CNC-Bearbeitung von Titan meistern: Tipps, Herausforderungen und Materialsorten

Titan ist ein bemerkenswertes CNC-Bearbeitungsmaterial. Es kann hohen Temperaturen standhalten und ist beständig gegen chemische Korrosion. Außerdem ist es leicht und hat mehrere andere Qualitäten, die es einzigartig und wünschenswert für Hersteller machen.

CNC-bearbeitete Titan-Teile sind extrem langlebig, aber die Bearbeitung von Titan kann aufgrund seiner hohen Zugfestigkeit herausfordernd sein. In diesem Artikel liefern wir umfassende Informationen zur CNC-Bearbeitung von Titan, wie man die richtigen Schneidwerkzeuge für die Titanbearbeitung auswählt, und nützliche Tipps für eine erfolgreiche Bearbeitung.

Warum Titan für CNC-Bearbeitungsteile wählen?

Die Hauptvorteile von CNC-Titan als Fertigungsmaterial sind seine überlegene Biokompatibilität, hoher Korrosionswiderstand und das höchste Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aller Metalle. Dieses Metall hat auch ausgezeichnete Duktilität und gute Bearbeitbarkeit. Weitere Gründe für die Wahl von Titan für CNC-Bearbeitungsteile sind:

• Haltbarkeit: Titan ist hochbeständig 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 hat auch ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit, was es folglich beständig gegen korrosive Kräfte macht.
• Ungiftig: Titan ist korrosionsbeständig, hat hohe Biokompatibilität und ungiftige Eigenschaften, was es ideal für den Einsatz in der Medizinindustrie macht.

Diese Qualitäten von Titan geben ihm Anwendungen in verschiedenen Branchen, einschließlich Luft- und Raumfahrt, Medizin und Automobilindustrie.

Herausforderungen bei der Titanbearbeitung

Obwohl CNC-Titan ein großartiges Material für viele Anwendungen ist, erleben Hersteller oft Herausforderungen bei der Bearbeitung. Diese Herausforderungen umfassen:

Hohe chemische Reaktivität und Aufkleben

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

Zusätzlich hat dieses Metall einen niedrigen Elastizitätsmodul im Vergleich zu seiner hohen Festigkeit, was es zu einem klebrigen Material für die Bearbeitung macht. Da es klebrig ist, kann Titan am CNC-Schneidwerkzeug haften, was zu Ausfall und Beschädigung führt. Neben Werkzeugschäden beeinträchtigt Aufkleben oft die Oberflächenqualität von Titan.

Wärmeentwicklung und Schnittkräfte

Eine kühle Temperatur beim Bearbeiten von Titan aufrechtzuerhalten, ist eine der härtesten Herausforderungen. Der Grund ist, dass Titan eine niedrige thermische Leitfähigkeit hat, was dazu führt, dass das Metallwerkstück dort Wärme aufbaut, wo das Werkzeug schnell arbeitet. Dies nutzt sich schneller ab und könnte die Qualität der Schneideflächen negativ beeinflussen, wenn es nicht gehandhabt wird, besonders bei der Bearbeitung härterer Titanlegierungen.

Die Verwendung einer größeren Spandicke und einer niedrigeren Drehzahl an der CNC-Maschine ist für diese härteren Titanlegierungen unerlässlich. Ein Hochdruckkühlmittel kann auch helfen, dass Ihre Schneidwerkzeuge effizienter arbeiten und Titan-Teile von höherer Qualität erzeugen.

Außerdem benötigen Titanlegierungen hohe Schnittkräfte, was sie schwer zu schneiden macht. Diese Schnittkräfte verursachen oft Werkzeugverschleiß, fehlerhafte Teile und hohe Vibrationen, was folglich Produktqualität und Oberflächenveredelung beeinträchtigt.

Rest- und Härtespannungen

Aufgrund ihrer Kristallstruktur sind Titanlegierungen nicht extrem flexibel, was zu Problemen während der Bearbeitung führen könnte. Ihre Kristallstruktur könnte die Schnittkraft während der Bearbeitung erhöhen, die Bearbeitungsleichtigkeit verringern und die Chancen von Restspannungen erhöhen. Diese Spannungen könnten dazu führen, dass sich die Position verdreht, reißt oder weniger lange hält.

Nützliche Tipps für die Titanbearbeitung

Viele Werkstätten zögern, mit diesem hochmodernen Material zu arbeiten, wegen der Schwierigkeiten der Titanbearbeitung. Aufgrund seiner außergewöhnlichen Qualitäten entscheiden sich jedoch viele Hersteller dafür, Titan zur Herstellung hochwertiger Teile zu verwenden. Glücklicherweise haben erfahrene CNC-Zerspaner und Werkzeughersteller nützliche Tipps zur Titanbearbeitung entwickelt.

Teile sicher befestigen

Alles, was Sie tun können, um Vibrationen zu verringern, wird die Titanbearbeitung erleichtern, da Titan bereits zu Werkzeugschatter neigt. Um Durchbiegung im Werkstück zu verhindern, befestigen Sie Teile sicher. Zudem nutzen Sie hochwertige CNC-Maschinen mit extrem steifen Werkzeuganordnungen. Um Werkzeugdurchbiegung zu minimieren, können Sie sogar kürzere Schneidwerkzeuge in Betracht ziehen.

Das richtige Schneidwerkzeug wählen

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

Insgesamt sollten Zerspaner Titanspezifische Werkzeuge von überlegener Qualität wählen und regelmäßig abgenutzte Ausrüstung inspizieren und ersetzen. Auch die Verwendung eines Werkzeugs mit kleinerem Durchmesser und mehr Schneiden kann helfen, sicherzustellen, dass die Werkstückabtragsrate stabil bleibt, während die Wärmeentwicklung begrenzt wird.

Schnittparameter beachten

Temperaturkontrolle muss sorgfältig angewendet werden, wenn Titan bearbeitet wird. Das Anwenden von stetigem, hochdruckigem Kühlmittel, das auf den Schneidebereich gerichtet ist, ist eine der einfachsten Methoden, um Werkstück und Werkzeug kühl zu halten. Die Späne werden nicht an Ihren Bearbeitungswerkzeugen haften, wenn Sie sie aus dem Schneidebereich herausblasen.

Zusätzlich ist es beim Arbeiten mit Titan entscheidend, Ihre Vorschubraten, Spindeldrehzahlen und Spandicken zu berücksichtigen. Dies beinhaltet die Begrenzung der Belastung von Werkzeugen und Ausrüstung und das Vermeiden, zu lange an einer Stelle zu verweilen. Eine alternative Schneidstrategie, wie die Erhöhung der axialen Schnitttiefe bei gleichzeitiger Verringerung der radialen Eingriffstiefe, kann ebenfalls lohnenswert sein, um die Schneideffektivität zu erhöhen und die Bearbeitungstemperaturen zu senken.

Überhitzung durch Hochdruckkühlsystem verhindern

Die Titanveredelung erfordert einen sehr kleinen Prozentsatz des Werkzeugradius im Kontakt, eine superscharfe, sehr geringe Vorschub pro Zahn. Aber dies führt dazu, dass Wärme schwer aus dem Arbeitsbereich zu entfernen ist. Wenn sie belassen wird, wird sie schließlich unsere Schneidwerkzeuge ruinieren, und Wärmeeffekte werden das Halten von Toleranzen erschweren. Daher sollten Sie beim Schneiden von Titan das bestmögliche Kühlmittel-Setup verwenden.

Ein effektives Hilfsmittel ist ein Hochdruckkühlsystem. Eine Spindelkühlung könnte ebenfalls entscheidend sein, je nach Anwendung. Die Erhöhung der Kühlmittelkonzentration kann sich auch als vorteilhaft bei der Arbeit mit Titan erweisen.

Verschiedene Titansorten für die CNC-Bearbeitung

Es gibt verschiedene Grade von Titan und Arten von Titanlegierungen, jede mit ihrer idealen Anwendung, Vor- und Nachteilen. Lassen Sie uns diese Grade im Detail betrachten.

Grad 1 (Reines Titan mit niedrigem Sauerstoffgehalt)

Unter den am häufigsten verwendeten Titanarten ist dies der weichste und duktilste Titanlegierung. Grad 1 Titan hat ausgezeichnete Bearbeitbarkeit, Schlagzähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit. Auf der negativen Seite ist es im Vergleich zu anderen Titansorten weniger fest. Dieser Grad findet Anwendung in der Medizin-, Automobil- und Luftfahrtindustrie.

Grad 2 (Reines Titan mit Standard-Sauerstoffgehalt)

Dies ist auch als Arbeitspferd-Titan bekannt. Es hat hohe Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit, Umformbarkeit, Schweißbarkeit, Duktilität und geringe Festigkeit. Grad 2 Titan findet Anwendung in der Medizin- und Luftfahrtindustrie für die Herstellung von Flugzeugtriebwerken.

Grad 3 (Reines Titan mit mittlerem Sauerstoffgehalt)

Obwohl nicht so kommerziell beliebt wie Grade 1 und 2, hat dieses Titan gute mechanische Eigenschaften. Es hat hohe Korrosionsbeständigkeit sowie Bearbeitbarkeit und Festigkeit. Es findet Anwendung in der Medizin-, Marine- und Luftfahrtindustrie.

Grad 4 (Reines Titan mit hohem Sauerstoffgehalt)

Dieser Titan-Grad hat hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Allerdings ist er nicht einfach zu bearbeiten und erfordert oft hohe Mengen an Kühlmittel und Vorschubrate. Grad 4 Titan findet Anwendung in kryogenen Behältern, CPI-Ausrüstung, Luftfahrzeugkomponenten, Wärmetauschern usw.

Die oben genannten Grade 1–4 sind alle reines Titan, der nächste Abschnitt befasst sich mit den verschiedenen Graden von Titanlegierungen.

Grad 5 (Ti6Al4V)

Grad 5 Titanlegierung enthält 4 % Vanadium und 6 % Aluminium. Sie ist nicht so stark wie andere Legierungen, hat aber hohe Korrosionsbeständigkeit und Umformbarkeit. Sie ist ideal für Stromerzeugung, Offshore- und Marineanwendungen sowie kritische Luftfahrzeugstrukturen.

Grad 6 (Ti 5 Al-2.5Sn)

Dieser Titangrad hat gute Stabilität, Festigkeit und Schweißbarkeit, besonders bei hohen Temperaturen, was ihnen Anwendung in der Herstellung von Flugzeugrümpfen und Strahltriebwerken gibt.

Grad 7 (Ti-0.15Pd)

Dieser Titangrad ist ähnlich wie Grad 2, mit dem einzigen Unterschied seines Palladiumgehalts, der zur Verbesserung seiner Korrosionsbeständigkeit hinzugefügt wurde. Grad 7 Titanlegierung hat ausgezeichnete Umformbarkeit und Schweißbarkeit. Sie ist ideal für die Herstellung von chemischen Verarbeitungsanlagen.

Grad 11 (Ti-0.15Pd)

Grad 11 Titan ist Grad 7 ziemlich ähnlich. Allerdings ist es duktiler, mit einer geringeren Toleranz für andere Verunreinigungen. Es hat eine geringere Festigkeit als Grad 7 und findet Anwendung in der Marine- und Chloratherstellungsindustrie.

Grad 12 (Ti0.3Mo0.8Ni)

Grad 12 Titan ist ziemlich teuer und enthält 0,8 % Nickel und 0,3 % Molybdän, was ihm ausgezeichnete Schweißbarkeit, Festigkeit bei hohen Temperaturen und Korrosionsbeständigkeit verleiht. Es findet Anwendung in Schalen- und Wärmetauschern, Marine- und Flugzeugkomponenten usw.

Grad 23 (T6Al4V-ELI)

Auch bekannt als Extra Low Interstitial oder TAV-EIL, teilt Grad 23 Titan ähnliche Eigenschaften mit Grad 5, ist aber reiner. Er hat gute Bruchzähigkeit, Biokompatibilität und schlechte relative Bearbeitbarkeit. Er findet Verwendung in der Herstellung von Orthopädie-Stiften, Schrauben, chirurgischen Klammern und kieferorthopädischen Apparaturen.

Wie wählt man die richtigen Schneidwerkzeuge für die Titanbearbeitung?

Die Verwendung eines beliebigen Schneidwerkzeugs beim CNC-Bearbeiten mit Titan ist meist eine schlechte Idee. Hier erfahren Sie, wie Sie die richtigen Schneidwerkzeuge für das Titanfräsen oder bei anderen CNC-Bearbeitungstechniken auswählen.

Anzahl der Schneiden des Schneidwerkzeugs berücksichtigen

Sie müssen die Anzahl der Schaftfrässchneiden erhöhen, um Produktzykluszeiten zu erreichen. Für Titan bedeutet mehr Zähne weniger Chatter. Zum Beispiel ist ein 10-schneidiger Schaftfräser, obwohl er für die Spandicken, die für die meisten Materialien ideal sind, eng ist, perfekt für die Verwendung mit Titan. Dies ist hauptsächlich auf die Notwendigkeit zurückzuführen, radiale Eingriffe zu reduzieren.

Unterbrochene Schnitte vermeiden und Schneide scharf halten

Aufgrund seines niedrigen Youngschen Moduls ist Titan stark und elastisch. Das bedeutet, dass wir zum effizienten und reibungslosen Entfernen eines Spans von der Oberfläche ein scharfes Werkzeug benötigen.

Vermeiden Sie unterbrochene Schnitte so weit wie möglich, da sie Späne in Ihre scharfkantigen Werkzeuge hämmern können, was möglicherweise zu vorzeitigem Werkzeugausfall führt.

Werkzeugbeschichtung berücksichtigen

Beschichtungen können die Kapazität Ihres Werkzeugs, der durch Titan erzeugten Hitze standzuhalten, erheblich verbessern. TiAlN (Titan-Aluminium-Nitrid) ist eine geeignete Beschichtung, die in Betracht gezogen werden sollte. Sie verleiht Schmierfähigkeit, um Aufkanten, Aufkleben und Späneschweißen zu bekämpfen und ist besonders gut für die beim Bearbeiten erlebten Temperaturen geeignet.

High-Feed-Fräser bei der Titanbearbeitung ausprobieren

High-Feed-Fräser eignen sich, um den Eingriff niedrig zu halten, wenn axial und radial mit Titan gearbeitet wird. Diese Werkzeuge sind speziell dafür gemacht, diese Aufgabe effektiv auszuführen.

Oberflächenveredelungen für bearbeitete Titan-Teile

Eine Reihe von Oberflächenveredelungstechniken, einschließlich Titanpolieren, kann CNC-bearbeitete Titanprodukte für funktionale und ästhetische Gründe verbessern. Diese Oberflächenveredelungen umfassen:

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

Anwendungen von Titan-bearbeiteten Teilen

Titan-bearbeitete Teile sind langlebig, korrosionsbeständig und ästhetisch. Diese Qualitäten geben ihnen Anwendungen in einer Vielzahl von Branchen.

Marine/Naval Industrie

Im Vergleich zu den meisten natürlich vorkommenden Metallen hat Titan eine höhere Korrosionsbeständigkeit. Diese Beständigkeit macht es ideal für die Herstellung von Propellerwellen, Unterwasserrobotik, Takelage, Kugelhähnen, marinen Wärmetauschern, Brandschutzrohren, Pumpen, Abgasstapelauskleidungen und Bordkühlsystemen.

Luft- und Raumfahrt

Aufgrund seiner zahlreichen wünschenswerten Qualitäten ist Titan ein begehrtes Material in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Diese Qualitäten umfassen sein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit und Fähigkeit in extrem heißen Umgebungen. Titan-Teile in der Luft- und Raumfahrtindustrie umfassen Sitzkomponenten, Turbinenkomponenten, Wellen, Ventile, Gehäuse und Filterteile sowie Teile für Sauerstofferzeugungssysteme.

Automobilindustrie

Im Automobilsektor ist Titan vs. Aluminium ein immerwährender Streit, bei dem Aluminium aufgrund seiner Verfügbarkeit und Kosteneffizienz die Oberhand hat. Dennoch findet Titan noch Verwendung in der Herstellung von Automobilteilen. Die Hauptanwendungen für Titan und seine Legierungen in der Automobilindustrie sind die Produktion in Ventilen, Ventilfedern, Haltern, Auto-Stop-Halterungen, Öhrmuttern, Kolbenbolzen, Federbeinfedern, Bremssattelkolben, Motorrockern und Pleuelstangen von Verbrennungsmotoren.

Medizin und Zahnmedizin

Die Medizinindustrie findet mehrere Anwendungen für Titan aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit, niedrigen elektrischen Leitfähigkeit und physiologischen pH-Werte. Aus Titan hergestellte Teile für die Medizinindustrie umfassen konische, gerade oder selbstschneidende Knochenschrauben, Zahnimplantatschrauben, Schädel-Schrauben für Schädel-Fixiersysteme, Wirbelsäulen-Fixierstäbe, Verbinder und Platten, Orthopädie-Stifte usw.

WayKen für die Bearbeitung von Titan-Teilen wählen

WayKen ist ein erfahrenes CNC-Bearbeitungsunternehmen mit großer Spezialisierung auf Titanbearbeitung. Wir bieten hochwertige CNC-Titanbearbeitungsdienstleistungen für Branchen zu höchst wettbewerbsfähigen Preisen an. Mit 5-Achsen-Bearbeitung und Präzisionsmaschinenequipment ist unser Team aus Designern und Ingenieuren immer bereit, Ihren Auftrag in kürzester Zeit anzunehmen und zu bearbeiten, was die Time-to-Market reduziert.

Fazit

Titan und seine Legierungen erfordern sorgfältige Bearbeitung für optimale Teileproduktion. Es ist ein Metall, das sich stark von seinen Gegenstücken wie Stahl und Messing unterscheidet. Es erfordert die Verwendung korrekter Werkzeuge, Expertise und Geduld. Deshalb ist es oft am besten, Titan-CNC-Bearbeitungsprojekte an Profis wie WayKen auszulagern, die hochwertige Teile mit Präzision garantieren.

FAQs

Ist Titan schwerer zu bearbeiten als Stahl?

Titan ist schwerer zu bearbeiten als Stahl, hauptsächlich aufgrund seines hohen Schmelzpunkts. Es ist auch sehr formbar und dehnt sich oft vor dem Brechen, was die Bearbeitung erschwert.

Was ist die Vorschubrate beim Titanfräsen?

Bei der Arbeit mit Titan sollte diese Schneidplatte mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 150 m/min und einer Vorschubrate von 0,03 bis 0,15 mm pro Zahn geschnitten werden.

Wie entspannt man Titan nach der Bearbeitung?

Spannungsarmglühen kann bei Titanlegierungen angewendet werden, ohne ihre Duktilität oder Festigkeit zu beeinträchtigen. Schmiedestücke werden durch Erhitzen des Metalls auf Temperaturen zwischen 595 und 705 °C (1100 und 1300 °F) für ein bis zwei Stunden vor dem Luftabkühlen hergestellt.