Обработка титана с ЧПУ: Сплавы, проблемы и советы

Титан и его сплавы известны нам своей высокой прочностью, долговечностью и коррозионной стойкостью. Он широко используется в аэрокосмической и медицинской промышленности. Мы извлекли много пользы из титановых деталей, но в обработке титана на станках с ЧПУ все еще существует множество ограничений. В этой статье мы рассмотрим, что такое титан, распространенные титановые сплавы и обработку титана на станках с ЧПУ.

Что такое титан?

Титан - металлический элемент. Атомный номер титана в периодической таблице элементов - 22 (4-й период, группа NB). Он имеет серебристо-белый металлический блеск и обладает многими превосходными свойствами, такими как высокая температура плавления, низкая плотность, высокая прочность и хорошая гибкость. Он важен для изготовления промышленных материалов.

Коммерчески чистый титан

Коммерчески чистый титан содержит минимум 99% чистого титана. Существует четыре коммерчески чистых типа титана, а именно марки 1 - 4. 

1 класс: Самая мягкая и пластичная из всех марок. Обладает наибольшей пластичностью, отличной коррозионной стойкостью и высокой ударной вязкостью.

2 класс: Он обладает теми же качествами, что и титан Grade 1, но немного прочнее.

3 класс: Он прочнее, чем сплавы 1 и 2, имеет схожую пластичность и лишь немного хуже поддается формовке.

4 класс: Самая прочная из четырех марок. Обладает коррозионной стойкостью, хорошей формуемостью и свариваемостью.

Механические свойства коммерчески чистого титана

Недвижимость	1 класс	2 класс	3 класс	4 класс
Прочность на разрыв (МПа)	240	345	450	550
Предел текучести (МПа)	310	450	550	655
Удлинение при разрыве（%）	24	20	18	15

Титановые сплавы

Титан состоит из двух фаз, а именно α-фазы и β-фазы. В соответствии с различными структурами матрицы, полученными в условиях комнатной температуры, титановые сплавы можно разделить на следующие три категории: титан α, титан β и титан a-β.

Примеры титана

Катагория	Примеры
Титан α	Коммерчески чистый титан (Grade 1 - 4) Ti-5Al-2.5Sn (класс 6) Ti-0.2Pd (Grade 7)
Титан β	Ti-5Mo-5V-8Cr-2Al Ti-10Mo-8V-1Fe-3.5Al Ti-32Mo
Титан a-β	Ti-6Al-4V (класс 5) Ti-4Al-4Mo-4Sn-0.5Si

Почему титан трудно обрабатывать?

Преимуществами титанового сплава являются легкость и высокая прочность. Однако сложность обработки титанового сплава всегда беспокоила инженеров и техников.

Низкая теплопроводность. Большинство титановых сплавов имеют крайне низкую теплопроводность, которая составляет всего 1/7 от стали, 1/16 от алюминия и 1/25 от меди. Поэтому тепло, выделяемое при резке материалов, нелегко отводится и концентрируется в зоне резания. Это может легко привести к быстрому износу и растрескиванию инструмента, а также к накоплению стружки, что сокращает срок службы инструмента.

Упругая деформация титана. Модуль упругости титанового сплава относительно низок. Например, модуль упругости TC4 составляет всего 110 ГПа, в то время как у стали 45 - 210 ГПа, а у нержавеющих сталей 303, 304, 316 и других - около 200 ГПа. При обработке титанового сплава легко возникают упругие деформации, особенно при обработке тонкостенных или кольцевых деталей.

Вибрация. Эластичность титановых сплавов может быть выгодна с точки зрения характеристик детали, но она становится основной причиной вибрации при резке. Вибрация, возникающая при обработке титановых сплавов, в 10 раз выше, чем при обработке стали. Поскольку тепло резания сосредоточено в режущей части, оно приводит к образованию зигзагообразной стружки, вызывающей колебания мощности резания.

Процесс обработки титана с ЧПУ

Титановый сплав - один из самых сложных металлов для обработки из-за его высокой прочности и плохой теплопроводности. Несмотря на это, вы можете Обработка на станках с ЧПУ титана с использованием множества технологических процессов.

Фрезерование с ЧПУ

Фрезерная обработка с ЧПУ создает желаемую форму заготовки путем удаления материала с помощью вращающихся инструментов. Важно учитывать различные свойства титана и принимать соответствующие меры для фрезерования титановых заготовок. Высокая прочность и твердость титана требуют применения жестких фрезерных инструментов, например, из твердого сплава или закаленной стали.

Токарная обработка с ЧПУ

Токарная обработка с ЧПУ позволяет получить желаемую форму заготовки, вращая ее на шпинделе и формируя точные цилиндрические формы. Хорошие характеристики резания достигаются при токарной обработке титановых сплавов инструментами из быстрорежущей стали или карбида вольфрама. Твердосплавные инструменты чувствительны к вибрации и поэтому требуют жесткого крепления.

Гидроабразивная резка

При гидроабразивной резке для резки используется вода под высоким давлением, которая не создает высоких температур, поэтому не вызывает изменения свойств материала из-за теплового напряжения или деформации. Однако если толщина титановой пластины больше, то обработка поверхности после обработки ниже, и для достижения более высокой чистоты поверхности требуется дополнительная постобработка.

Советы по обработке титановых деталей

Доказано, что титановый сплав обладает высокой прочностью, долговечностью и устойчивостью к коррозии. Он широко используется в аэрокосмическое прототипирование. Несмотря на это, обработка титанового сплава все еще сопряжена с некоторыми трудностями, поэтому для обеспечения эффективной и безопасной обработки требуются специальные меры.

Выберите подходящие режущие инструменты: Используйте режущие инструменты, разработанные специально для титана, например инструменты из твердого сплава или с алмазным напылением. Такие инструменты обладают более высокой термостойкостью и могут выдерживать большие усилия резания, необходимые для обработки титана.

Оптимизируйте параметры резки: Отрегулируйте параметры резания, такие как скорость, подача и глубина резания, чтобы минимизировать выделение тепла и предотвратить закалку. Как правило, при обработке титана рекомендуется использовать более низкие скорости резания и более высокие скорости подачи.

Используйте охлаждающую жидкость: Используйте систему СОЖ высокого давления для отвода тепла и уменьшения износа инструмента. Охлаждающая жидкость также помогает предотвратить закалку заготовки, снижая температуру режущей кромки.

Жесткость установки: Убедитесь, что ваш станок, заготовка и инструмент установлены максимально жестко, чтобы свести к минимуму вибрацию и отклонение инструмента. Этого можно достичь с помощью правильных приспособлений, выбора инструмента и обслуживания станка.

Минимизируйте задействование инструмента: Используйте такие методы, как трохоидальное фрезерование или высокоэффективное фрезерование, чтобы минимизировать зацепление инструмента и снизить тепловыделение. Эти методы предполагают использование малой радиальной глубины резания при сохранении постоянной толщины стружки, что позволяет увеличить скорость подачи и улучшить терморегулирование.

Обработка поверхности титановых деталей

Титан все еще имеет некоторые недостатки, такие как низкая износостойкость, окисление при высоких температурах и другие. Чтобы еще больше повысить износостойкость, устойчивость к окислению и другие характеристики титана, его необходимо подвергнуть нескольким видам обработки поверхности. Большинство вариантов обработки поверхности могут быть применены к титану. Ниже перечислены некоторые из распространенных видов обработки поверхности этого металла:

Дробеструйная обработка: Мелкие частицы, выстреливаемые на высокой скорости, очищают и текстурируют поверхность титана, придавая ей гладкость и матовость.

Анодирование: Увеличение толщины естественного оксидного слоя на титане, что обеспечивает повышенную коррозионную стойкость и дополнительные яркие цвета.

Порошковое покрытие: нанесение сухого порошкообразного вещества на поверхность титана для создания прочного защитного слоя.

Полировка: выравнивает поверхность титана до зеркального блеска.

Хромирование: Покрытие титана тонким слоем хрома с блестящей, отражающей поверхностью.

Чистка зубов: Создает тонкие параллельные линии на поверхности титана и обеспечивает текстурированную отделку.

Услуги по обработке титана с ЧПУ в SogaWorks

Компания SogaWorks является экспертом в области услуги быстрого прототипированияМы обладаем большим опытом в области обработки титана с ЧПУ. Мы предоставляем высококачественные детали для обработки титана с ЧПУ по доступным ценам. Обладая возможностями 5-осевой обработки с ЧПУ и высокоточными станками, наша команда инженеров готова принять и обработать ваши проекты в кратчайшие сроки, тем самым сокращая время вывода вашего продукта на рынок.