationen beim Schneiden. Die bei der Bearbeitung von Titanlegierungen erzeugten Vibrationen sind 10-mal st\u00e4rker als bei Stahl. Da sich die Schneidew\u00e4rme im Schneideteil konzentriert, entstehen zickzackf\u00f6rmige Sp\u00e4ne, die Schwankungen in der Schneidleistung verursachen.<\/p>\n\n\n\n

Titan CNC-Bearbeitungsprozess<\/h2>\n\n\n\n

Die Titanlegierung ist aufgrund ihrer hohen Festigkeit und schlechten W\u00e4rmeleitung eines der am schwierigsten zu bearbeitenden Metalle. Trotzdem k\u00f6nnen Sie CNC-Bearbeitung<\/a> Titan mit einer Vielzahl von Verfahren.<\/p>\n\n\n\n

CNC-Fr\u00e4sen<\/h3>\n\n\n\n

Beim CNC-Fr\u00e4sen wird ein Werkst\u00fcck durch Materialabtrag mit rotierenden Werkzeugen in die gew\u00fcnschte Form gebracht. Es ist wichtig, die verschiedenen Eigenschaften von Titan zu ber\u00fccksichtigen und die entsprechenden Ma\u00dfnahmen zum Fr\u00e4sen von Titanwerkst\u00fccken zu ergreifen. Die hohe Festigkeit und H\u00e4rte von Titan erfordern robuste Fr\u00e4swerkzeuge, z. B. aus Hartmetall und geh\u00e4rtetem Stahl.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

\"CNC-Fr\u00e4steile<\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

CNC-Drehen<\/h3>\n\n\n\n

Beim CNC-Drehen wird ein Werkst\u00fcck durch Rotation auf einer Spindel in die gew\u00fcnschte Form gebracht, so dass pr\u00e4zise zylindrische Formen entstehen. Eine gute Zerspanungsleistung kann beim Drehen von Titanlegierungen mit Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl oder Wolframkarbid erzielt werden. Hartmetallwerkzeuge reagieren empfindlich auf Vibrationen und erfordern daher eine starre Vorrichtung.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

\"CNC-Drehteil<\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Wasserstrahlschneiden<\/h3>\n\n\n\n

Beim Wasserstrahlschneiden wird Wasser unter hohem Druck zum Schneiden verwendet und es entstehen keine hohen Temperaturen, so dass sich die Materialeigenschaften nicht durch thermische Spannungen oder Verformungen ver\u00e4ndern. Wenn die Titan-Metallplatte jedoch dicker ist, ist die Oberfl\u00e4cheng\u00fcte<\/a> nach der Bearbeitung geringer ist und eine zus\u00e4tzliche Nachbearbeitung erforderlich ist, um eine h\u00f6here Oberfl\u00e4cheng\u00fcte zu erreichen.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

\"Wasserstrahlschneiden<\/figure>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n\n

Tipps f\u00fcr die Bearbeitung von Teilen aus Titan<\/h2>\n\n\n\n

Titanlegierungen zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbest\u00e4ndigkeit aus. Es wird h\u00e4ufig verwendet in Prototyping-Anwendungen f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt.<\/a> Trotzdem gibt es immer noch einige Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Titanlegierungen; daher sind besondere \u00dcberlegungen erforderlich, um eine effiziente und sichere Bearbeitung zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n

W\u00e4hlen Sie die richtigen Schneidwerkzeuge<\/strong>: Verwenden Sie Schneidewerkzeuge, die speziell f\u00fcr Titan entwickelt wurden, wie z. B. Hartmetall- oder diamantbeschichtete Werkzeuge. Diese Werkzeuge haben eine h\u00f6here Hitzebest\u00e4ndigkeit und k\u00f6nnen den hohen Schnittkr\u00e4ften standhalten, die f\u00fcr die Titanbearbeitung erforderlich sind.<\/p>\n\n\n\n

Optimieren Sie die Schnittparameter: <\/strong>Passen Sie die Schnittparameter wie Geschwindigkeit, Vorschub und Schnitttiefe an, um die W\u00e4rmeentwicklung zu minimieren und eine Kaltverfestigung zu verhindern. Im Allgemeinen werden bei der Bearbeitung von Titan langsamere Schnittgeschwindigkeiten und h\u00f6here Vorschubraten empfohlen.<\/p>\n\n\n\n

K\u00fchlmittel verwenden:<\/strong> Verwenden Sie ein Hochdruck-K\u00fchlmittelsystem, um die W\u00e4rme abzuleiten und den Werkzeugverschlei\u00df zu verringern. K\u00fchlmittel kann auch dazu beitragen, Kaltverfestigung zu verhindern, indem es die Temperatur der Schneidkante reduziert.<\/p>\n\n\n\n

Steifigkeit der Einrichtung:<\/strong> Stellen Sie sicher, dass Ihre Maschine, Ihr Werkst\u00fcck und Ihr Werkzeug so steif wie m\u00f6glich sind, um Vibrationen und Werkzeugverformungen zu minimieren. Dies kann durch geeignete Vorrichtungen, Werkzeugauswahl und Maschinenwartung erreicht werden.<\/p>\n\n\n\n

Minimieren Sie den Werkzeugeinsatz: <\/strong>Verwenden Sie Techniken wie trochoidales Fr\u00e4sen oder hocheffizientes Fr\u00e4sen, um den Werkzeugeinsatz zu minimieren und die W\u00e4rmeentwicklung zu verringern. Bei diesen Techniken wird eine geringe radiale Schnitttiefe bei gleichbleibender Spandicke verwendet, was schnellere Vorschubgeschwindigkeiten und ein besseres W\u00e4rmemanagement erm\u00f6glicht.<\/p>\n\n\n\n

Oberfl\u00e4chenveredelung f\u00fcr Titanteile<\/h2>\n\n\n\n

Titan hat immer noch einige M\u00e4ngel, wie geringe Verschlei\u00dffestigkeit, Oxidation bei hohen Temperaturen und mehr. Um die Verschlei\u00df- und Oxidationsbest\u00e4ndigkeit oder andere Eigenschaften von Titan weiter zu verbessern, muss es einigen Oberfl\u00e4chenbehandlungen unterzogen werden. Die meisten Oberfl\u00e4chenbehandlungen k\u00f6nnen auf Titan angewendet werden. Im Folgenden sind einige der g\u00e4ngigen Oberfl\u00e4chenbehandlungen f\u00fcr dieses Metall aufgef\u00fchrt:<\/p>\n\n\n\n

Perlstrahlen:<\/strong> mit feinen Partikeln, die mit hoher Geschwindigkeit auf die Titanoberfl\u00e4che geschossen werden, um sie zu reinigen und zu strukturieren und ihr eine glatte, matte Oberfl\u00e4che zu verleihen.<\/p>\n\n\n\n

Eloxieren: <\/strong>Erh\u00f6ht die Dicke der nat\u00fcrlichen Oxidschicht auf Titan und bietet eine verbesserte Korrosionsbest\u00e4ndigkeit und zus\u00e4tzliche leuchtende Farben.<\/p>\n\n\n\n

Pulverbeschichtung:<\/strong> Auftragen einer trockenen, pulverf\u00f6rmigen Substanz auf die Titanoberfl\u00e4che, um eine dauerhafte Schutzschicht zu bilden.<\/p>\n\n\n\n

Polieren: <\/strong>Gl\u00e4ttung der Titanoberfl\u00e4che zu einem gl\u00e4nzenden, spiegel\u00e4hnlichen Finish.<\/p>\n\n\n\n

Verchromen:<\/strong> Beschichtung von Titan mit einer d\u00fcnnen Chromschicht, die eine gl\u00e4nzende, reflektierende Oberfl\u00e4che ergibt.<\/p>\n\n\n\n

B\u00fcrsten:<\/strong> Sie erzeugt feine, parallele Linien auf der Titanoberfl\u00e4che und bietet eine strukturierte Oberfl\u00e4che.<\/p>\n\n\n\n

CNC-Bearbeitung von Titan bei SogaWorks<\/h2>\n\n\n\n

SogaWorks ist ein Experte f\u00fcr Rapid-Prototyping-Dienstleistungen<\/a>Wir verf\u00fcgen \u00fcber gro\u00dfe Erfahrung in der CNC-Bearbeitung von Titan. Wir bieten hochwertige CNC-Titanbearbeitungsteile zu erschwinglichen Preisen. Mit 5-Achsen-CNC-Bearbeitungsm\u00f6glichkeiten und hochpr\u00e4zisen Werkzeugmaschinen ist unser Team von Ingenieuren bereit, Ihre Projekte in k\u00fcrzester Zeit anzunehmen und zu bearbeiten und so die Zeit zu verk\u00fcrzen, bis Ihr Produkt auf den Markt kommt.<\/p>\n\n\n\n

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Titan und seine Legierungen sind bei uns f\u00fcr ihre hohe Festigkeit, Haltbarkeit und Korrosionsbest\u00e4ndigkeit bekannt. 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