CNC обработка на титанови сплави

Титановите сплави са си спечелили репутацията на “метали от космическата епоха” поради изключителната си комбинация от свойства, което ги прави незаменими във високоефективни приложения в различни индустрии. Макар че уникалните им характеристики предлагат значителни предимства, те също така представляват различни предизвикателства при обработката с ЦПУ, които изискват специализирани знания, техники и оборудване. Настоящата статия предоставя изчерпателен преглед на CNC обработката на титанови сплави, като обхваща техните ключови свойства, често срещани марки, предизвикателства при обработката, най-добри практики, приложения и свързани съображения.

CNC обработка на медицински продукти от титанова сплав

Основни свойства и предимства на титановите сплави

Титановите сплави се отличават с набор от превъзходни свойства, които ги правят изключително търсени за критични приложения:

Изключително съотношение между якост и тегло: Титановите части съперничат на якостта на опън на някои стомани, като същевременно тежат приблизително наполовина по-малко - само 40% по-тежко от алуминий и 40% по-леки от стоманата, което ги прави идеални за индустрии, в които намаляването на теглото е от първостепенно значение, без да се нарушава структурната цялост.
Превъзходна устойчивост на корозия: При излагане на въздух титанът образува защитен оксиден слой, който може да се самовъзстановява, което му позволява да устои на корозия от морска вода, химикали и сурови среди. Това свойство го прави най-добрия избор за морски, химически преработвателни и офшорни приложения.
Биосъвместимост: Нетоксични и съвместими с човешката тъкан, титановите сплави подпомагат остеоинтеграцията (връзката между костта и имплантите), поради което намират широко приложение в медицинските и стоматологичните изделия.
Устойчивост при високи температури: С високата си точка на топене титанът запазва своята здравина и стабилност дори при екстремни температурни условия, подходящ за реактивни двигатели, ракетни компоненти и промишлено оборудване с висока температура.
Възможност за рециклиране: Титанът може да се рециклира напълно, което е в съответствие с устойчивите производствени практики, като същевременно запазва основните си свойства.

Общи титаниеви класове за CNC обработка

Титанът се предлага в почти 40 класа по ASTM, включително търговски чист титан (класове 1-4) и титанови сплави (класове 5 и по-високи), всеки от които е пригоден за специфични приложения:

Клас 1 (търговски чист, с ниско съдържание на кислород): Предлага отлична устойчивост на корозия, висока удароустойчивост и лесна обработка, въпреки че е по-малко здрав от другите класове. Приложенията включват химическа обработка, топлообменници, системи за обезсоляване, автомобилни части, самолетни платна и медицински изделия.
Клас 2 (търговски чист, със стандартно съдържание на кислород): По-здрави от клас 1, с висока устойчивост на корозия, добра пластичност, пластичност, заваряемост и обработваемост. Използва се в самолетни рамки, двигатели на самолети, обработка на въглеводороди, морско оборудване, медицински изделия и производство на хлорат.
Клас 3 (търговски чист, със средно съдържание на кислород): По-трудно се формоват от класовете 1 и 2, но се отличават с висока якост и устойчивост на корозия и добра обработваемост. Разпространен е в космическите, морските и медицинските приложения.
Клас 4 (търговски чист, с високо съдържание на кислород): Най-здравият сред класовете чист титан, с отлична устойчивост на корозия. Изисква високи скорости на подаване, бавни скорости и голям поток охлаждаща течност поради трудната обработваемост. Приложенията включват криогенни съдове, топлообменници, хидравлика, въздушни рамки, хирургически апаратури и морско оборудване.
Клас 5 (Ti6Al4V): Най-широко използваната титанова сплав (представляваща около половината от световното потребление на титан), легирана с 6% алуминий и 4% ванадий. Балансира висока устойчивост на корозия и отлична формообразуваемост, но има слаба обработваемост. Идеална за конструкции на планери, двигатели на самолети, производство на енергия, медицински изделия, морско/брегово оборудване и хидравлика.
Клас 6 (Ti5Al-2.5Sn): Отличава се с добра заваряемост, стабилност и якост при високи температури с междинна якост за титанови сплави. Използва се в контейнери за течен газ/гориво за ракети, рами на самолети, реактивни двигатели и космически апарати.
Клас 7 (Ti-0.15Pd): Често се счита за чист, но съдържа малки количества паладий, като предлага превъзходна устойчивост на корозия, отлична заваряемост и формообразуване (макар и с по-ниска якост от другите сплави). Прилага се в части за химическа обработка и производствено оборудване.
Клас 11 (Ti-0.15Pd): Подобно на клас 7 с отлична устойчивост на корозия, пластичност и пластичност, но с още по-ниска якост. Използва се в приложения за обезсоляване, морско дело и производство на хлорат.
Клас 12 (Ti0.3Mo0.8Ni): Осигурява висока якост при високи температури, отлична заваряемост и устойчивост на корозия, но е по-скъп от другите сплави. Подходяща е за хидрометалургични приложения, самолетни/морски компоненти и топлообменници.
Клас 23 (Ti6Al4V-ELI): Предлага отлична пластичност, еластичност, достатъчна якост на разрушаване и идеална биосъвместимост, но лоша обработваемост. Обикновено се използва в ортодонтски апарати, ортопедични щифтове/винтове, хирургически скоби и ортопедични кабели.

Предизвикателства при CNC обработката на титанови сплави

Въпреки своите предимства титановите сплави представляват уникални предизвикателства, които изискват специализирани подходи:

Ниска топлопроводимост: Титанът разсейва топлината бавно, което води до локално натрупване на топлина по време на обработката. Това не само ускорява износването на инструментите, но също така крие рискове от изкривяване на детайла, втвърдяване на обработката и дори опасност от пожар.
Тенденция към втвърдяване на работата: Материалът се втвърдява бързо под въздействието на силите на рязане, което затруднява следващите срезове и увеличава напрежението в инструмента.
Гъвкавост и вибрации: Здравината на титана не отговаря на неговата гъвкавост, която може да предизвика вибрации (трептене) по време на обработката. Това изисква здрави системи за закрепване на детайлите и стабилни настройки за обработка, за да се поддържа точността.
Галванизация и застроен ръб (BUE): “Гъвкавата” природа на титана, особено в чистото му търговско качество, го кара да залепва за режещите инструменти, като образува БУЕ и нагар. Това влошава ефективността на рязане, намалява живота на инструмента и влошава качеството на повърхността.
Износване на инструмента: Твърдостта и абразивността на титана водят до по-бързо разграждане на инструмента, което изисква трайни материали и покрития за инструменти.

Обработващи процеси, съвети и техники

За да се преодолеят тези предизвикателства и да се гарантират висококачествени резултати, от съществено значение са следните най-добри практики:

Избор на инструменти и покрития

Използвайте режещи инструменти, изработени от устойчив карбид или високоскоростна стомана (HSS) с покритие от волфрам, въглерод и ванадий, които могат да поддържат твърдост до 600 ℃.
Изберете инструментални покрития, предназначени за обработка на титан, като титаново-алуминиев нитрид (TiAlN), алуминиево-титаниев нитрид (AlTiN Nano) или титанов карбо-нитрид (TiCN). Тези покрития образуват защитен оксиден слой при високи температури, намаляват топлообмена, подобряват смазването и предотвратяват образуването на нагар. Крайната фреза HVTI на HLW (оптимизирана за високоефективно фрезоване) и покритието Aplus са отличен избор за подобряване на живота и производителността на инструмента.

Работно захващане и стабилност

Използвайте твърди и сигурни системи за закрепване на детайлите, за да сведете до минимум отклонението на детайла и вибрациите. Избягвайте прекъснатите срезове и поддържайте инструмента в постоянно движение по време на контакта с детайла - застояването в пробитите отвори или спирането в близост до профилирани стени води до излишна топлина и износване на инструмента.
Използвайте челна фреза с по-голям диаметър на сърцевината, намалете до минимум надвеса между върха на шпиндела и върха на инструмента и поддържайте постоянни подавания и скорости, за да намалите накъсването.

Продуктови изображения на CNC обработка на титанова сплав

Охлаждане и смазване

Използвайте голямо количество охлаждаща течност под високо налягане с отлични смазочни и охлаждащи свойства (напр. охлаждащи течности на емулсионна основа), за да разсеете топлината, да отмиете стружките и да предотвратите изкривяването и задирането. Насочвайте потока охлаждаща течност директно към повърхността на рязане за оптимален ефект.

Стратегии и параметри на обработката

Приемане на фрезоване с изкачване (вместо конвенционално фрезоване) за намаляване на преноса на топлина към обработвания детайл. При фрезоването с катерене се получават стружки, които започват с дебелина и тънкост, което спомага за разсейването на топлината към стружките и осигурява по-чисто срязване.
Използвайте по-ниски скорости на рязане (обикновено 18-30 метра в минута / 60-100 фута в минута), съчетани с по-високи скорости на подаване и по-голямо количество стружки, за да сведете до минимум натрупването на топлина и работното втвърдяване. Регулирайте скоростите в зависимост от класа на титана, инструментите и твърдостта на машината.
За входни и изходни разрези вкарвайте инструмента в материала внимателно или използвайте фаски за постепенно увеличаване/намаляване на натиска, като по този начин намалявате сътресенията на инструмента и разкъсването на материала.
Използвайте инструменти с по-малък диаметър, за да увеличите излагането на въздух и охлаждаща течност, което позволява на режещия ръб да се охлажда между разрезите.
Опростете сложните геометрии при проектирането на детайли (напр. по-големи радиуси, еднаква дебелина на стените, избягване на дълбоки джобове), за да оптимизирате обработката и да намалите напрежението върху инструмента.

Съображения за проектиране на части

Използвайте CAD/CAM софтуер (напр. в комбинация с инструменти за симулация като ANSYS) за прецизно проектиране на детайли и генериране на трасета на инструменти. Добре проектираните приспособления и шаблони са от решаващо значение за поддържане на стабилността и точността.
Включване на принципите на проектиране за производственост (DFM) - DLW осигурява обратна връзка от DFM (както управлявана от изкуствен интелект, така и от хора), за да оптимизира проектите на частите за ефективност, качество и рентабилност.

Приложения на CNC-обработени титанови части

Обработените с ЦПУ титанови части са неразделна част от многобройни индустрии с високо търсене:

Аерокосмическа промишленост: Основният потребител на титан, който се използва в компоненти за седалки на самолети, валове, части за турбини, клапани, системи за производство на кислород, планери и компоненти за ракети. Ниското му тегло и високата му топлоустойчивост позволяват горивна ефективност и работа при свръхзвукови скорости.
Медицински и стоматологични: Биосъвместимите титанови сплави се използват в тазобедрените/коленните/лакътните/раменните стави, костните/зъбните/краниалните винтове, пръчките за фиксиране на гръбначния стълб, имплантите за бедрена глава, ортопедичните щифтове, хирургичните скоби и зъбните коронки/мостове/импланти.
Военно дело и отбрана: Прилага се във военната авиация, ракетите, артилерията, подводниците, наземните превозни средства (за балистична устойчивост) и военноморското оборудване.
Морски/навигационни: Подходящ за валове на витла за обезсоляване на морска вода, оборудване за добив на подводни ресурси, такелаж, подводна роботика, морски топлообменници, витла и тръбопроводни системи - използвайки неговата устойчивост на корозия и леки свойства.
Автомобилна промишленост: Използва се за намаляване на теглото и разхода на гориво, като намира приложение в клапани, пружини на клапани, бутални щифтове на двигатели, фиксатори и бутала на спирачни апарати.
Потребителски стоки: Използва се в спортно оборудване (стикове за голф, рамки за велосипеди, бейзболни бухалки, тенис ракети, къмпинг оборудване) и бижута (часовници, рамки за очила, сватбени пръстени, колиета) поради лекия си и привлекателен външен вид.
Химическа обработка: Използва се в топлообменници, системи за обезсоляване и части от производствено оборудване поради устойчивостта си на корозия.

Опции за повърхностна обработка

Повърхностната обработка подобрява функционалността, издръжливостта и естетиката на титаниевите части, обработени с ЦПУ:

Анодиране: Често срещан избор, който повишава устойчивостта на корозия, свежда до минимум увеличаването на теглото, намалява триенето и подобрява външния вид.
Механични покрития: Полиране, бластиране и четкане за намаляване на грапавостта на повърхността и постигане на желаната текстура.
Покрития: PVD покритие, прахово покритие, хромиране и електрофореза за по-добра защита и ефективност.
Други лечения: Рисуване за естетическа персонализация. HLW предлага до 6 опции за последваща обработка, включително бластиране, прахово боядисване, гладка обработка и полиране.

Икономически съображения

По-високата цена на титана (поради строгите стандарти за качество и нарастващото търсене) изисква стратегическо оптимизиране на разходите:

Сравнете цените на титана с алтернативи (напр. стомана, алуминий) за некритични приложения.
Оптимизирайте живота на инструмента, времето за обработка и използването на материала, за да намалите отпадъците.
Проследяване и минимизиране на разходите, свързани с инструменти, охлаждаща течност, труд, енергия и управление на отпадъците.
Използвайте дълготрайността и издръжливостта на титана за дългосрочно намаляване на разходите. Мрежата на HLW от над 1 600 фрезови и стругови машини осигурява конкурентни цени и ефективно производство както за малки, така и за сложни поръчки.

Мерки за безопасност и индустриални стандарти

Практики за безопасност

Носете лични предпазни средства (ЛПС), за да намалите рисковете от летящи отломки, охлаждаща течност и опасности от пожар.
Спазвайте правилните процедури за работа и съхранение на титанови материали, охлаждащи течности и стружки.
Прилагайте мерки за предотвратяване на пожари и планове за действие при извънредни ситуации, тъй като прекомерната топлина може да създаде риск от пожар.
Извършва редовна поддръжка на машините и обучава операторите на безопасни практики за обработка.
Изхвърляйте правилно титановите стружки, охлаждащата течност и отпадъците, за да осигурите безопасност на работното място и съответствие с изискванията за опазване на околната среда.

Индустриални стандарти и сертификати

За да се гарантира качество и надеждност, CNC обработката на титан се придържа към строги индустриални стандарти и сертификати:

Стандарти ASTM: ASTM B265 (титанова лента/лист/плоча), ASTM F136 (хирургически имплант Ti6Al4V ELI), ASTM F1472 (хирургически имплант Ti6Al4V).
Стандарти ISO: ISO 5832-2 (импланти от нелегиран титан), ISO 5832-3 (импланти от сплав Ti6Al4V), ISO 9001 (системи за управление на качеството), ISO 13485 (управление на качеството на медицинските изделия).
Стандарти на SAE: SAE AMS 4911 (отгрят лист/лента/плоча Ti6Al4V).
Сертификати: AS9100 (управление на качеството в авиацията/космоса/отбраната) е от решаващо значение за аерокосмическите компоненти.

Услуги на HLW за CNC обработка на титанови сплави

HLW предлага цялостни услуги за CNC обработка на титанови сплави, като използва най-съвременно оборудване (3- и 5-осно CNC фрезоване, струговане, пробиване, разстъргване) и опит, за да доставя висококачествени части с бързи срокове за изпълнение (обикновено под 10 дни). Нашите възможности включват:

Обработка по поръчка на титан от класове 1-5, 7, 11, 12, 23 и други сплави.
Обратна връзка от DFM (незабавна AI и човешка) за оптимизиране на проектите на частите с оглед на възможността за производство, разходите и качеството.
Разнообразие от възможности за обработка на повърхността, за да се отговори на функционалните и естетическите изисквания.
Съответствие с индустриалните стандарти (ASTM, ISO, SAE) и сертификати (ISO 9001, AS9100, ISO 13485) за критични приложения.
Конкурентни цени и гъвкав производствен капацитет за изпълнение на поръчки с малки обеми и сложни геометрии с малки допуски (±0,125 мм / ±0,005″).

За да започнете, качете вашия CAD (.STL) файл в платформата на HLW за незабавна оферта. За запитвания се свържете с нас на 18664342076 или info@helanwangsf.com. HLW се ангажира да ви помогне да се справите с предизвикателствата на CNC обработката на титан и да постигнете изключителни резултати за вашите най-взискателни проекти.