Paduan titanium telah mendapatkan reputasi sebagai “logam zaman antariksa” karena kombinasi sifat-sifatnya yang luar biasa, sehingga sangat diperlukan dalam aplikasi berkinerja tinggi di berbagai industri. Meskipun karakteristiknya yang unik menawarkan keuntungan yang signifikan, namun juga menghadirkan tantangan tersendiri dalam pemesinan CNC yang membutuhkan pengetahuan, teknik, dan peralatan khusus. Artikel ini memberikan gambaran umum yang komprehensif tentang pemesinan CNC untuk paduan titanium, yang mencakup sifat-sifat utama, nilai umum, tantangan pemesinan, praktik terbaik, aplikasi, dan pertimbangan terkait.
Sifat dan Manfaat Utama Paduan Titanium
Paduan titanium menonjol karena serangkaian sifat unggul yang membuatnya sangat dicari untuk aplikasi penting:
- Rasio Kekuatan-terhadap-Berat yang Luar Biasa: Bagian-bagian titanium menyaingi kekuatan tarik baja tertentu dengan berat sekitar setengahnya-hanya 40% yang lebih berat dari aluminium dan 40% lebih ringan daripada baja-membuatnya ideal untuk industri yang mengutamakan pengurangan berat tanpa mengorbankan integritas struktural.
- Ketahanan Korosi yang Unggul: Titanium membentuk lapisan oksida pelindung saat terpapar udara, yang dapat memperbaiki diri sendiri, memungkinkannya untuk menahan korosi dari air laut, bahan kimia, dan lingkungan yang keras. Sifat ini menjadikannya pilihan utama untuk aplikasi kelautan, pemrosesan kimia, dan lepas pantai.
- Biokompatibilitas: Tidak beracun dan kompatibel dengan jaringan manusia, paduan titanium meningkatkan osseointegrasi (hubungan antara tulang dan implan), membuatnya banyak digunakan dalam perangkat medis dan gigi.
- Ketahanan Suhu Tinggi: Dengan titik leleh yang tinggi, titanium mempertahankan kekuatan dan kestabilannya bahkan dalam kondisi suhu ekstrem, cocok untuk mesin jet, komponen roket, dan peralatan industri yang sangat panas.
- Dapat didaur ulang: Titanium sepenuhnya dapat didaur ulang, selaras dengan praktik manufaktur yang berkelanjutan dengan tetap mempertahankan sifat-sifat intinya.
Nilai Titanium Umum untuk Pemesinan CNC
Titanium tersedia dalam hampir 40 kelas ASTM, termasuk titanium murni komersial (Kelas 1-4) dan paduan titanium (Kelas 5 dan lebih tinggi), masing-masing disesuaikan untuk aplikasi tertentu:
- Kelas 1 (Murni Komersial, Kandungan Oksigen Rendah): Menawarkan ketahanan korosi yang sangat baik, ketangguhan benturan tinggi, dan kemampuan mesin yang mudah, meskipun kurang kuat dibandingkan dengan grade lainnya. Aplikasi meliputi pemrosesan kimia, penukar panas, sistem desalinasi, suku cadang otomotif, badan pesawat, dan peralatan medis.
- Kelas 2 (Murni Komersial, Kandungan Oksigen Standar): Lebih kuat dari Grade 1 dengan ketahanan korosi yang tinggi, keuletan yang baik, sifat mampu bentuk, mampu las, dan mampu mesin. Digunakan pada badan pesawat, mesin pesawat, pemrosesan hidrokarbon, peralatan kelautan, peralatan medis, dan manufaktur klorat.
- Kelas 3 (Murni Komersial, Kandungan Oksigen Sedang): Lebih sulit dibentuk daripada Grade 1 dan 2, tetapi memiliki kekuatan dan ketahanan korosi yang tinggi dengan kemampuan mesin yang baik. Umum digunakan dalam aplikasi kedirgantaraan, kelautan, dan medis.
- Kelas 4 (Murni Komersial, Kandungan Oksigen Tinggi): Yang terkuat di antara grade titanium murni, dengan ketahanan korosi yang sangat baik. Membutuhkan laju pengumpanan yang tinggi, kecepatan lambat, dan aliran pendingin yang tinggi karena kemampuan permesinan yang sulit. Aplikasi termasuk bejana kriogenik, penukar panas, hidraulik, badan pesawat, perangkat keras bedah, dan peralatan kelautan.
- Kelas 5 (Ti6Al4V): Paduan titanium yang paling banyak digunakan (menyumbang sekitar setengah dari konsumsi titanium global), dipadukan dengan aluminium 6% dan vanadium 4%. Menyeimbangkan ketahanan korosi yang tinggi dan sifat mampu bentuk yang sangat baik, tetapi memiliki kemampuan mesin yang buruk. Ideal untuk struktur badan pesawat, mesin pesawat, pembangkit listrik, peralatan medis, peralatan kelautan/lepas pantai, dan hidrolik.
- Kelas 6 (Ti5Al-2.5Sn): Memiliki kemampuan las yang baik, stabilitas, dan kekuatan pada suhu tinggi dengan kekuatan menengah untuk paduan titanium. Digunakan dalam penahanan gas cair / propelan untuk roket, badan pesawat, mesin jet, dan kendaraan luar angkasa.
- Kelas 7 (Ti-0.15Pd): Sering dianggap murni tetapi mengandung sejumlah kecil paladium, menawarkan ketahanan korosi yang unggul, kemampuan las yang sangat baik, dan kemampuan bentuk (meskipun kekuatannya lebih rendah daripada paduan lainnya). Diterapkan dalam pemrosesan kimia dan suku cadang peralatan produksi.
- Kelas 11 (Ti-0.15Pd): Mirip dengan Grade 7 dengan ketahanan korosi, keuletan, dan kemampuan bentuk yang sangat baik, tetapi dengan kekuatan yang lebih rendah. Digunakan dalam aplikasi desalinasi, kelautan, dan manufaktur klorat.
- Kelas 12 (Ti0.3Mo0.8Ni): Menghasilkan kekuatan tinggi pada suhu tinggi, kemampuan las yang baik, dan ketahanan terhadap korosi tetapi lebih mahal daripada paduan lainnya. Cocok untuk aplikasi hidrometalurgi, komponen pesawat/kapal laut, dan penukar panas.
- Kelas 23 (Ti6Al4V-ELI): Menawarkan sifat mampu bentuk, keuletan, ketangguhan patah yang baik, dan biokompatibilitas yang ideal, tetapi kemampuan mesin yang buruk. Umumnya digunakan pada peralatan ortodontik, pin/sekrup ortopedi, staples bedah, dan kabel ortopedi.
Tantangan dalam Pemesinan CNC Paduan Titanium
Terlepas dari kelebihannya, paduan titanium menimbulkan tantangan unik yang menuntut pendekatan khusus:
- Konduktivitas Termal Rendah: Titanium membuang panas secara perlahan, yang menyebabkan penumpukan panas lokal selama pemesinan. Hal ini tidak hanya mempercepat keausan pahat, tetapi juga berisiko menimbulkan distorsi benda kerja, pengerasan pemesinan, dan bahkan bahaya kebakaran.
- Kecenderungan Pengerasan Kerja: Material mengeras dengan cepat ketika mengalami gaya pemotongan, sehingga membuat pemotongan berikutnya menjadi lebih sulit dan meningkatkan tekanan pahat.
- Fleksibilitas dan Getaran: Kekuatan titanium mengingkari fleksibilitasnya, yang dapat menyebabkan getaran (gemerincing) selama pemesinan. Hal ini memerlukan sistem penahan kerja yang kuat dan pengaturan pemesinan yang stabil untuk mempertahankan presisi.
- Tepi yang Mengerikan dan Terbangun (BUE): Sifat “bergetah” titanium, terutama pada grade murni komersial, menyebabkannya melekat pada alat potong, membentuk BUE dan menyakitkan. Hal ini merusak kinerja pemotongan, menurunkan umur pahat, dan mengorbankan hasil akhir permukaan.
- Keausan Alat: Kekerasan dan sifat abrasif Titanium menyebabkan degradasi alat yang lebih cepat, sehingga membutuhkan bahan dan pelapis alat yang tahan lama.
Proses, Kiat, dan Teknik Pemesinan
Untuk mengatasi tantangan ini dan memastikan hasil yang berkualitas tinggi, praktik terbaik berikut ini sangat penting:
Pemilihan dan Pelapisan Alat
- Gunakan alat potong yang terbuat dari karbida tahan lama atau baja kecepatan tinggi (HSS) yang dilapisi dengan kombinasi tungsten, karbon, dan vanadium, yang dapat mempertahankan kekerasan hingga 600℃.
- Pilihlah pelapis pahat yang dirancang untuk pemesinan titanium, seperti Titanium Aluminium Nitrida (TiAlN), Aluminium Titanium Nitrida (AlTiN Nano), atau Titanium Karbida-Nitrida (TiCN). Pelapis ini membentuk lapisan oksida pelindung pada suhu tinggi, mengurangi perpindahan panas, meningkatkan pelumasan, dan mencegah rasa sakit. HVTI End Mill dari HLW (dioptimalkan untuk High Efficiency Milling) dan pelapis Aplus merupakan pilihan yang sangat baik untuk meningkatkan usia pakai dan kinerja alat.
Penahanan dan Stabilitas Kerja
- Gunakan sistem penahan kerja yang kokoh dan aman untuk meminimalkan defleksi dan getaran benda kerja. Hindari pemotongan yang terputus dan jaga agar pahat tetap bergerak secara konstan selama bersentuhan dengan benda kerja-dengan berada di dalam lubang yang dibor atau berhenti di dekat dinding yang diprofilkan akan menyebabkan panas yang berlebih dan keausan pahat.
- Gunakan end mill berdiameter inti yang lebih besar, minimalkan overhang antara hidung spindel dan ujung pahat, dan pertahankan pemakanan dan kecepatan yang konsisten untuk mengurangi chattering.
Pendinginan dan Pelumasan
- Memanfaatkan cairan pendingin bertekanan tinggi dan dalam jumlah yang banyak dengan sifat pelumasan dan pendinginan yang sangat baik (misalnya cairan pendingin berbasis emulsi) untuk membuang panas, membuang serpihan, dan mencegah BUE dan rasa perih. Arahkan aliran cairan pendingin langsung ke permukaan pemotongan untuk hasil pemotongan yang optimal.
Strategi dan Parameter Pemesinan
- Mengadopsi proses climb milling (bukan milling konvensional) untuk mengurangi perpindahan panas ke benda kerja. Climb milling menghasilkan chip yang dimulai dari tebal dan tipis, meningkatkan pembuangan panas ke chip dan memastikan geseran yang lebih bersih.
- Gunakan kecepatan potong yang lebih rendah (biasanya 18-30 meter per menit / 60-100 kaki per menit) yang dipasangkan dengan kecepatan pemakanan yang lebih tinggi dan muatan chip yang lebih besar untuk meminimalkan penumpukan panas dan pengerasan kerja. Sesuaikan kecepatan berdasarkan grade titanium, perkakas, dan kekakuan mesin.
- Untuk pemotongan masuk dan keluar, arahkan pahat dengan lembut ke dalam material atau gunakan talang air untuk menambah/mengurangi tekanan secara bertahap, sehingga mengurangi guncangan pahat dan sobekan material.
- Gunakan alat berdiameter lebih kecil untuk meningkatkan paparan udara dan cairan pendingin, sehingga mata potong dapat mendingin di sela-sela pemotongan.
- Menyederhanakan geometri yang rumit dalam desain part (misalnya, radius yang lebih besar, ketebalan dinding yang seragam, menghindari kantong yang dalam) untuk merampingkan pemesinan dan mengurangi tekanan pahat.
Pertimbangan Desain Bagian
- Gunakan perangkat lunak CAD/CAM (misalnya, dipasangkan dengan alat bantu simulasi seperti ANSYS) untuk desain komponen yang tepat dan pembuatan jalur pahat. Perlengkapan dan jig yang dirancang dengan baik sangat penting untuk menjaga stabilitas dan akurasi.
- Memasukkan prinsip-prinsip Desain untuk Kemampuan Produksi (DFM)-HLW memberikan umpan balik DFM (baik yang digerakkan oleh AI maupun manusia) untuk mengoptimalkan desain komponen demi efisiensi, kualitas, dan efektivitas biaya.
Aplikasi Suku Cadang Titanium Mesin CNC
Suku cadang titanium yang dikerjakan dengan mesin CNC merupakan bagian integral dari berbagai industri dengan permintaan tinggi:
- Dirgantara: Konsumen utama titanium, digunakan dalam komponen kursi pesawat, poros, bagian turbin, katup, sistem penghasil oksigen, badan pesawat, dan komponen roket. Bobotnya yang ringan dan ketahanan panasnya yang tinggi memungkinkan efisiensi bahan bakar dan performa pada kecepatan supersonik.
- Medis dan Gigi: Paduan titanium biokompatibel digunakan pada penggantian sendi pinggul/lutut/siku/bahu, sekrup tulang/gigi/tengkorak, batang fiksasi tulang belakang, implan kepala femoralis, pin ortopedi, staples bedah, dan mahkota gigi/jembatan/implan.
- Militer dan Pertahanan: Diterapkan dalam kedirgantaraan militer, rudal, artileri, kapal selam, kendaraan darat (untuk ketahanan balistik), dan peralatan angkatan laut.
- Marinir/Angkatan Laut: Cocok untuk poros baling-baling desalinasi air laut, peralatan ekstraksi sumber daya bawah laut, tali-temali, robotika bawah laut, penukar panas laut, baling-baling, dan sistem perpipaan-memanfaatkan ketahanan terhadap korosi dan sifatnya yang ringan.
- Otomotif: Digunakan untuk mengurangi berat dan konsumsi bahan bakar, dengan aplikasi pada katup, pegas katup, pin piston mesin, penahan, dan piston kaliper rem.
- Barang Konsumen: Ditampilkan dalam peralatan olahraga (stik golf, rangka sepeda, pemukul baseball, raket tenis, perlengkapan berkemah) dan perhiasan (jam tangan, bingkai kacamata, gelang pernikahan, kalung) karena penampilannya yang ringan dan menarik.
- Pengolahan Kimia: Digunakan pada penukar panas, sistem desalinasi, dan suku cadang peralatan produksi untuk ketahanan korosinya.
Pilihan Pengolahan Permukaan
Finishing permukaan meningkatkan fungsionalitas, daya tahan, dan estetika komponen titanium mesin CNC:
- Anodisasi: Pilihan umum yang meningkatkan ketahanan terhadap korosi, meminimalkan penambahan bobot, mengurangi gesekan, dan memperbaiki penampilan.
- Selesai Mekanis: Pemolesan, peledakan manik-manik, dan penyikatan untuk mengurangi kekasaran permukaan dan mencapai tekstur yang diinginkan.
- Pelapis: Pelapisan PVD, pelapisan bubuk, krom, dan elektroforesis untuk meningkatkan perlindungan dan kinerja.
- Perawatan Lainnya: Pengecatan untuk kustomisasi estetika. HLW menawarkan hingga 6 opsi pasca-pemrosesan, termasuk peledakan manik-manik, pelapisan bubuk, pemesinan halus, dan pemolesan.
Pertimbangan Ekonomi
Biaya Titanium yang lebih tinggi (karena standar kualitas yang ketat dan permintaan yang terus meningkat) membutuhkan optimalisasi biaya strategis:
- Bandingkan harga titanium dengan alternatif lain (misalnya, baja, aluminium) untuk aplikasi yang tidak kritis.
- Mengoptimalkan usia pakai alat, waktu pemesinan, dan penggunaan material untuk mengurangi pemborosan.
- Melacak dan meminimalkan biaya yang terkait dengan perkakas, cairan pendingin, tenaga kerja, energi, dan pengelolaan limbah.
- Memanfaatkan umur panjang dan daya tahan titanium untuk penghematan biaya jangka panjang. Jaringan HLW yang terdiri dari lebih dari 1.600 mesin milling dan turning memastikan harga yang kompetitif dan produksi yang efisien baik untuk pesanan bervolume rendah maupun pesanan yang rumit.
Tindakan Pencegahan Keselamatan dan Standar Industri
Praktik Keselamatan
- Kenakan alat pelindung diri (APD) untuk mengurangi risiko dari serpihan yang beterbangan, cairan pendingin, dan bahaya kebakaran.
- Ikuti prosedur penanganan dan penyimpanan yang tepat untuk bahan titanium, cairan pendingin, dan chip.
- Menerapkan langkah-langkah pencegahan kebakaran dan rencana tanggap darurat, karena panas berlebih dapat menimbulkan risiko kebakaran.
- Lakukan perawatan alat berat secara rutin dan latih operator tentang praktik pemesinan yang aman.
- Buanglah serpihan titanium, cairan pendingin, dan limbah dengan benar untuk memastikan keselamatan di tempat kerja dan kepatuhan terhadap lingkungan.
Standar dan Sertifikasi Industri
Untuk memastikan kualitas dan keandalan, pemesinan CNC titanium mematuhi standar dan sertifikasi industri yang ketat:
- Standar ASTM: ASTM B265 (strip/lembar/pelat titanium), ASTM F136 (implan bedah Ti6Al4V ELI), ASTM F1472 (implan bedah Ti6Al4V).
- Standar ISO: ISO 5832-2 (implan titanium tanpa paduan), ISO 5832-3 (implan paduan Ti6Al4V), ISO 9001 (sistem manajemen mutu), ISO 13485 (manajemen mutu alat kesehatan).
- Standar SAE: SAE AMS 4911 (lembaran / strip / pelat Ti6Al4V anil).
- Sertifikasi: AS9100 (manajemen kualitas penerbangan/antariksa/pertahanan) sangat penting untuk komponen kedirgantaraan.
Layanan Pemesinan CNC HLW untuk Paduan Titanium
HLW menawarkan layanan pemesinan CNC yang komprehensif untuk paduan titanium, memanfaatkan peralatan canggih (penggilingan, pembubutan, pengeboran, pengeboran, dan pembubutan CNC 3-sumbu dan 5-sumbu) dan keahlian untuk menghasilkan suku cadang berkualitas tinggi dengan waktu penyelesaian yang cepat (biasanya kurang dari 10 hari). Kemampuan kami meliputi:
- Pemesinan khusus untuk titanium Grade 1-5, 7, 11, 12, 23, dan paduan lainnya.
- Umpan balik DFM (AI instan dan manusia) untuk mengoptimalkan desain komponen untuk kemampuan manufaktur, biaya, dan kualitas.
- Berbagai pilihan finishing permukaan untuk memenuhi persyaratan fungsional dan estetika.
- Kepatuhan terhadap standar industri (ASTM, ISO, SAE) dan sertifikasi (ISO 9001, AS9100, ISO 13485) untuk aplikasi penting.
- Harga yang kompetitif dan kapasitas produksi yang fleksibel untuk mengakomodasi pesanan bervolume rendah dan geometri yang rumit dengan toleransi yang ketat (± 0.125mm / ± 0.005″).
Untuk memulai, unggah file CAD (.STL) Anda ke platform HLW untuk mendapatkan penawaran instan. Untuk pertanyaan, hubungi kami di 18664342076 atau info@helanwangsf.com. HLW berkomitmen untuk membantu Anda menavigasi tantangan pemesinan CNC titanium dan memberikan hasil yang luar biasa untuk proyek Anda yang paling menuntut.