Какво е титанът?
Титанът, означаван с химичния символ Ti и атомен номер 22, е блестящ преходен метал, известен с изключителното си съотношение между здравина и тегло, устойчивост на корозия и биосъвместимост. Открит в края на XVIII в., титанът е станал незаменим в различни индустрии, включително в космическата, медицинската, автомобилната и морската.
Какви са различните класове титан за CNC обработка?
Титанът е универсален метал, който често се използва в CNC обработката поради уникалните си характеристики. Съществуват няколко класа титан, всеки от които има уникални свойства, които го правят подходящ за различни приложения. Марките титан, които обикновено се използват в CNC обработката, са описани подробно по-долу.
Категория 1: Търговски чист титан (ниско съдържание на кислород)
Титанът от клас 1 е най-мекият и най-еластичният, което го прави обработваем. Приложенията в тежки среди изискват силна устойчивост на корозия и издръжливост на удар. Този биосъвместим клас е предпочитан в медицинските импланти и оборудване поради своята безопасност. Компонентите с висока прецизност и стабилност се възползват от ниския му коефициент на термично разширение, което намалява термичните деформации. Ниската якост ограничава употребата му в приложения с високи натоварвания в сравнение с други класове.
Град 2: Търговски чист титан (стандартно съдържание на кислород)
Титанът от клас 2, понякога наричан „работен кон“, е здрав, еластичен и устойчив на корозия. С добра обработваемост и заваряемост, той е по-здрав от клас 1. Подходящ е за космически компоненти, оборудване за химическа обработка и морска среда. Адаптивността му го прави подходящ за индустрии, които се нуждаят от умерена здравина и устойчивост на корозия. Клас 2 е по-слаб от титановите сплави въпреки предимствата си.
Град 3: Търговски чист титан (средно съдържание на кислород)
Титанът от клас 3 има по-добра якост от класове 1 и 2, но по-малка пластичност и пластичност. Този клас се използва в самолетни приложения, които изискват по-добра якост, без да се увеличава теглото, поради устойчивостта му на корозия. Неговата здравина прави обработката по-трудна от по-меките класове, което изисква внимателен контрол, за да се избегне износването на инструментите.
Град 4: Търговски чист титан (високо съдържание на кислород)
Клас 4 е най-здравият търговски чист клас титан с изключителни корозионни и механични качества. Той се използва в авиационни компоненти и хирургично оборудване, които изискват здравина и дълготрайност. Поради своята твърдост обработката на титан клас 4 изисква специализирано оборудване и процеси за постигане на определени допуски без износване на инструмента или деформация на детайла.
Градус 5: Титаниева сплав (Ti-6Al-4V)
Титанът от клас 5, Ti-6Al-4V, е популярна титанова сплав поради високото си съотношение между здравина и тегло и устойчивостта на корозия. Тази сплав съдържа алуминий и ванадий, което подобрява механичните ѝ качества над тези на чистия титан. Тя се използва в аерокосмическите, военните и високопроизводителните автомобилни части. Обработката на клас 5 е по-твърда и има склонност към втвърдяване, поради което скоростите на рязане и изборът на инструменти трябва да се обмислят внимателно.
Градус 6: титанова сплав (Ti-5Al-2.5Sn)
Титанът от клас 6 е съставен от алуминий и калай, което осигурява добра заваряемост и висока температура. Този клас се използва често в конструкциите на самолетни корпуси и реактивни двигатели, където устойчивостта на топлина е от решаващо значение. Въпреки че има по-добри механични качества от чистите титаниеви класове, продължават да съществуват проблеми с обработката поради по-високата му твърдост в сравнение с класове 1 и 2.
Градус 7: титанова сплав (Ti-0.15Pd)
Към титана от клас 7 е добавен паладий, който го прави още по-устойчив на корозия от обикновените търговски чисти класове. Поради това той работи особено добре при работа с химически продукти, които изискват излагане на тежки условия. Благодарение на специалните си свойства той може да се използва в морски условия и при производството на хлорат. Въпреки това, тъй като е твърд, той е труден за обработка, точно както другите класове титан.
Градус 11: титанова сплав (Ti-0.15Pd)
Титаниевата сплав от клас 11 е подобна на клас 7, но с повишена еластичност, което я прави подходяща за използване в силно корозивни среди, като например морска вода. Тя запазва висока биосъвместимост, като същевременно осигурява подобрени механични качества, подходящи за различни индустриални приложения. Обработката на този клас е свързана с проблеми, подобни на тези при другите сплави, но те могат да бъдат смекчени с подходящи процедури.
Градус 12: титанова сплав (Ti-0.3Mo-0.8Ni)
Структурата на клас 12 включва молибден и никел, което води до изключителна заваряемост и устойчивост на корозия. Този клас често се използва в топлообменници и морски приложения поради способността му да понася тежки условия, като същевременно запазва структурната цялост. Въпреки че има големи предимства в сравнение с чистите титаниеви класове, сложността на обработката остава проблем.
Градус 23: Титаниева сплав (Ti-6Al-4V ELI)
Клас 23 е вариант на клас 5 с изключително ниска интерстициалност, създаден предимно за медицински приложения, при които биосъвместимостта е от решаващо значение. Неговият усъвършенстван състав осигурява повишена якост на счупване, като същевременно запазва високата якост, необходима за хирургически импланти и устройства. Поради уникалните си качества обработката на този клас изисква специално внимание, но крайният резултат са части, които отговарят на високите медицински стандарти.
Защо да изберем титан за части за CNC обработка?
Изборът на титан за части за CNC обработка предлага многобройни предимства, което го прави предпочитан материал в различни индустрии.
Изключително съотношение между здравина и тегло
Въпреки че е с 5% по-слаб от стоманата, теглото на титана е с 40% по-ниско. В аеронавтиката и автомобилостроенето, където намаляването на теглото е от решаващо значение за производителността и ефективността, тази особеност позволява на производителите да разработват леки, но здрави компоненти. Възможността да се поддържа висока якост, като същевременно се минимизира масата, е фактор, който променя правилата на играта в секторите, ориентирани към производителността.
Висока устойчивост на корозия
Титанът е устойчив на корозия, особено в екстремни ситуации като морска и химическа обработка. За компоненти, които трябва да издържат на тежки условия, титанът може да издържа на морска вода, киселини и други корозивни вещества, без да се влошава. Това удължава живота на частите и намалява разходите за поддръжка.
Биосъвместимост
В медицинските импланти и приспособления се използва титан поради неговата биосъвместимост. Хирургичните приложения като ставни заместители и зъбни импланти са безопасни, тъй като веществото не реагира с човешката тъкан. В здравеопазването нетоксичността му го прави по-подходящо.
Трайност и устойчивост на умора
Устойчивостта на умора и издръжливостта на титана позволяват на компонентите да издържат на многократни натоварвания, без да се повредят. Частите за космически цели са подложени на циклично натоварване, което прави това качество изключително важно. Титановите компоненти са надеждни в основни приложения, тъй като се представят добре при натоварване.
Немагнитни свойства
Титанът е полезен и поради това, че не е магнитен, така че може да се използва на места, където магнитните смущения могат да бъдат проблем. Тази особеност е много полезна в медицината (като апаратите за ядрено-магнитен резонанс) и в електронните устройства, които трябва да контролират магнитните полета.
Машинируемост и формоване
Производството на Ti е трудно поради ограничената му топлопроводимост и склонността му към втвърдяване, но обработката с ЦПУ го улесни. Производителите могат да използват специалните качества на титана, като използват машини с ЦПУ за изрязване и толериране на сложна геометрия. Подходящите режещи инструменти, скорости и охладителни системи могат да намалят натрупването на топлина при обработката.
Устойчивост на околната среда
Титанът също така е изключително рециклируем, което увеличава привлекателността му като екологично отговорен материал. Възможността за рециклиране на титан намалява до минимум отпадъците и увеличава устойчивостта на производствените операции.
Проблеми, които трябва да се вземат предвид при обработката на титан
Обработката на титан включва различни препятствия, които могат да възпрепятстват производствения процес. Разбирането на тези препятствия е от решаващо значение за производството на висококачествени продукти с ЦПУ. Ето основните предизвикателства при обработката на титан.
Натрупване на топлина
Ограничената топлопроводимост на титана води до натрупване на топлина при обработката на интерфейса между режещия инструмент и обработвания детайл. Натрупването на топлина може да ускори износването на инструмента, да съкрати живота му и да влоши качеството на обработваната повърхност. Топлината може да втвърди титана, което го прави по-труден за обработка, ако не се обработва правилно. Използвайте системи за охлаждаща течност с високо налягане и оптимизирайте скоростите на подаване и на шпиндела, за да избегнете този проблем.
Високи сили на рязане
Заради своята здравина и твърдост титановите сплави изискват големи сили на рязане. Големите сили могат да предизвикат вибрации и деформации по време на обработката, което води до грешки в продукта и износване на инструмента. За да преодолеят този проблем, операторите на машини трябва да използват здрави работни държачи и остри инструменти, специфични за титан.
Химична реактивност
Титанът реагира химически при високи температури. Тази реактивност може да доведе до окисляване на повърхността и образуване на нагар, който залепва материала към режещия инструмент и го поврежда. Кислородът втвърдява титановата сплав, като намалява устойчивостта на корозия. Използването на подходящи режещи течности и обработката при по-ниски температури може да намали тези въздействия.
Еластична деформация
Титанът се деформира под действието на силите на рязане поради по-ниския си модул на еластичност в сравнение със стоманата. Това може да доведе до огъване или изкривяване на тънки елементи по време на обработката, което води до размери извън допустимите. За решаване на този проблем използвайте твърдо закрепване на детайлите и параметри на рязане, които свеждат до минимум деформацията.
Край на сградата (BUE)
Обработката на титан често води до натрупване на режещ инструмент. Стружките по режещия ръб на инструмента го притъпяват и генерират топлина. Предотвратяването на БУЕ и оптимизирането на условията на рязане изисква решения за отстраняване на стружките, като например прилагане на охлаждаща течност под високо налягане директно върху режещия ръб.
Контрол на чипове
Дългите, тънки титанови стружки могат да се увият около машините или да повредят обработените повърхности, ако не се контролират правилно. Тези стружки пречат на топлоотдаването от работната зона, като влошават натрупването на топлина. За да се повиши контролът на стружките и да се предотвратят повредите, механиците трябва да разработят инструменти и процедури за обработка, които насърчават образуването на по-къси стружки.
Остатъчни напрежения
Кристалната структура на титана и работното му втвърдяване могат да предизвикат остатъчни напрежения по време на обработката. Неуправляването на тези напрежения може да доведе до изкривяване или счупване на готовия продукт. Прилагането на техники за обработка, които се съобразяват с тези напрежения, като например по-дълбоки разрези, може да помогне.
Съвети за обработване на титан с CNC машини
Въпреки че титанът е много труден за обработка, все още има много индустрии и дизайнери заради многобройните му предимства.Въз основа на дългогодишния ни опит в обработката на титан обобщихме следните уроци.
Избор на подходящи режещи инструменти
Използвайте специфични за титана инструменти, като например такива с покрития TiCN или TiAlN, за да подобрите термичната устойчивост и да намалите износването на инструментите.
Оптимизиране на параметрите на рязане
Използвайте по-ниски скорости на шпиндела в комбинация с увеличени скорости на подаване, за да намалите генерирането на топлина и да предотвратите втвърдяването на детайла. Тази стратегия насърчава целостта на инструмента и удължава живота му.
Осигуряване на твърдост при настройката
Закрепете здраво обработвания детайл и използвайте стабилни настройки на инструментите, за да намалите вибрациите и отклоненията, които могат да влошат полирането на повърхността и точността на размерите.
Използвайте охладителни системи с високо налягане.
Използвайте охлаждаща течност под високо налягане директно върху зоната на рязане, за да разсеете ефективно топлината, да намалите термичните повреди и да увеличите отвеждането на стружките.
Повърхностни покрития за машинно обработени титанови части
Обработените титаниеви компоненти могат да извлекат голяма полза от различни процеси на повърхностна обработка, които подобряват както практическите, така и естетическите характеристики. Ето някои от най-често използваните повърхностни обработки на титан.
Полиране
Полирането води до гладка, отразяваща повърхност, която подобрява естетическия вид на титановите компоненти. Този метод е много полезен за приложения, при които външният вид е важен, като например бижута и висококачествени самолетни части. <марка style=“background-color:rgba(0, 0, 0, 0);color:#2ca3a3″ class=“has-inline-color“>Детайли от полирането на титанмарка>
Анодиране
Анодирането е електрохимична техника, при която върху повърхността на титана се нанася защитно оксидно покритие. Това подобрява устойчивостта на корозия, като същевременно позволява персонализиране на цвета, което го прави полезен за медицински изделия и потребителски продукти.
Безвъздушно почистване на мъниста
При бластиране или пясъкоструене се получава грубо матово покритие на титановите повърхности. Този подход често се използва заради естетическите му предимства, които могат да помогнат за повишаване на устойчивостта на надраскване.
PVD покритие (физическо отлагане от пари)
PVD покритията, включително титанов нитрид (TiN), подобряват твърдостта и износоустойчивостта. Този метод включва отлагане на тънък слой материал върху титановата повърхност, което може да подобри работата в трудни условия.
Електрополиране
Електрополирането повишава качеството на повърхността, като премахва малък слой материал, оставяйки я чиста и блестяща. Тази процедура също така намалява микрогрубостите и увеличава устойчивостта на корозия.
Прахово покритие
Праховото боядисване осигурява дълготрайно покритие, което може да се нанася в различни нюанси. То е много полезно за подобряване на външния вид и устойчивостта на корозия на титанови части, използвани на открито.
Хромиране
При хромирането върху титаниевите части се полага слой хром, за да се повиши устойчивостта им на ръжда и да се придаде лъскаво покритие. Този процес често се използва за довършване на автомобили и изработване на декорации.
Бруширане
Четковото почистване на титанови части им придава уникален вид и помага да се скрият драскотините и износването с течение на времето, като придава на повърхността линеен рисунък.
Боядисване
Боядисването на титанови повърхности е лесен начин да добавите цвят и да ги предпазите от повреда. Обикновено се използва за външен вид, а за нанасянето му могат да се използват различни техники в зависимост от желаното покритие.
Приложения на титаниеви машинни части
Благодарение на високото съотношение между здравина и тегло, устойчивостта на корозия и биосъвместимостта, обработените части от титан са от съществено значение за много предприятия. Те могат да се използват в редица области.
Аерокосмическа индустрия
Титанът се използва в самолетите за важни части като лопатките на компресорите, дисковете, структурите на планера и шасито, тъй като е здрав, но не е прекалено тежък. За да могат самолетите да работят добре и да издържат дълго време, те трябва да могат да издържат на високи температури и корозия.
Медицински и стоматологични области
Титанът е популярен материал за медицински импланти, като зъбни импланти, ставни протези и хирургически инструменти, тъй като е биосъвместим и не реагира с телесните течности. Използването му намалява вероятността от отказ и гарантира, че ще издържи в тялото.
Автомобилен сектор
Обработените от титан части се използват за части на двигателя, като клапани и свързващи пръти, както и за изпускателни системи, в скъпи автомобили с висока производителност. Здравината и лекотата на материала помагат на автомобила да работи по-добре и да използва по-малко гориво. (Източник на Уикипедия)
Морски приложения
Титанът е добър метал за морски съоръжения, валове на витла и други части, които ще бъдат изложени на тежки морски условия, тъй като не ръждясва. Това го прави надежден и дълготраен.(Източник на Уикипедия)
Индустриални употреби
Обработените части от титан се използват в топлообменници, клапани и реактори в химическата промишленост и производството на енергия, тъй като могат да издържат на корозивни среди и високи температури, което поддържа операциите безопасни и ефективни.(Източник на Уикипедия)
Отговори
Сравнение с други материали
Работата с Ti е по-трудна от тази с други материали, тъй като той не провежда добре топлина, много е здрав и има склонност към втвърдяване, което означава, че са необходими специални инструменти и методи.
Защо титанът се обработва трудно?
Липсата на топлопроводимост затруднява работата с титан, тъй като той лесно се нагрява.
Какви режещи инструменти са най-добри за титан?
Когато става въпрос за рязане на титан, най-добре работят твърдосплавни инструменти с високотехнологични покрития като TiAlN или TiCN. Тези инструменти издържат дълго време и спомагат за задържане на топлината по време на процеса на рязане.
Какви процеси на обработка обикновено се използват за титан?
Фрезоването, рязането, пробиването и шлайфането са обичайни начини за работа с титан. За да се получи добра обработка, като същевременно се поддържат минимални топлина и износване на инструментите, всеки процес се нуждае от внимателен контрол на настройките за рязане.
Заключение
Като се усъвършенствате в тези неща, CNC обработката на титан се превръща в практичен и ефективен метод за изработване на дълготрайни и точни части за космически, медицински и автомобилни предприятия.
