Wie Titan für Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Industriekomponenten bearbeitbar ist

Titan wurde erstmals 1791 entdeckt, aber wir begannen sein industrielles Potenzial erst 1948 zu erkennen, als die US-Regierung damit begann, die Titanforschung für den Einsatz in der Luft- und Raumfahrt sowie für Verteidigungsanwendungen zu finanzieren. Titan ist ein reichlich vorkommendes Mineral – der Prozess der Umwandlung von Titanerz in reines Titan oder seine Legierungen ist jedoch komplex und kostspielig. Sie zahlen einen Aufpreis für neues Titan und seine Legierungen im Vergleich zu anderen gewöhnlichen Metallen, die in Bearbeitungs- und Herstellungsprozessen verwendet werden.

Titan bietet eine einzigartige Kombination von Eigenschaften 

Titan ist bekannt für sein Verhältnis von Gewicht zu Festigkeit. Es ist 45 % leichter als Stahl, aber genauso stark, und es ist 60 % schwerer als Aluminium und doppelt so stark. Titan verträgt extreme Temperaturen aufgrund seiner Ermüdungsfestigkeit und seines sehr hohen Schmelzpunkts (3.034 °F oder 1.668 °C) und erfährt aufgrund seines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten auch in Umgebungen mit extremen Temperaturen nur minimale Dimensionsänderungen. Aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit ist es für viele Anwendungen Aluminium und Stahl vorzuziehen, und es wird häufig in der medizinischen Industrie eingesetzt, da es biokompatibel und nicht magnetisch ist.

Diese Eigenschaftskombination stellt einige Herausforderungen dar, wenn es darum geht, kommerziell reines Titan und seine Legierungen in Komponenten für Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Industrie-, Schifffahrts-, Medizin- und Freizeitausrüstung umzuwandeln. Ist Titan maschinell bearbeitbar? Ja, aber Sie müssen verstehen, wie sich seine Eigenschaften auf die Bearbeitungstechniken auswirken.

Ist Titan maschinell bearbeitbar? Ja, aber berücksichtigen Sie diese Faktoren

Titan ist maschinell bearbeitbar, erfordert jedoch besondere Überlegungen bezüglich der Bearbeitungsverfahren. Aufgrund seiner einzigartigen Eigenschaften müssen Sie bei der Bearbeitung von Titan aus folgenden Gründen Vorsicht walten lassen:

• Geringe Wärmeleitfähigkeit kann zu einem übermäßigen Wärmestau in den Schneidwerkzeugen führen, der die Oberflächenqualität beeinträchtigt und die Standzeit des Werkzeugs verkürzt.
• Work-Hardening-Tendenzen und die Klebrigkeit von Legierungen kann lange kontinuierliche Späne erzeugen, die das Werkzeug verwickeln.
• Niedriger Elastizitätsmodul können Rattern und Rückfedern verursachen, was zu einer schlechten Oberflächenqualität führt.

Erfahrene Titan-Mechaniker bewältigen diese Herausforderungen mit der richtigen Einrichtung, den richtigen Werkzeugen, Schnittgeschwindigkeit und Vorschubbalance sowie Frästechniken.

Einstellbares Mountainbike-Ausfallende aus Titan (Bild mit freundlicher Genehmigung von Paragon Machine Works)

Werkzeugauswahl und -verwendung

Die richtige Werkzeugauswahl und -pflege sind von grundlegender Bedeutung für die Herstellung genau dimensionierter Komponenten mit hochwertigen Oberflächen. Dies kann erreicht werden, indem Sie die folgenden Empfehlungen beachten: 

• Achten Sie auf scharfe Werkzeugkanten. Stumpfe Werkzeuge führen zu mehr Wärmeentwicklung, verursachen Risse und erzeugen eine schlechte Oberflächengüte.
• Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge mit PVD-Beschichtungen (Physical Vapor Deposition). Diese Beschichtung widersteht der Klebrigkeit von Legierungen und bricht lange Späne effizient auf.
• Verwenden Sie Hochgeschwindigkeitsstahl- oder Titan-Aluminium-Nitrid-beschichtete Hartmetallwerkzeuge . Diese können für einige Anwendungen optimal sein, da sie helfen, die beim Schneiden erzeugten hohen Temperaturen zu bewältigen, der „Klebrigkeit“ von Legierungen zu widerstehen und lange Späne zu brechen.
• Erwägen Sie die Verwendung eines feinen Pech- oder Maiskolbenwerkzeugs. Die Werkzeuggeometrie, in diesem Fall eine erhöhte Schneidenzahl, verbessert die Abtragsleistung.

Die Härte von Titan kann Werkzeugrattern verursachen, was die Oberflächenbeschaffenheit ruiniert. Dem können Sie vorbeugen, indem Sie auf einen festen Halt des Titan-Werkstücks und einen starren Maschinenaufbau achten.

Hohe Vorschubgeschwindigkeit

Insgesamt sollten Sie die höchstmögliche Vorschubgeschwindigkeit beibehalten, um die erforderliche Oberflächenqualität zu erzielen. Die Empfehlungen des Werkzeugherstellers, die Spindeldrehzahl und die Spanlast werden bei der Berechnung der optimalen Vorschubgeschwindigkeit berücksichtigt. Vermeiden Sie Unterbrechungen, sobald das Werkzeug zu schneiden beginnt. Halten Sie das Werkzeug in Bewegung, um Kaltverfestigung, Festfressen und vorzeitigen Werkzeugverschleiß zu vermeiden.

Niedrige Schnittgeschwindigkeiten

Die Schnittgeschwindigkeit beeinflusst die Wärmeentwicklung im Werkzeug. Eine niedrige Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) in Verbindung mit einer größeren Spanlast kann helfen, die Werkzeugtemperatur zu mäßigen. Kommerziell reines Titan toleriert höhere Drehzahlen als Titanlegierungen. Auch die Technik beeinflusst die Schnittgeschwindigkeit. Vollständiges Schlitzen (180-Grad-Werkzeugeingriff) erfordert beispielsweise eine niedrige Oberflächengeschwindigkeit. Durch die Verringerung des radialen Eingriffs verringern Sie jedoch auch die Zeit, in der die Schneidkante Wärme erzeugt, und verlängern die Abkühlzeit. Infolgedessen können Sie mit weniger radialem Eingriff die Schnittgeschwindigkeit erhöhen und eine akzeptable Werkzeugtemperatur aufrechterhalten.

Kühlmittel ist kritisch

In Anbetracht der Hitzeprobleme bei der Bearbeitung von Titan ist Kühlmittel entscheidend für die Erzielung des gewünschten Finishs. Eine große Auswahl an wasserlöslichen Kühlmitteln ist verfügbar, um die Temperatur zu steuern, Späne zu entfernen, die Werkzeugschneide zu schützen und ihre Lebensdauer zu verlängern. Für eine effiziente Spanabfuhr ist eine Hochdruck-Kühlmittelzufuhr erforderlich. Einige Fräsoperationen können Werkzeuge nutzen, die Kühlmittel über die Spindel direkt an die Schneidkante liefern.

Reduzieren Sie die Kosten für die Bearbeitung von Titan 

Im Vergleich zur Bearbeitung von gewöhnlichen Metallen wie Stahl und Aluminium erfordern die einzigartigen Eigenschaften von Titan ein viel höheres Maß an Geschick und Wissen über die Wechselwirkung zwischen Fräswerkzeugen und Metall, um das erforderliche Finish zu erzielen. Die zusätzliche Zeit und Aufmerksamkeit, die für die maschinelle Bearbeitung von Titan erforderlich sind, kommen zu den bereits höheren Kosten von Titan und seinen Legierungen hinzu.

Als Alternative zu den Kosten für neues Titan verwenden viele Werkstätten verifizierte Titanreste in ihren Produktionsprozessen. Industrial Metal Service ist darauf spezialisiert, brauchbare Titanreste an Werkstätten in der San Francisco Bay Area und darüber hinaus zu liefern. Reste werden mittels Röntgenfluoreszenztechnologie verifiziert, um den Titangehalt sicherzustellen. Wir können auch Titanreste auf Maß zuschneiden lassen, was es Ihnen erleichtert, sofort mit der Bearbeitung zu beginnen. Wir bieten regelmäßige, zuverlässige Lieferungen in der gesamten San Francisco Bay Area und versenden Titan häufig an Werkstätten im ganzen Land, die keinen lokalen Metalllieferanten haben.