Titāna sakausējumi ir ieguvuši “kosmosa laikmeta metālu” reputāciju, pateicoties to izcilajam īpašību apvienojumam, kas padara tos neaizstājamus augstas veiktspējas lietojumos dažādās nozarēs. Lai gan to unikālās īpašības sniedz ievērojamas priekšrocības, tie rada arī īpašas problēmas CNC apstrādes procesā, kam nepieciešamas specializētas zināšanas, metodes un aprīkojums. Šajā rakstā sniegts visaptverošs pārskats par titāna sakausējumu CNC apstrādi, ietverot to galvenās īpašības, izplatītākās šķirnes, apstrādes problēmas, labāko praksi, pielietojumu un saistītos apsvērumus.
Titāna sakausējumu galvenās īpašības un priekšrocības
Titāna sakausējumi izceļas ar virkni izcilu īpašību, kas padara tos ļoti pieprasītus kritiskiem lietojumiem:
- Izcila izturības un svara attiecība: Titāna detaļas konkurē ar dažu tēraudu stiepes izturību, bet sver aptuveni uz pusi mazāk - tikai 40% ir smagāks par 40%. alumīnijs un 40% ir vieglāki par tēraudu, tāpēc tie ir ideāli piemēroti nozarēm, kurās svara samazināšana ir ļoti svarīga, neapdraudot konstrukcijas integritāti.
- Lieliska izturība pret koroziju: Titāns, pakļaujot to gaisa iedarbībai, veido aizsargājošu oksīda slāni, kas var atjaunoties pats no sevis, ļaujot tam pretoties jūras ūdens, ķīmisko vielu un skarbas vides izraisītajai korozijai. Šī īpašība padara to par labāko izvēli jūras, ķīmiskās apstrādes un jūras lietojumiem.
- Bioloģiskā saderība: Titāna sakausējumi ir netoksiski un saderīgi ar cilvēka audiem, tie veicina osteointegrāciju (kaula un implantu savienojums), tāpēc tos plaši izmanto medicīnas un zobārstniecības ierīcēs.
- Izturība pret augstām temperatūrām: Titāns ar augstu kušanas temperatūru saglabā savu izturību un stabilitāti pat ekstremālos temperatūras apstākļos, piemērots reaktīvajiem dzinējiem, raķešu sastāvdaļām un augstas temperatūras rūpnieciskām iekārtām.
- Pārstrādājamība: Titāns ir pilnībā pārstrādājams, kas atbilst ilgtspējīgas ražošanas praksei, vienlaikus saglabājot tā galvenās īpašības.
Kopējās titāna kategorijas CNC apstrādei
Titāns ir pieejams gandrīz 40 ASTM šķirās, tostarp komerciāli tīrs titāns (1.-4. klase) un titāna sakausējumi (5. un augstākas klases), no kurām katra ir pielāgota konkrētiem lietojumiem:
- 1. pakāpe (komerciāli tīra, ar zemu skābekļa saturu): Nodrošina izcilu izturību pret koroziju, augstu triecienizturību un vieglu apstrādājamību, lai gan ir mazāk izturīgs nekā citas šķiras. Pielietojums ietver ķīmisko apstrādi, siltummaiņus, atsāļošanas sistēmas, automobiļu detaļas, gaisa kuģu korpusus un medicīnas ierīces.
- 2. pakāpe (komerciāli tīra, ar standarta skābekļa saturu): Stiprāks nekā 1. klase ar augstu izturību pret koroziju, labu plastiskumu, formējamību, metināmību un apstrādājamību. Izmanto gaisa kuģu korpusos, lidaparātu dzinējos, ogļūdeņražu apstrādē, kuģu aprīkojumā, medicīnas ierīcēs un hlorātu ražošanā.
- 3. pakāpe (komerciāli tīra, ar vidēju skābekļa saturu): Grūtāk formējams nekā 1. un 2. klases, bet lepojas ar augstu izturību un izturību pret koroziju, kā arī labu apstrādājamību. Izplatīts kosmiskās aviācijas, jūrniecības un medicīnas nozarē.
- Klase 4 (komerciāli tīra, ar augstu skābekļa saturu): Spēcīgākā no tīra titāna šķirām ar izcilu izturību pret koroziju. Sarežģītas apstrādes dēļ nepieciešama liela padeves ātruma, mazi apgriezieni un liela dzesēšanas šķidruma plūsma. Pielietojums ietver kriogēnās tvertnes, siltummaiņus, hidrauliku, gaisa kuģu korpusus, ķirurģijas aparatūru un kuģu aprīkojumu.
- 5. klase (Ti6Al4V): Visplašāk izmantotais titāna sakausējums (veido aptuveni pusi no pasaules titāna patēriņa), leģēts ar 6% alumīniju un 4% vanādiju. Līdzsvarā ar augstu izturību pret koroziju un lielisku formējamību, bet ar sliktu apstrādājamību. Ideāli piemērots gaisa kuģu korpusu konstrukcijām, lidaparātu dzinējiem, enerģijas ražošanai, medicīnas ierīcēm, kuģu/jūras iekārtām un hidraulikai.
- 6. klase (Ti5Al-2,5Sn): Raksturīga laba metināmība, stabilitāte un izturība augstā temperatūrā ar vidēju izturību titāna sakausējumiem. Izmanto sašķidrinātās gāzes/propelenta apvalkos raķetēs, gaisa kuģu korpusos, reaktīvajos dzinējos un kosmosa transportlīdzekļos.
- 7. klase (Ti-0,15Pd): Bieži tiek uzskatīts par tīru, bet satur nelielu daudzumu palādija, kas nodrošina izcilu izturību pret koroziju, lielisku metināmību un formējamību (lai gan stiprība ir zemāka nekā citiem sakausējumiem). Izmanto ķīmiskās apstrādes un ražošanas iekārtu detaļās.
- 11. pakāpe (Ti-0,15Pd): Līdzīgs 7. klasei ar izcilu izturību pret koroziju, plastiskumu un formējamību, bet vēl zemāku stiprību. Izmanto atsāļošanas, jūras un hlorātu ražošanā.
- 12. klase (Ti0,3Mo0,8Ni): Nodrošina augstu izturību augstā temperatūrā, lielisku metināmību un izturību pret koroziju, bet ir dārgāks nekā citi sakausējumi. Piemērots izmantošanai hidrometalurģijā, lidaparātu/jūras detaļām un siltummaiņiem.
- 23. klase (Ti6Al4V-ELI): Nodrošina lielisku formējamību, plastiskumu, taisnīgu lūzuma izturību un ideālu biosaderību, bet sliktu apstrādājamību. Parasti izmanto ortodontiskajās ierīcēs, ortopēdiskajās tapās/skrūvēs, ķirurģiskajās skavās un ortopēdiskajos kabeļos.
Izaicinājumi titāna sakausējumu CNC apstrādē
Neraugoties uz titāna sakausējumu priekšrocībām, tie rada unikālas problēmas, kas prasa specializētu pieeju:
- Zema siltuma vadītspēja: Titāns lēni izkliedē siltumu, tāpēc apstrādes laikā rodas lokāls siltuma pieaugums. Tas ne tikai paātrina instrumentu nodilumu, bet arī rada risku, ka var rasties apstrādājamo detaļu deformācijas, sacietēšana un pat ugunsbīstamība.
- Darbs rūdīšanās tendence: Materiāls strauji sacietē, kad tas tiek pakļauts griešanas spēkam, apgrūtinot turpmāko griešanu un palielinot instrumenta spriegumu.
- Elastība un vibrācija: Titāna izturība ir pretrunā tā elastībai, kas apstrādes laikā var izraisīt vibrāciju (čatrēšanu). Lai saglabātu precizitāti, ir nepieciešamas izturīgas darbgaldu sistēmas un stabilas apstrādes iekārtas.
- Gultas un iebūvētas malas (BUE): Titāna “gumijveida” daba, īpaši komerciāli tīrās šķirās, izraisa tā pielipšanu pie griezējinstrumentiem, veidojot BUE un dilšanu. Tas pasliktina griešanas veiktspēju, saīsina instrumentu kalpošanas laiku un pasliktina virsmas kvalitāti.
- Instrumentu nodilums: Titāna cietība un abrazivitāte izraisa ātrāku instrumentu noārdīšanos, tāpēc nepieciešami izturīgi instrumentu materiāli un pārklājumi.
Apstrādes procesi, padomi un metodes
Lai pārvarētu šīs problēmas un nodrošinātu augstas kvalitātes rezultātus, ir svarīgi ievērot šādu paraugpraksi:
Instrumentu izvēle un pārklājums
- Izmantojiet griezējinstrumentus, kas izgatavoti no izturīga karbīda vai ātrgriezējtērauda (HSS) ar volframa, oglekļa un vanādija kombināciju pārklājumu, kas var saglabāt cietību līdz 600 ℃.
- Izvēlieties titāna apstrādei paredzētus instrumentu pārklājumus, piemēram, titāna alumīnija nitrīdu (TiAlN), alumīnija titāna nitrīdu (AlTiN Nano) vai titāna karbonitrīdu (TiCN). Šie pārklājumi augstās temperatūrās veido aizsargājošu oksīda slāni, samazina siltuma pārnesi, uzlabo eļļojamību un novērš dilšanu. HLW HVTI gala frēzes (optimizētas augstas efektivitātes frēzēšanai) un Aplus pārklājums ir lieliska izvēle, lai uzlabotu instrumenta kalpošanas laiku un veiktspēju.
Apstrādes stiprināšana un stabilitāte
- Izmantot stingras, drošas darbgaldu nostiprināšanas sistēmas, lai samazinātu apstrādājamo detaļu novirzes un vibrāciju. Izvairieties no pārtrauktu griezumu veikšanas un uzturiet instrumentu pastāvīgā kustībā saskarē ar apstrādājamo detaļu - apstāšanās urbtajos caurumos vai apstāšanās pie profilētām sieniņām izraisa pārmērīgu karstumu un rīka nodilumu.
- Izmantojiet lielāka diametra serdes galu frēzi, samaziniet pārkares starp vārpstas galu un instrumenta galu, kā arī uzturiet nemainīgu padevi un ātrumu, lai samazinātu zobu berzes.
Dzesēšana un eļļošana
- Lietojiet augstspiediena dzesēšanas šķidrumu ar lielisku eļļošanas un dzesēšanas īpašībām (piemēram, emulsijas bāzes dzesēšanas šķidrumus), lai izkliedētu karstumu, izskalotu skaidas un novērstu BUE un dilšanu. Lai nodrošinātu optimālu dzesēšanas šķidruma plūsmu, novirziet to tieši uz griešanas virsmu 效果.
Apstrādes stratēģijas un parametri
- Lai samazinātu siltuma pārnesi uz apstrādājamo detaļu, izmantojiet frēzēšanu pa kāpnēm (nevis parasto frēzēšanu). Frēzējot pa kāpšļiem, rodas skaidas, kas sākas biezas un plānas, veicinot siltuma izkliedi uz skaidām un nodrošinot tīrāku griezumu.
- Izmantojiet mazāku griešanas ātrumu (parasti 18-30 metri minūtē / 60-100 pēdas minūtē) kopā ar lielāku padeves ātrumu un lielāku skaidu slodzi, lai samazinātu siltuma uzkrāšanos un sacietēšanu. Pielāgojiet ātrumu atkarībā no titāna kategorijas, instrumentiem un mašīnas stingrības.
- Ieejas un izejas griezumos ar lokveida griezumu maigi iespiežiet instrumentu materiālā vai izmantojiet izciļņus, lai pakāpeniski palielinātu/samazinātu spiedienu, tādējādi samazinot instrumenta triecienu un materiāla plīsumus.
- Izmantojiet mazāka diametra instrumentus, lai palielinātu gaisa un dzesēšanas šķidruma iedarbību, ļaujot griešanas malai atdzist starp griezieniem.
- Vienkāršojiet sarežģītas ģeometrijas detaļu konstrukcijā (piemēram, lielāki rādiusi, vienmērīgs sieniņu biezums, izvairīšanās no dziļām kabatām), lai racionalizētu apstrādi un samazinātu instrumentu slodzi.
Daļas dizaina apsvērumi
- Izmantojiet CAD/CAM programmatūru (piemēram, apvienojumā ar simulācijas rīkiem, piemēram, ANSYS), lai precīzi izstrādātu detaļas un ģenerētu instrumentu ceļu. Labi izstrādāti stiprinājumi un stendi ir ļoti svarīgi, lai saglabātu stabilitāti un precizitāti.
- Ražojamības dizaina (DFM) principu iekļaušana - DLW nodrošina DFM atgriezenisko saiti (gan mākslīgā intelekta, gan cilvēka vadītu), lai optimizētu detaļu dizainu efektivitātes, kvalitātes un rentabilitātes ziņā.
CNC apstrādātu titāna detaļu pielietojums
CNC apstrādātas titāna detaļas ir neatņemama daudzu nozaru, kurās ir augsts pieprasījums, sastāvdaļa:
- Aeroskosmika: Galvenais titāna patērētājs, ko izmanto lidmašīnu sēdekļu detaļās, vārpstās, turbīnu detaļās, vārstos, skābekļa ražošanas sistēmās, gaisa kuģu korpusos un raķešu detaļās. Tā mazais svars un augstā karstumizturība nodrošina degvielas efektivitāti un veiktspēju virsskaņas ātrumā.
- Medicīnas un zobārstniecība: Bioloģiski saderīgus titāna sakausējumus izmanto gūžas/ceļa/elocekļa/pleca locītavu protēzēs, kaulu/ zobu/ galvaskausa skrūvēs, mugurkaula fiksācijas stieņos, augšstilba galvas implantos, ortopēdiskajos tapās, ķirurģiskajās skavās un zobu kroņos/tiltos/implantos.
- Militārā un aizsardzības joma: Izmanto militārajā aviācijā, raķetēs, artilērijā, zemūdenēs, sauszemes transportlīdzekļos (ballistiskajai pretestībai) un jūras aprīkojumā.
- Jūras/jūrniecība: Piemērots jūras ūdens atsāļošanas dzenskrūves vārpstām, zemūdens resursu ieguves iekārtām, takelāžām, zemūdens robotikai, jūras siltummaiņiem, dzenskrūvēm un cauruļvadu sistēmām, izmantojot tā izturību pret koroziju un vieglās īpašības.
- Autotransports: Izmanto, lai samazinātu svaru un degvielas patēriņu, un to izmanto vārstos, vārstu atsperēs, dzinēja virzuļu tapās, fiksatoros un bremžu suporta virzuļos.
- Patēriņa preces: Vieglā un pievilcīgā izskata dēļ to izmanto sporta aprīkojumā (golfa nūjas, velosipēdu rāmji, beisbola nūjas, tenisa raketes, kempinga piederumi) un juvelierizstrādājumos (pulksteņi, briļļu rāmji, kāzu gredzeni, kaklarotas).
- Ķīmiskā apstrāde: Izmantots siltummaiņos, atsāļošanas sistēmās un ražošanas iekārtu detaļās, jo ir izturīgs pret koroziju.
Virsmā apdares iespējas
Virsmas apdare uzlabo CNC apstrādātu titāna detaļu funkcionalitāti, izturību un estētiku:
- Anodēšana: Parasta izvēle, kas palielina izturību pret koroziju, samazina svara pieaugumu, samazina berzi un uzlabo izskatu.
- Mehāniskā apdare: Pulēšana, smilšu strūklas strūklošana un suku tīrīšana, lai samazinātu virsmas raupjumu un panāktu vēlamo tekstūru.
- Pārklājumi: PVD pārklājums, pulverkrāsošana, hromēšana un elektroforēze uzlabotai aizsardzībai un veiktspējai.
- Citi ārstēšanas veidi: Gleznošana estētiskai pielāgošanai. HLW piedāvā līdz pat 6 pēcapstrādes iespējas, tostarp smilšu strūklas strūklu, pulverkrāsošanu, gludu apstrādi un pulēšanu.
Ekonomiskie apsvērumi
Titāna augstākas izmaksas (stingru kvalitātes standartu un pieaugoša pieprasījuma dēļ) prasa stratēģisku izmaksu optimizāciju:
- Salīdziniet titāna cenas ar alternatīvām (piemēram, tēraudu, alumīniju) nekritiskiem lietojumiem.
- Optimizējiet darbarīku kalpošanas laiku, apstrādes laiku un materiālu izmantošanu, lai samazinātu atkritumu daudzumu.
- Izsekojiet un samaziniet izmaksas, kas saistītas ar instrumentu, dzesēšanas šķidruma, darbaspēka, enerģijas un atkritumu apsaimniekošanu.
- Izmantojiet titāna ilgmūžību un izturību, lai ilgtermiņā ietaupītu izmaksas. HLW vairāk nekā 1600 frēzēšanas un virpošanas darbgaldu tīkls nodrošina konkurētspējīgas cenas un efektīvu ražošanu gan maziem, gan sarežģītiem pasūtījumiem.
Drošības pasākumi un nozares standarti
Drošības prakse
- Lietojiet individuālos aizsardzības līdzekļus (IAL), lai mazinātu risku, ko rada lidojošas atlūzas, dzesēšanas šķidrums un ugunsbīstamība.
- Ievērojiet pareizas titāna materiālu, dzesēšanas šķidrumu un skaidu apstrādes un uzglabāšanas procedūras.
- Īsteno ugunsdrošības pasākumus un ārkārtas situāciju reaģēšanas plānus, jo pārmērīgs karstums var radīt ugunsgrēka risku.
- Veikt regulāru mašīnu apkopi un apmācīt operatorus par drošu apstrādes praksi.
- Pareizi atbrīvojieties no titāna skaidām, dzesēšanas šķidruma un atkritumiem, lai nodrošinātu darba vietas drošību un atbilstību vides aizsardzības prasībām.
Nozares standarti un sertifikāti
Lai nodrošinātu kvalitāti un uzticamību, titāna CNC apstrādes procesā tiek ievēroti stingri nozares standarti un sertifikāti:
- ASTM standarti: ASTM B265 (titāna sloksnes/plāksnes/plāksnes), ASTM F136 (ķirurģiskie implanti Ti6Al4V ELI), ASTM F1472 (ķirurģiskie implanti Ti6Al4V).
- ISO standarti: ISO 5832-2 (neleģēti titāna implanti), ISO 5832-3 (Ti6Al4V sakausējuma implanti), ISO 9001 (kvalitātes vadības sistēmas), ISO 13485 (medicīnas ierīču kvalitātes vadība).
- SAE standarti: SAE AMS 4911 (rūdīta Ti6Al4V loksne/plāksne/plāksne).
- Sertifikāti: AS9100 (aviācijas/kosmosa/aizsardzības kvalitātes pārvaldība) ir ļoti svarīga kosmosa komponentiem.
HLW CNC apstrādes pakalpojumi titāna sakausējumiem
HLW piedāvā visaptverošus titāna sakausējumu CNC apstrādes pakalpojumus, izmantojot modernākās iekārtas (3 un 5 asu CNC frēzēšana, virpošana, urbšana, urbšana, urbšana) un speciālās zināšanas, lai nodrošinātu augstas kvalitātes detaļas ar ātru izpildes laiku (parasti līdz 10 dienām). Mūsu iespējas ietver:
- Titāna 1.-5., 7., 11., 12., 23. un citu sakausējumu 1.-5., 7., 11., 12. un 23. pakāpes un citu sakausējumu apstrāde pēc pasūtījuma.
- DFM atgriezeniskā saite (tūlītēja mākslīgā intelekta un cilvēka), lai optimizētu detaļu dizainu attiecībā uz izgatavojamību, izmaksām un kvalitāti.
- Virsmas apdares iespēju klāsts, kas atbilst funkcionālajām un estētiskajām prasībām.
- Atbilstība nozares standartiem (ASTM, ISO, SAE) un sertifikātiem (ISO 9001, AS9100, ISO 13485) attiecībā uz kritiskiem lietojumiem.
- Konkurētspējīgas cenas un elastīga ražošanas jauda, kas ļauj izpildīt neliela apjoma pasūtījumus un sarežģītas ģeometrijas ar stingrām pielaidēm (±0,125 mm / ±0,005″).
Lai sāktu, augšupielādējiet savu CAD (.STL) failu HLW platformā, lai saņemtu tūlītēju piedāvājumu. Lai saņemtu informāciju, sazinieties ar mums pa e-pastu 18664342076 vai info@helanwangsf.com. HLW ir apņēmusies palīdzēt jums pārvarēt titāna CNC apstrādes izaicinājumus un nodrošināt izcilus rezultātus jūsu visprasīgākajiem projektiem.