Kas yra titanas?
Titanas, žymimas cheminiu simboliu Ti ir atominiu skaičiumi 22, yra blizgus pereinamasis metalas, garsėjantis išskirtiniu tvirtumo ir svorio santykiu, atsparumu korozijai ir biologiniu suderinamumu. XVIII a. pabaigoje atrastas titanas tapo nepakeičiamas įvairiose pramonės šakose, įskaitant aviacijos, medicinos, automobilių ir laivybos sektorius.
Kokios yra skirtingos titano rūšys CNC apdirbimui?
Titanas yra universalus metalas, kuris dėl savo unikalių savybių dažnai naudojamas CNC apdirbimo procese. Yra kelios titano rūšys, kurių kiekviena pasižymi unikaliomis savybėmis, todėl tinka įvairioms reikmėms. Toliau išsamiai aprašytos titano rūšys, paprastai naudojamos CNC apdirbimo procese.
1 klasė: komerciškai grynas titanas (mažas deguonies kiekis)
1 klasės titanas yra minkščiausias ir plastiškiausias, todėl jį galima apdirbti. Taikant jį atšiaurioje aplinkoje, reikia didelio atsparumo korozijai ir patvarumo smūgiams. Ši biologiškai suderinama klasė dėl savo saugumo yra pageidaujama medicininiuose implantuose ir įrangoje. Didelio tikslumo ir stabilumo komponentams naudingas jo mažas šiluminio plėtimosi koeficientas, kuris sumažina šilumines deformacijas. Mažas stiprumas, palyginti su kitomis rūšimis, riboja jo naudojimą didelės apkrovos srityse.
2 klasė: komerciškai grynas titanas (standartinis deguonies kiekis)
2 klasės titanas, kartais vadinamas „darbiniu” titanu, yra stiprus, plastiškas ir atsparus korozijai. Jis gerai apdirbamas ir suvirinamas, todėl yra tvirtesnis nei 1 klasės titanas. Jis tinka aviacijos ir kosmoso komponentams, cheminio perdirbimo įrangai ir jūrinei aplinkai. Dėl savo pritaikomumo tinka pramonės šakoms, kurioms reikia vidutinio stiprumo ir atsparumo korozijai. Nepaisant privalumų, 2 klasė yra silpnesnė už titano lydinius.
3 klasė: komerciškai grynas titanas (vidutinis deguonies kiekis)
3 klasės titanas yra tvirtesnis nei 1 ir 2 klasės, tačiau mažiau plastiškas ir plastiškesnis. Ši klasė naudojama orlaiviuose, kuriuose dėl atsparumo korozijai reikia didesnio stiprumo, bet ne didesnio svorio. Dėl jos stiprumo apdirbti sunkiau nei minkštesnes klases, todėl reikia kruopščiai kontroliuoti, kad būtų išvengta įrankių nusidėvėjimo.
4 klasė: komerciškai grynas titanas (didelis deguonies kiekis)
4 klasė yra stipriausia komerciškai gryno titano klasė, pasižyminti išskirtinėmis korozijos ir mechaninėmis savybėmis. Ji naudojama aeronautikos komponentams ir chirurginei įrangai, kuriems reikia tvirtumo ir ilgaamžiškumo. Dėl savo kietumo 4 klasės titanui apdirbti reikia specialios įrangos ir procesų, kad būtų pasiektos nustatytos tolerancijos, nesusidėvėtų įrankiai ir nesideformuotų ruošiniai.
5 klasė: titano lydinys (Ti-6Al-4V)
5 klasės titanas, Ti-6Al-4V, yra populiarus titano lydinys dėl didelio stiprumo ir svorio santykio bei atsparumo korozijai. Šiame lydinyje yra aliuminio ir vanadžio, todėl jo mechaninės savybės yra geresnės nei gryno titano. Jis naudojamas kosminėje erdvėje, karinėje pramonėje ir didelio našumo automobilių detalėse. Apdirbant 5 klasės lydinį jis yra kietesnis ir linkęs kietėti, todėl reikia atidžiai apgalvoti pjovimo greičius ir parinkti įrankius.
6 klasė: titano lydinys (Ti-5Al-2,5Sn)
6 klasės titanas sudarytas iš aliuminio ir alavo, kuris užtikrina gerą suvirinamumą ir veikimą aukštoje temperatūroje. Ši klasė dažnai naudojama lėktuvų korpusų konstrukcijose ir reaktyviniuose varikliuose, kur labai svarbus atsparumas karščiui. Nors jos mechaninės savybės yra geresnės nei gryno titano klasių, dėl didesnio kietumo, palyginti su 1 ir 2 klasėmis, išlieka mechaninio apdirbimo problemų.
7 klasė: titano lydinys (Ti-0,15Pd)
Į 7 klasės titaną dedama paladžio, todėl jis tampa dar atsparesnis korozijai nei įprastos komercinės grynosios klasės. Dėl to jis ypač gerai tinka cheminio apdorojimo darbams, kai reikia veikti atšiauriomis sąlygomis. Dėl savo ypatingų savybių jis gali būti naudojamas jūroje ir chlorato gamyboje. Tačiau kadangi jis yra kietas, jį sunku apdirbti, kaip ir kitas titano rūšis.
11 klasė: titano lydinys (Ti-0,15Pd)
11 klasės titano lydinys yra panašus į 7 klasės lydinį, tačiau pasižymi didesniu plastiškumu, todėl tinka naudoti labai korozinėje aplinkoje, pavyzdžiui, jūros vandenyje. Jis išlaiko aukštą biologinį suderinamumą, kartu užtikrindamas geresnes mechanines savybes, tinkamas įvairioms pramoninėms reikmėms. Apdirbant šios rūšies lydinius kyla panašių problemų kaip ir kitų lydinių atveju, tačiau jas galima sumažinti taikant tinkamas procedūras.
12 klasė: titano lydinys (Ti-0,3Mo-0,8Ni)
12 klasės plieno struktūroje yra molibdeno ir nikelio, todėl jis pasižymi išskirtiniu suvirinamumu ir atsparumu korozijai. Ši markė dažnai naudojama šilumokaičiuose ir jūriniuose įrenginiuose, nes gali būti atspari atšiaurioms aplinkos sąlygoms, kartu išsaugant struktūros vientisumą. Nors ji turi didelių privalumų, palyginti su gryno titano rūšimis, vis dar išlieka sudėtingo apdirbimo problema.
23 klasė: titano lydinys (Ti-6Al-4V ELI)
23 klasė – tai itin mažo tarpuląsčio 5 klasės variantas, pirmiausia skirtas naudoti medicinoje, kur labai svarbus biologinis suderinamumas. Dėl patobulintos sudėties padidėja jos atsparumas lūžiams, tačiau išlaikomas didelis stiprumas, reikalingas chirurginiams implantams ir prietaisams. Dėl savo unikalių savybių šios klasės medžiagoms apdirbti reikia ypatingo dėmesio, tačiau galutinis rezultatas – aukštus medicinos standartus atitinkančios detalės.
Kodėl rinktis titaną CNC apdirbimo detalėms?
Titano pasirinkimas CNC apdirbimo detalėms turi daug privalumų, todėl jis yra pageidaujama medžiaga įvairiose pramonės šakose.
Išskirtinis tvirtumo ir svorio santykis
Nors titanas yra 5 % silpnesnis už plieną, jo svoris yra 40 % mažesnis. Ši savybė leidžia gamintojams kurti lengvus, bet tvirtus komponentus aviacijos ir automobilių srityse, kur svorio mažinimas yra labai svarbus našumui ir efektyvumui. Galimybė išlaikyti didelį stiprumą ir kartu sumažinti masę keičia žaidimo taisykles sektoriuose, kuriuose didžiausias dėmesys skiriamas našumui.
Didelis atsparumas korozijai
Titanas yra atsparus korozijai, ypač ekstremaliose situacijose, pavyzdžiui, jūriniame ir cheminiame apdorojime. Sudedamosios dalys, kurios turi būti atsparios atšiaurioms sąlygoms, gali būti atsparios jūros vandeniui, rūgštims ir kitoms korozinėms medžiagoms, nesugadindamos jų savybių. Tai prailgina detalių tarnavimo laiką ir sumažina techninės priežiūros išlaidas.
Biologinis suderinamumas
Medicininiams implantams ir įtaisams titanas naudojamas dėl jo biologinio suderinamumo. Chirurginės operacijos, pavyzdžiui, sąnarių protezai ir dantų implantai, yra saugios, nes ši medžiaga nereaguoja su žmogaus audiniais. Sveikatos priežiūros srityje dėl netoksiškumo jis yra tinkamesnis.
Tvarumas ir atsparumas nuovargiui
Titano atsparumas nuovargiui ir ilgaamžiškumas leidžia komponentams atlaikyti daugkartines apkrovas be gedimų. Aviacinės ir kosminės dalys patiria ciklišką apkrovą, todėl ši savybė yra labai svarbi. Titano komponentai yra patikimi svarbiausiose srityse, nes jie gerai veikia esant apkrovai.
Nemagnetinės savybės
Titanas naudingas ir tuo, kad jis nėra magnetinis, todėl gali būti naudojamas ten, kur gali kilti problemų dėl magnetinių trikdžių. Ši savybė labai naudinga medicinos įstaigose (pvz., magnetinio rezonanso aparatuose) ir elektroniniuose prietaisuose, kuriuose reikia kontroliuoti magnetinius laukus.
Machinability and Formability
Ti sunku gaminti dėl riboto šilumos laidumo ir polinkio kietėti, tačiau CNC apdirbimas palengvino jo gamybą. Gamintojai gali pasinaudoti ypatingomis titano savybėmis naudodami CNC stakles sudėtingai geometrijai išpjauti ir toleruoti. Tinkami pjovimo įrankiai, greičiai ir aušinimo sistemos gali sumažinti apdirbimo šilumos kaupimąsi.
Aplinkos tvarumas
Titaną taip pat galima labai gerai perdirbti, todėl jis dar labiau patrauklus kaip ekologiška medžiaga. Galimybė perdirbti titaną sumažina atliekų kiekį ir padidina gamybos operacijų tvarumą.
Sunkumai, į kuriuos reikia atsižvelgti apdirbant titaną
Titano apdirbimas susijęs su įvairiomis kliūtimis, kurios gali trukdyti gamybos procesui. Norint pagaminti aukštos kokybės CNC produkciją, labai svarbu suprasti šias kliūtis. Toliau pateikiame pagrindines titano apdirbimo problemas.
Šilumos kaupimasis
Dėl riboto titano šilumos laidumo apdirbimo šiluma kaupiasi pjovimo įrankio ir ruošinio sąsajoje. Šilumos kaupimasis gali pagreitinti įrankio dėvėjimąsi, sutrumpinti jo tarnavimo laiką ir pabloginti apdirbamo paviršiaus kokybę. Dėl karščio titanas gali sukietėti, todėl netinkamai apdorotas tampa sunkiau apdirbamas. Kad išvengtumėte šios problemos, naudokite aukšto slėgio aušinimo skysčio sistemas ir optimizuokite pastūmos greitį bei suklio sūkius.
Didelė pjovimo jėga
Titano lydiniams dėl jų tvirtumo ir kietumo reikia didelės pjovimo jėgos. Didelės jėgos apdirbant gali sukelti vibraciją ir deformacijas, dėl kurių atsiranda gaminio klaidų ir įrankių nusidėvėjimo. Kad įveiktų šią problemą, staklių operatoriai turi naudoti tvirtus laikiklius ir aštrius specialiai titanui skirtus įrankius.
Cheminis reaktyvumas
Aukštoje temperatūroje titanas chemiškai reaguoja. Šis reaktyvumas gali sukelti paviršiaus oksidaciją ir įskilimus, dėl kurių medžiaga prilimpa prie pjovimo įrankio ir jį sugadina. Deguonis sukietina titano lydinį, todėl sumažėja atsparumas korozijai. Naudojant tinkamus pjovimo skysčius ir apdirbant žemesnėje temperatūroje galima sumažinti šį poveikį.
Elastinė deformacija
Titanas deformuojasi veikiamas pjovimo jėgų dėl mažesnio elastingumo modulio nei plienas. Dėl to apdirbant plonus gaminius jie gali lankstytis arba deformuotis, todėl matmenys gali būti netikslūs. Šiai problemai išspręsti naudokite standžius laikiklius ir pjovimo parametrus, kurie sumažina deformaciją.
Pastatomasis kraštas (BUE)
Titano apdirbimo metu dažnai susidaro pjovimo įrankio nuosėdos. Ant įrankio pjovimo briaunos esančios drožlės jį nudilina ir sukelia karštį. Norint išvengti BUE ir optimizuoti pjovimo sąlygas, reikia naudoti drožlių šalinimo sprendimus, pavyzdžiui, aukšto slėgio aušinimo skysčio naudojimą tiesiai ant pjovimo briaunos.
Chip Control
Ilgos ir plonos titano drožlės gali apvynioti mašinas arba sugadinti apdirbtus paviršius, jei tinkamai nekontroliuojamos. Šios drožlės trukdo perduoti šilumą iš darbo zonos, todėl dar labiau didėja šilumos kaupimasis. Norėdami pagerinti drožlių kontrolę ir išvengti pažeidimų, mašinistai turi sukurti įrankius ir apdirbimo procedūras, skatinančias trumpesnių drožlių susidarymą.
Atliekamosios apkrovos
Titano kristalinė struktūra ir sukietėjimas apdirbimo metu gali sukelti liekamąsias įtampas. Nesuvaldžius šių įtempimų, pagamintas gaminys gali būti iškraipytas arba sulūžti. Padėti gali apdirbimo metodų, kuriais atsižvelgiama į šiuos įtempius, pavyzdžiui, gilesni pjūviai, taikymas.
Tyrimai, kaip apdirbti titaną CNC staklėmis
Nors su titanu labai sunku dirbti, vis dar yra daug pramonės šakų ir dizainerių, nes jis turi daug privalumų.Remdamiesi ilgamete titano apdirbimo patirtimi, apibendrinome šias pamokas.
Pasirinkite tinkamus pjovimo įrankius
Naudokite specialiai titanui skirtus įrankius, pavyzdžiui, padengtus TiCN arba TiAlN dangomis, kad padidintumėte atsparumą karščiui ir sumažintumėte įrankių dėvėjimąsi.
Pjovimo parametrų optimizavimas
Naudokite mažesnius suktuvo sukimosi greičius kartu su didesniu pastūmos greičiu, kad sumažintumėte šilumos išsiskyrimą ir išvengtumėte apdirbimo sukietėjimo. Ši strategija skatina įrankio vientisumą ir prailgina jo tarnavimo laiką.
Užtikrinkite sąrankos standumą
Tvirtai pritvirtinkite ruošinį ir naudokite tvirtus įrankius, kad sumažintumėte vibracijas ir deformacijas, kurios gali pabloginti paviršiaus poliravimą ir matmenų tikslumą.
Naudokite aukšto slėgio aušinimo sistemas.
Naudokite aukšto slėgio aušinimo skystį tiesiai ant pjovimo zonos, kad efektyviai išsklaidytumėte šilumą, sumažintumėte terminius pažeidimus ir padidintumėte drožlių pašalinimą.
Titano detalių paviršiaus apdaila
Apdorotiems titano komponentams gali būti labai naudingi įvairūs paviršiaus apdailos procesai, kurie pagerina praktines ir estetines savybes. Štai keletas dažniausiai naudojamų titano paviršiaus apdorojimo būdų.
Poliravimas
Poliruojant gaunamas lygus, atspindintis paviršius, kuris padidina estetinį titano komponentų patrauklumą. Šis metodas labai naudingas tais atvejais, kai svarbi išvaizda, pavyzdžiui, juvelyrinių dirbinių ir aukštos klasės orlaivių dalių gamyboje. <žyma style=”background-color:rgba(0, 0, 0, 0, 0);color:#2ca3a3″ class=”has-inline-color”>Titano poliravimo detalėžyma>
Anodavimas
Anodavimas – tai elektrocheminis metodas, kurio metu titano paviršius padengiamas apsaugine oksido danga. Taip padidinamas atsparumas korozijai, kartu galima pritaikyti spalvą, todėl tai naudinga medicinos prietaisams ir plataus vartojimo gaminiams.
Bead Blasting
Titano paviršių šlifavimas smėliasrove arba smėliavimu sukuria šiurkščią matinę apdailą. Šis metodas dažnai naudojamas dėl estetinių privalumų, kurie gali padėti padidinti atsparumą įbrėžimams.
PVD danga (fizikinis nusodinimas iš garų)
PVD dangos, įskaitant titano nitrido (TiN), pagerina kietumą ir atsparumą dilimui. Taikant šį metodą ant titano paviršiaus nusodinamas plonas medžiagos sluoksnis, kuris gali pagerinti našumą sudėtingomis sąlygomis.
Elektropoliravimas
Elektrolankinis poliravimas pagerina paviršiaus apdailą pašalindamas nedidelį medžiagos sluoksnį, todėl jis tampa švarus ir blizgus. Ši procedūra taip pat sumažina mikronelygumus ir padidina atsparumą korozijai.
Dengimas milteliniu būdu
Miltelinis dažymas užtikrina ilgalaikę apdailą, kurią galima padengti įvairiais atspalviais. Ji labai naudinga lauko sąlygomis naudojamų titano dalių išvaizdai pagerinti ir atsparumui korozijai padidinti.
Chroming
Chromuojant titano dalys padengiamos chromo sluoksniu, kad būtų atsparesnės rūdims ir įgytų blizgesį. Šis procesas dažnai naudojamas automobiliams apdailinti ir papuošimams gaminti.
Brushing
Titano dalių šepetys suteikia joms unikalią išvaizdą ir padeda paslėpti įbrėžimus bei nusidėvėjimą, nes suteikia paviršiui linijinį raštą.
Dažymas
Titano paviršių dažymas yra paprastas būdas suteikti jiems spalvų ir apsaugoti juos nuo pažeidimų. Dažniausiai jis naudojamas išvaizdai, o jį galima naudoti skirtingais būdais, atsižvelgiant į norimą apdailą.
Titano apdirbtų dalių pritaikymas
Dėl didelio stiprumo ir svorio santykio, atsparumo korozijai ir biologinio suderinamumo titano apdirbtos dalys yra labai svarbios daugeliui įmonių. Jos gali būti naudojamos įvairiose srityse.
Aerokosmoso pramonė
Titanas naudojamas lėktuvuose tokioms svarbioms dalims kaip kompresoriaus mentės, diskai, lėktuvo rėmo konstrukcijos ir važiuoklė, nes yra tvirtas, bet ne per sunkus. Kad lėktuvai gerai veiktų ir ilgai tarnautų, jis turi būti atsparus aukštai temperatūrai ir korozijai.
Medicinos ir odontologijos sritys
Titanas yra populiari medicininių implantų, pavyzdžiui, dantų implantų, sąnarių protezų ir chirurginių įrankių, medžiaga, nes jis yra biologiškai suderinamas ir nereaguoja su kūno skysčiais. Jo naudojimas sumažina atmetimo tikimybę ir užtikrina, kad jis ilgai išliks organizme.
Automobilių sektorius
Titano apdirbtos dalys naudojamos variklio dalims, pavyzdžiui, vožtuvams ir švaistikliams, taip pat išmetimo sistemoms, didelio našumo ir brangiuose automobiliuose. Medžiagos tvirtumas ir lengvumas padeda automobiliui geriau važiuoti ir sunaudoti mažiau degalų. (Vikipedijos šaltinis)
Jūrų transporto priemonės
Titanas yra geras metalas laivų įrangai, sraigtų velenams ir kitoms dalims, kurios bus veikiamos atšiaurių jūros sąlygų, nes nerūdija. Dėl to jis yra patikimas ir ilgaamžis (Vikipedijos šaltinis).
Pramoniniai naudojimo būdai
Titano apdirbtos dalys naudojamos šilumokaičiuose, vožtuvuose ir reaktoriuose chemijos pramonėje ir energijos gamyboje, nes jos gali išlaikyti koroziją ir aukštą temperatūrą, todėl operacijos yra saugios ir efektyvios (Vikipedijos šaltinis).
DUK
Lyginimas su kitomis medžiagomis
Su Ti yra sunkiau dirbti nei su kitomis medžiagomis, nes jis blogai praleidžia šilumą, yra labai stiprus ir linkęs kietėti, todėl reikia specialių įrankių ir metodų.
Kodėl titaną sunku apdirbti?
Dėl nepakankamo šilumos laidumo su titanu sunku dirbti, nes jis lengvai įkaista.
Kokie pjovimo įrankiai geriausiai tinka titanui pjauti?
Pjaunant titaną geriausiai tinka karbido įrankiai su aukštųjų technologijų apdaila, pavyzdžiui, TiAlN arba TiCN. Tokie įrankiai ilgai tarnauja ir padeda išlaikyti mažesnį karštį pjovimo proceso metu.
Kokie apdirbimo procesai dažniausiai naudojami titanui apdoroti?
Frezavimas, pjaustymas, gręžimas ir šlifavimas – tai įprasti darbo su titanu būdai. Norint kokybiškai apdirbti ir kuo mažiau kaitinti bei sumažinti įrankių nusidėvėjimą, reikia atidžiai kontroliuoti kiekvieno proceso pjovimo nustatymus.
Išvada
Gerai įvaldžius šiuos dalykus, titano CNC apdirbimas tampa praktišku ir veiksmingu metodu, leidžiančiu gaminti ilgalaikes ir tikslias detales aviacijos, medicinos ir automobilių pramonės įmonėms.
