Meistern Sie die CNC-Bearbeitung von Titan:Tipps, Herausforderungen und Materialqualitäten

Titan ist ein bemerkenswertes CNC-Bearbeitungsmaterial. Es hält hohen Temperaturen stand und ist beständig gegen chemische Korrosion. Darüber hinaus ist es leicht und verfügt über mehrere andere Eigenschaften, was es einzigartig und für Hersteller wünschenswert macht.

CNC-bearbeitete Titanteile sind extrem langlebig, die Bearbeitung von Titan kann jedoch aufgrund seiner hohen Zugfestigkeit eine Herausforderung darstellen. In diesem Artikel bieten wir großartige Informationen zur CNC-Bearbeitung von Titan, zur Auswahl der richtigen Schneidwerkzeuge für die Bearbeitung von Titan und nützliche Tipps für eine erfolgreiche Bearbeitung.

Warum Titan für die CNC-Bearbeitung von Teilen wählen?

Zu den Hauptvorteilen von CNC-Titan als Fertigungsmaterial gehören seine hervorragende Biokompatibilität, sein hoher Grad an Korrosionsbeständigkeit und das höchste Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aller Metalle. Dieses Metall verfügt außerdem über eine ausgezeichnete Duktilität und gute Bearbeitbarkeit. Weitere Gründe, sich für Titan für CNC-Bearbeitungsteile zu entscheiden, sind:

• Haltbarkeit:Titan ist äußerst langlebig und ideal für die Herstellung von CNC-bearbeiteten Teilen, die rauen oder extremen Arbeitsbedingungen ausgesetzt sind.
• Nicht magnetisch:Dieses Metall hat keine magnetischen Eigenschaften. Es verfügt außerdem über eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit und ist somit resistent gegen korrosive Kräfte.
• Ungiftig:Titan ist korrosionsbeständig, weist eine hohe Biokompatibilität und ungiftige Eigenschaften auf und eignet sich daher ideal für den Einsatz in der medizinischen Industrie.

Diese Eigenschaften von Titan ermöglichen die Anwendung in verschiedenen Branchen, einschließlich der Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Automobilindustrie.

Herausforderungen, die bei der Bearbeitung von Titan zu berücksichtigen sind

Obwohl CNC-Titan ein großartiges Material für viele Anwendungen ist, stehen Hersteller bei der Bearbeitung oft vor Herausforderungen. Zu diesen Herausforderungen gehören:

Hohe chemische Reaktivität und Abrieb

Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen können einige Gase mit ihnen reagieren, was zu Problemen wie Oberflächenoxidation und Versprödung führen kann. Dies kann die Komponenten schwächen und ihre Korrosionsbeständigkeit verringern.

Außerdem hat dieses Metall im Vergleich zu seiner hohen Festigkeit einen niedrigen Elastizitätsmodul, was es zu einem gummiartigen Material für die Bearbeitung macht. Da Titan gummiartig ist, kann es am CNC-Schneidwerkzeug haften bleiben, was zu Ausfällen und Schäden führen kann. Abgesehen von Werkzeugschäden beeinträchtigt häufig Abrieb die Oberflächengüte von Titan.

Wärmeentwicklung und Schnittkräfte

Eine der größten Herausforderungen besteht darin, bei der Bearbeitung von Titan eine kühle Temperatur aufrechtzuerhalten. Der Grund dafür ist, dass Titan eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat, was dazu führt, dass das Metallwerkstück an den Stellen, an denen das Werkzeug schnell bearbeitet wird, Hitze aufbaut. Dieses verschleißt schneller und könnte sich negativ auf die Qualität der Schnittflächen auswirken, wenn es nicht gehandhabt wird, insbesondere bei der Bearbeitung härterer Titanlegierungen.

Für diese härteren Titanlegierungen ist die Verwendung einer größeren Spanlast und einer niedrigeren Drehzahl auf der CNC-Maschine unerlässlich. Ein Hochdruckkühlmittel kann auch dazu beitragen, dass Ihre Schneidwerkzeuge effizienter arbeiten und Titanteile von höherer Qualität herstellen.

Außerdem erfordern Titanlegierungen hohe Schnittkräfte, was das Schneiden erschwert. Diese Schnittkräfte verursachen häufig Werkzeugverschleiß, fehlerhafte Teile und hohe Vibrationen und beeinträchtigen somit die Produktqualität und Oberflächengüte.

Eigen- und Verfestigungsspannungen

Aufgrund ihrer Kristallstruktur sind Titanlegierungen nicht besonders flexibel, was zu Problemen bei der Bearbeitung führen kann. Ihre Kristallstruktur kann die Schnittkraft während der Bearbeitung erhöhen, die Bearbeitungsfreundlichkeit verringern und die Wahrscheinlichkeit von Restspannungen erhöhen. Diese Spannungen können dazu führen, dass sich die Position verdreht, reißt oder weniger lange hält.

Nützliche Tipps für die Titanbearbeitung

Aufgrund der Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Titan zögern viele Maschinenwerkstätten, mit diesem hochmodernen Material zu arbeiten. Aufgrund seiner außergewöhnlichen Eigenschaften entscheiden sich jedoch viele Hersteller für die Verwendung von Titan zur Herstellung hochwertiger Teile. Glücklicherweise haben erfahrene CNC-Maschinenbauer und Werkzeughersteller nützliche Tipps zum maschinellen Titan entwickelt.

Teile sicher befestigen

Alles, was Sie tun können, um Vibrationen zu verringern, erleichtert die Bearbeitung von Titan, da Titan bereits dazu neigt, Werkzeugrattern zu erzeugen. Um eine Durchbiegung des Werkstücks zu verhindern, befestigen Sie die Teile sicher. Nutzen Sie außerdem erstklassige CNC-Maschinen mit extrem stabilen Werkzeuganordnungen. Um die Durchbiegung des Werkzeugs zu minimieren, können Sie sogar den Einsatz kürzerer Schneidwerkzeuge in Betracht ziehen.

Wählen Sie das richtige Schneidwerkzeug

Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Titan entwickeln Werkzeughersteller neue Strategien, um die Bearbeitbarkeit von Titan zu verbessern. Schneidwerkzeuge mit Beschichtungen aus Titancarbonitrid (TiCN) oder hitzebeständigem Titanaluminiumnitrid (TiAlN) können länger halten.

Insgesamt sollten Maschinenbauer sich für titanspezifische Werkzeuge von höchster Qualität entscheiden und abgenutzte Geräte regelmäßig überprüfen und ersetzen. Erwägen Sie außerdem die Verwendung eines Werkzeugs mit kleinerem Durchmesser und mehr Schneidkanten, um sicherzustellen, dass die Werkstückabtragsrate konstant bleibt und gleichzeitig die Wärmeentwicklung begrenzt wird.

Schnittparameter berücksichtigen

Bei der Bearbeitung von Titan muss die Temperaturkontrolle sorgfältig erfolgen. Die gleichmäßige Anwendung von Kühlmittel unter hohem Druck direkt auf den Schnittbereich ist eine der einfachsten Möglichkeiten, das Werkstück und die Werkzeuge kühl zu halten. Die Späne bleiben nicht an Ihren Bearbeitungswerkzeugen haften, wenn Sie sie aus dem Schnittbereich sprengen.

Darüber hinaus ist es bei der Arbeit mit Titan wichtig, Ihre Vorschübe, Spindeldrehzahlen und Spanlasten zu berücksichtigen. Dabei geht es darum, die Belastung von Werkzeugen und Geräten zu begrenzen und zu lange Aufenthalte an einem Ort zu vermeiden. Es könnte sich auch lohnen, eine alternative Schnittstrategie zu prüfen, wie etwa eine Erhöhung der axialen Schnitttiefe bei gleichzeitiger Verringerung des radialen Eingriffs, um die Schnitteffektivität zu erhöhen und die Bearbeitungstemperaturen zu senken.

Verhindern Sie Überhitzung durch den Einsatz eines Hochdruckkühlsystems

Für die Titanbearbeitung ist nur ein sehr kleiner Prozentsatz des Werkzeugradius erforderlich, um Kontakt zu haben, eine superscharfe Bearbeitung mit sehr geringem Vorschub pro Zahn. Dies führt jedoch dazu, dass die Hitze nur schwer aus dem Arbeitsbereich entfernt werden kann. Wenn es nicht verwendet wird, wird es letztendlich unsere Schneidwerkzeuge ruinieren, und Hitzeeinwirkungen machen die Einhaltung von Toleranzen zu einer Herausforderung. Verwenden Sie daher beim Schneiden von Titan die bestmögliche Kühlmitteleinstellung.

Ein wirksames Hilfsmittel ist ein Hochdruckkühlsystem. Je nach Anwendung kann auch eine Spindel unerlässlich sein. Eine Erhöhung der Kühlmittelkonzentration kann sich auch bei der Arbeit mit Titan als vorteilhaft erweisen.

Verschiedene Titansorten für die CNC-Bearbeitung

Es gibt verschiedene Titanqualitäten und Arten von Titanlegierungen, jede mit ihrer idealen Anwendung, ihren Vorzügen und Nachteilen. Schauen wir uns diese Noten im Detail an.

Grad 1 (Reintitan mit niedrigem Sauerstoffgehalt)

Unter den am häufigsten verwendeten Titanarten ist diese die weichste und duktilste Titanlegierung. Titan der Güteklasse 1 zeichnet sich durch hervorragende Bearbeitbarkeit, Schlagzähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit aus. Der Nachteil ist, dass es im Vergleich zu anderen Titansorten eine geringere Festigkeit aufweist. Diese Sorte findet Anwendung in der Medizin-, Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie.

Grad 2 (Reintitan mit Standard-Sauerstoffgehalt)

Dies wird auch als Arbeitstier-Titan bezeichnet. Es weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Formbarkeit, Schweißbarkeit, Duktilität und geringe Festigkeit auf. Titan der Güteklasse 2 findet Anwendung in der Medizin- und Luft- und Raumfahrtindustrie zur Herstellung von Flugzeugtriebwerken.

Grad 3 (Reintitan mit mittlerem Sauerstoffgehalt)

Obwohl dieses Titan kommerziell nicht so beliebt ist wie die Klassen 1 und 2, weist es gute mechanische Eigenschaften auf. Es verfügt über eine hohe Korrosionsbeständigkeit sowie Bearbeitbarkeit und Festigkeit. Es findet Anwendung in der Medizin-, Schifffahrts- und Luft- und Raumfahrtindustrie.

Klasse 4 (Reintitan mit hohem Sauerstoffgehalt)

Diese Titansorte weist eine hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Allerdings ist die Bearbeitung nicht einfach, da häufig hohe Kühlmittelmengen und Vorschubgeschwindigkeiten erforderlich sind. Titan der Güteklasse 4 findet Anwendung in Kryobehältern, CPI-Geräten, Flugzeugkomponenten, Wärmetauschern usw.

Bei den oben genannten Güteklassen 1–4 handelt es sich ausschließlich um reines Titan. Im nächsten Abschnitt geht es um die verschiedenen Güteklassen von Titanlegierungen.

Klasse 5 (Ti6Al4V)

Titanlegierung der Güteklasse 5 enthält 4 % Vanadium und 6 % Aluminium. Es ist nicht so fest wie andere Legierungen, weist jedoch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit auf. Es ist ideal für die Stromerzeugung, Offshore- und Schiffsanwendungen sowie kritische Flugzeugzellenstrukturen.

Klasse 6 (Ti 5 Al-2,5Sn)

Diese Titansorte verfügt über eine gute Stabilität, Festigkeit und Schweißbarkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, was ihre Anwendung bei der Herstellung von Flugzeugzellen und Strahltriebwerken ermöglicht.

Klasse 7 (Ti-0,15Pd)

Diese Titansorte ähnelt der Titansorte 2, mit dem einzigen Unterschied, dass sie Palladium enthält, das zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit hinzugefügt wird. Titanlegierung der Güteklasse 7 weist eine ausgezeichnete Formbarkeit und Schweißbarkeit auf. Es ist ideal für den Einsatz bei der Herstellung chemischer Verarbeitungsanlagen.

Klasse 11 (Ti-0,15Pd)

Titan der Güteklasse 11 ist der Güteklasse 7 ziemlich ähnlich. Allerdings ist es duktiler und weist eine geringere Toleranz gegenüber anderen Verunreinigungen auf. Es hat eine geringere Festigkeit als Klasse 7 und findet Anwendung in der Schifffahrts- und Chloratindustrie.

Klasse 12 (Ti0,3Mo0,8Ni)

Titan der Güteklasse 12 ist recht teuer und enthält 0,8 % Nickel und 0,3 % Molybdän, was ihm eine hervorragende Schweißbarkeit, Festigkeit bei hohen Temperaturen und Korrosionsbeständigkeit verleiht. Es findet Anwendung in Gehäusen und Wärmetauschern, Schiffs- und Flugzeugkomponenten usw.

Klasse 23 (T6Al4V-ELI)

Auch als extra low interstitial oder TAV-EIL bekannt, hat Titan der Güteklasse 23 ähnliche Eigenschaften wie Titan der Güteklasse 5, ist jedoch reiner. Es weist eine gute Bruchzähigkeit, Biokompatibilität und eine schlechte relative Bearbeitbarkeit auf. Es findet Verwendung bei der Herstellung von orthopädischen Stiften, Schrauben, chirurgischen Klammern und kieferorthopädischen Geräten.

So wählen Sie die richtigen Schneidwerkzeuge für die Bearbeitung von Titan aus？

Bei der CNC-Bearbeitung von Titan ist es normalerweise keine gute Idee, irgendein Schneidwerkzeug zu verwenden. Hier erfahren Sie, wie Sie die richtigen Schneidwerkzeuge zum Fräsen von Titan oder für den Einsatz anderer CNC-Bearbeitungstechniken auswählen.

Berücksichtigen Sie die Anzahl der Nuten des Schneidwerkzeugs

Sie müssen die Anzahl der Schaftfräser-Nuten erhöhen, um Produktzykluszeiten zu erreichen. Bei Titan bedeuten mehr Zähne weniger Rattern. Beispielsweise ist ein 10-schneidiger Schaftfräser zwar für die Spanlast geeignet, die für die meisten Materialien ideal ist, eignet sich jedoch perfekt für die Verwendung mit Titan. Dies ist in erster Linie auf die Notwendigkeit zurückzuführen, radiale Eingriffe zu reduzieren.

Vermeiden Sie unterbrochene Schnitte und halten Sie die Schnittkante scharf

Aufgrund seines niedrigen Elastizitätsmoduls ist Titan fest und elastisch. Das bedeutet, dass wir ein scharfes Werkzeug benötigen, um einen Span effizient und ohne Reiben von der Oberfläche zu entfernen.

Vermeiden Sie unterbrochene Schnitte so weit wie möglich, da dadurch Späne in Ihre scharfkantigen Werkzeuge hämmern und möglicherweise zu einem frühen Werkzeugausfall führen können.

Berücksichtigen Sie die Beschichtung von Schneidwerkzeugen

Beschichtungen können die Widerstandsfähigkeit Ihrer Werkzeuge gegen die von Titan erzeugte Hitze erheblich verbessern. TiAlN (Titanaluminiumnitrid) ist eine geeignete Beschichtung. Es verleiht Schmierfähigkeit, um Aufbauschneidenbildung, Abrieb und Späneschweißen zu verhindern, und eignet sich besonders gut für die bei der Bearbeitung auftretenden Temperaturen.

Probieren Sie Hochvorschubfräser bei der Bearbeitung von Titan aus

Hochvorschubfräser eignen sich, um den Eingriff bei der axialen und radialen Bearbeitung von Titan gering zu halten. Diese Tools wurden speziell für die effektive Ausführung dieser Aufgabe entwickelt.

Oberflächenbeschaffenheit für bearbeitete Titanteile

Eine Reihe von Oberflächenveredelungstechniken, einschließlich Titanpolieren, können CNC-bearbeitete Titanprodukte aus funktionellen und ästhetischen Gründen verbessern. Zu diesen Oberflächenveredelungen gehören:

• Polieren
• Eloxieren
• Verchromung
• Pulverbeschichtung
• PVD-Beschichtung
• Bürsten

Anwendungen von bearbeiteten Titanteilen

Aus Titan gefertigte Teile sind langlebig, korrosionsbeständig und ästhetisch. Diese Eigenschaften ermöglichen ihnen Anwendungen in einer Vielzahl von Branchen.

Marine-/Marineindustrie

Im Vergleich zu den meisten natürlich vorkommenden Metallen weist Titan eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf. Dieser Widerstand macht es ideal für die Herstellung von Propellerwellen, Unterwasserrobotik, Rigging-Ausrüstung, Kugelhähnen, Schiffswärmetauschern, Rohrleitungen für Feuerlöschsysteme, Pumpen, Abgaskaminauskleidungen und Bordkühlsystemen.

Luft- und Raumfahrt

Aufgrund seiner zahlreichen wünschenswerten Eigenschaften ist Titan ein gefragter Werkstoff in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Zu diesen Eigenschaften gehören das hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, die hervorragende Korrosionsbeständigkeit und die Fähigkeit in extrem heißen Umgebungen. Zu den Titanteilen in der Luft- und Raumfahrtindustrie gehören Sitzkomponenten, Turbinenkomponenten, Wellen-, Ventil-, Gehäuse- und Filterteile sowie Teile für Sauerstofferzeugungssysteme.

Automobil

Im Automobilsektor ist Titan vs. Aluminium ein immer wiederkehrendes Argument, wobei Aluminium aufgrund seiner Verfügbarkeit und Kosteneffizienz die Oberhand hat. Dennoch wird Titan immer noch in der Produktion von Automobilteilen verwendet. Die Hauptanwendungen für Titan und seine Legierungen im Automobilbereich sind die Produktion in Ventilen, Ventilfedern, Halterungen, Autoanschlaghalterungen, hängenden Ohrmuttern, Motorkolbenbolzen, Aufhängungsfedern, Bremssattelkolben, Motorkipphebeln und Pleuelstangen von Motoren mit Verbrennungsmotor.

Medizin und Zahnmedizin

Aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit, geringen elektrischen Leitfähigkeit und physiologischen pH-Werte findet Titan in der medizinischen Industrie zahlreiche Anwendungen. Zu den Teilen aus Titan, die für die medizinische Industrie verwendet werden, gehören konische, gerade oder selbstschneidende Knochenschrauben, Zahnimplantatschrauben, Schädelschrauben für Schädelfixierungssysteme, Wirbelsäulenfixierungsstangen, Verbindungsstücke und Platten, orthopädische Stifte usw.

Wählen Sie WayKen für die Bearbeitung von Titanteilen

WayKen ist ein erfahrenes CNC-Bearbeitungsunternehmen mit einer großen Spezialisierung auf die Bearbeitung von Titan. Wir bieten der Industrie hochwertige CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für Titan zu äußerst wettbewerbsfähigen Preisen. Mit 5-Achsen-Bearbeitung und Präzisionsmaschinenausrüstung ist unser Team aus Designern und Ingenieuren immer bereit, Ihre Bestellung in kürzester Zeit anzunehmen und zu bearbeiten und so die Markteinführungszeit zu verkürzen.

Schlussfolgerung

Titan und seine Legierungen erfordern für eine optimale Teileproduktion eine sorgfältige Bearbeitung. Es ist ein Metall, das sich stark von seinen Gegenstücken wie Stahl und Messing unterscheidet. Es erfordert den Einsatz der richtigen Werkzeuge, Fachwissen und Geduld. Aus diesem Grund ist es oft am besten, Titan-CNC-Bearbeitungsprojekte an Profis wie WayKen auszulagern, die hochwertige Teile mit Präzision garantieren.

FAQs

Ist Titan schwieriger zu bearbeiten als Stahl?

Titan ist vor allem aufgrund seines hohen Schmelzpunkts schwieriger zu bearbeiten als Stahl. Es ist außerdem sehr formbar und dehnt sich oft aus, bevor es bricht, wodurch es schwieriger zu bearbeiten ist.

Wie hoch ist die Vorschubgeschwindigkeit beim Fräsen von Titan?

Bei der Bearbeitung von Titan sollte diese Wendeschneidplatte mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 150 m/min und einem Vorschub von 0,03 bis 0,15 mm pro Zahn geschnitten werden.

Wie entlastet man Titan nach der Bearbeitung?

Spannungsabbautechniken können bei Titanlegierungen angewendet werden, ohne deren Duktilität oder Festigkeit zu beeinträchtigen. Schmiedestücke werden hergestellt, indem Metall ein bis zwei Stunden lang auf Temperaturen zwischen 595 und 705 °C (1100 und 1300 °F) erhitzt und dann an der Luft abgekühlt wird.