Hoe de bewerkingssnelheid van titanium te verhogen?

Geplaatst op 19 oktober 2020, | Door Candy, WayKen Snelle productie

Titanium is lang over het hoofd gezien vanwege zijn eigenschappen. Recente ontwikkelingen in de metallurgie en productietechnologie hebben echter een nieuwe kijk op het materiaal gegeven. Op dit moment is titanium begeerd vanwege zijn uitstekende verhouding tussen gewicht en sterkte (3 keer beter dan staal), zijn corrosieweerstand, compatibiliteit met menselijk weefsel en uitstekende prestaties bij hoge temperaturen. Aerospace titanium onderdelen zijn vooral populair omdat ze licht en sterk zijn. Er zijn echter veel problemen met het bewerken van titanium.

De meest voorkomende titaniumlegeringen

Er zijn een aantal elementen die aan titanium worden toegevoegd om de prestatiemogelijkheden te vergroten. Titanium ondergaat een allotrope transformatie bij een temperatuur van meer dan 800 C. De elementen die de temperatuur van de bruikbaarheid van titanium verlagen, worden bèta-stabilisatoren genoemd en degenen die deze verhogen, worden alfa-stabilisatoren genoemd. Afhankelijk van de inhoud van de stabilisatoren worden titaniumlegeringen onderverdeeld in 4 groepen.

1. Ongelegeerd titanium. Eigenlijk gewoon titanium. De ongelegeerde versie heeft de beste corrosieweerstand maar een lage sterkte.
2. Alfa legeringen. Alfa-legeringen hebben een betere kruipweerstand, zodat ze worden gebruikt voor prestaties bij hoge temperaturen.
3. Alfa-beta legeringen. Deze groep is het meest wijdverbreid vanwege zijn geweldige eigenschappen. Alfa-stabilisatoren dragen bij aan de hittebestendigheid van het materiaal en bèta-stabilisatoren dragen bij aan de sterkte van de legering. De meest voorkomende alfa-beta-legering Ti-6Al-4V is goed voor bijna 50% van de hele markt voor titaniumlegeringen.
4. Bèta legeringen. Die legeringen zijn harder dan alle voorgaande groepen, maar hun dichtheid is ook hoger.

7 redenen waarom titanium moeilijk te bewerken is

Laten we niet diep ingaan op de mechanica van titanium frezen, titanium draaien of titanium slijpen, gereedschapslijtage en chipgeneratie mechanica. In plaats daarvan is hier een samenvatting van 7 punten waarom titanium zo'n gedoe is om te bewerken.

1. Titanium behoudt zelfs bij hoge temperaturen een hoge sterkte en zijn weerstand tegen plastische vervorming blijft bestaan, zelfs bij snijsnelheden. Dit maakt de snijkrachten veel groter in vergelijking met staal.
2. Als de chip zich toch vormt, is deze erg dun en is het contactoppervlak tussen de chip en het gereedschap drie keer kleiner dan dat van staal. Daarom moet de punt van het gereedschap bijna alle snijkracht weerstaan.
3. Titaniumlegeringen hebben een hoge wrijvingscoëfficiënt voor de materialen van het snijgereedschap. Dit verhoogt de snijtemperatuur en de krachten.
4. Bij een temperatuur van meer dan 500 graden Celsius reageert titanium chemisch met de meeste gereedschapsmaterialen. Oh, en titanium heeft de neiging om zelf te ontbranden bij het snijden als de warmteontwikkeling te hoog is, dus het gebruik van koelvloeistof bij het snijden van titaniumlegeringen is een absolute must.
5. Door een laag contactoppervlak en de dunheid van de spanen gaat alle warmte tijdens het snijproces naar het gereedschap, wat de levensduur aanzienlijk verkort. Alleen hogedrukkoelvloeistoffen kunnen de warmteontwikkeling bijhouden.
6. Titaniumlegeringen hebben een zeer lage elasticiteitsmodulus. Dit kan extra trillingen, gebabbel en doorbuiging veroorzaken.
7. Bij lage snijsnelheden kan het materiaal aan de snijkant blijven kleven en is dit extreem slecht voor de oppervlakteafwerking.

Dus, zoals je kunt zien, zijn er nogal wat belangrijke problemen. De productie-ingenieurs over de hele wereld hebben echter veel strategieën bedacht om de bewerkingssnelheden van titanium te verhogen.

De bewerkingssnelheden van titanium verhogen met snijgereedschappen

De keuze van het snijgereedschap is de eerste stap naar een succesvol CNC-bewerkingsproces van aluminium en titanium. Het belangrijkste om te kiezen is het materiaal. In de loop der jaren hebben een aantal harde legeringen bewezen goed te zijn in het snijden van titanium. Om goed te zijn in het bewerken van titanium onderdelen, moeten de gereedschappen een aantal eigenschappen hebben.

• Het gereedschap moet hard zijn bij hoge temperaturen.
• Ze moeten een hoge weerstand hebben tegen chatter.
• Ze moeten hoge vermoeiingseigenschappen hebben omdat cip-generatie met titanium een ​​cyclisch proces is.
• Ze moeten chemisch neutraal zijn tot heet titanium.
• Ze moeten een hoge sterkte hebben.
• Ze moeten een goede thermische geleidbaarheid hebben om de trage titaniumsnelheid te compenseren.

Het meest geschikte assortiment gereedschapsmaterialen dat alle bovengenoemde eigenschappen heeft, zijn de WC/Co-legeringen. Een andere mogelijke oplossing zijn de hogesnelheidsstalen omdat ze zeer goed bestand zijn tegen chippen. Diamantgereedschappen hebben ook goede prestaties geleverd tegen titaniumslijtage. U kunt hier onze diamantbewerkingstips opzoeken.

Hoge snelheid titanium bewerkingstechnieken

Een andere haalbare manier om de prestaties van titaniumbewerking te verbeteren, is door speciale bewerkingsstrategieën voor titanium toe te passen. Onze bewerkingsdiensten voor titanium zijn behoorlijk bedreven geworden in het kiezen van de juiste snijparameters om de tijd van titaniumbewerking tot een minimum te beperken. Afgezien van parameteroptimalisatie zijn er echter enkele onconventionele bewerkingsstrategieën die de snijsnelheden van titanium aanzienlijk kunnen verhogen.

Randgereedschap

Deze tools zijn ontwikkeld door het bedrijf General Electric. Ze gebruiken gereedschappen met een dunne uitstekende richel. in plaats van het hele gereedschap, snijdt alleen deze dunne richel het titanium. Omdat de chip ook erg dun is, is er geen verschil, de richel slijt echter langzamer en is gemakkelijker te slijpen. De flank van de richel slijt snel en blijft dan constant tijdens de slijtage van de rest van de richel, wat langzamer gaat bij constante flanken.

Roterende inzetstukken

Roterende wisselplaten worden gebruikt voor het draaien van titanium. Ze waren voorheen onmogelijk vanwege het gebrek aan precisie in het ontwerp van werktuigmachines. Het niveau van de productietechnologie maakt het gebruik ervan nu echter mogelijk. Het belangrijkste principe is dat het inzetstuk van het gereedschap een ronde vorm heeft en rond de opspanning draait terwijl het gereedschap de voorraad snijdt. Op die manier is de warmteoverdracht veel sneller en warmt het gereedschap minder op. De snijsnelheden kunnen dus worden verhoogd.

Ultrasoon ondersteunde metaalverwijdering

Door ultrasone trillingen aan het snijgereedschap toe te voegen, wordt de spaanvorming zelfs gemakkelijker. Titaniumchips hebben een zeer slechte elasticiteit die verergerd wordt door de vervormingsharding wanneer de snijkant het materiaal begint te snijden. Ultrasone golven stimuleren spaanbreuk in plaats van vervorming en dat heeft een positieve invloed op de standtijd, oppervlakteafwerking, de eigenschappen van het gereedschap, het voorkomt materiaalophoping op de snijkant en stelt de machinist in staat de snijsnelheden te verhogen.

Meer weten?

Het kiezen van de juiste bewerkingstips en grondstoffen voor uw volgende rapid prototyping is echt een belangrijk onderdeel wanneer u de prestaties verwacht. Bij WayKen geven we je graag meer professioneel advies. Neem gerust contact met ons op:[email protected] of upload je CAD-bestand daar.