Titanium bewerken onder de knie krijgen: Expert technieken & toolselectie voor legeringen

In de huidige productie-industrie zijn titanium en zijn legeringen onmisbaar in luchtvaart, medische, automobiel en vuurwapentoepassingen. Dit populaire metaal is bestendig tegen roest en chemicaliën, herwinbaar en extreem sterk voor zijn gewicht. Er zijn echter diverse uitdagingen die overwogen moeten worden bij het bewerken van titanium en het selecteren van de juiste tools en parameters.

Titanium-variëteiten

Titanium is beschikbaar in veel variëteiten, waaronder bijna 40 ASTM-kwaliteiten, alsmede diverse additionele legeringen. Kwaliteiten 1 tot 4 worden commercieel zuiver titanium genoemd met variërende eisen aan de uittrekkingssterkte. Kwaliteit 5 (Ti6Al4V of Ti 6-4) is de meest voorkomende combinatie, gelegierd met 6% aluminium en 4% vanadium. Hoewel titanium en zijn legeringen vaak samen gegroepeerd worden, zijn er belangrijke verschillen die opgemerkt moeten worden voordat de ideale bewerkingsbenadering bepaald wordt.

Helical Solutions' HVTI frees is een uitstekende keuze voor high-efficiency toolpaden in titanium.

Titanium-zorgen

Werkstukspanning

Hoewel titanium wenselijkere materiaaleigenschappen kan hebben dan gemiddeld staal, gedraagt het zich ook flexibeler en is vaak minder rigide dan andere metalen. Dit vereist een stevige greep op titanium werkstukken en een zo rigide mogelijk machine-opstelling. Andere overwegingen zijn het vermijden van onderbroken sneden en het constant in beweging houden van het gereedschap tijdens contact met het werkstuk. Dwalen in een geboorde gat of stoppen van een gereedschap naast een geprofileerde wand zorgt voor wrijving – wat overmatige warmte creëert, het materiaal verhardt en vroege toolslijtage veroorzaakt.

Warmteontwikkeling

Warmte is een vijandige factor en moet overwogen worden bij het selecteren van snelheden en voedingen. Hoewel commercieel zuivere titanium-kwaliteiten zacht en 'klebrig' zijn ten opzichte van de meeste legeringen, verhogen legeringselementen doorgaans de hardheid van titanium. Dit vergroot de zorgen over gegenereerde warmte en toolslijtage. Het handhaven van een grotere chipload en het vermijden van onnodige wrijving verbetert de toolprestaties in harder titaniumlegeringen en minimaliseert de hoeveelheid werkverharding. Een lagere RPM, gecombineerd met een grotere chipload, kan een significante temperatuurreductie opleveren vergeleken met hogere snelheden. Vanwege de lage warmteleidingseigenschappen houdt het minimaliseren van temperaturen de stress op het gereedschap laag en vermindert slijtage. Het gebruik van high-pressure koelmiddel is ook een effectieve methode om warmteontwikkeling te reduceren bij het bewerken van titanium.

Deze nokasdeksels waren op maat gemaakt in titanium voor Mitsubishi Evos.
Foto met dank aan @RebootEng (Instagram)

Galling en Built-Up Edge

De volgende uitdaging is dat titanium een sterke neiging heeft om zich aan een snijgereedschap te hechten, wat built-up edge creëert. Dit lastige probleem kan verminderd worden door grote hoeveelheden high-pressure koelmiddel direct op het snijvlak te richten. Het doel is om chips zo snel mogelijk te verwijderen om her-snijden te voorkomen en de kanalen schoon en vrij van afvalstoffen te houden. Galling is een groot probleem in de commercieel zuivere titanium-kwaliteiten vanwege hun 'klebrige' aard. Dit kan aangepakt worden met de eerder genoemde strategieën, zoals het voortzetten van de voeding tijdens alle werkstukcontacten en het gebruik van voldoende high-pressure koelmiddel.

Titanium-oplossingen

Hoewel de primaire zorgen bij het bewerken van titanium en zijn legeringen kunnen verschuiven, blijven de methoden om ze te mitigeren redelijk constant. De hoofdideeën zijn: galling, warmteontwikkeling, werkverharding en werkstuk- of toolafbuiging vermijden. Gebruik veel koelmiddel onder hoge druk, houd snelheden laag en voedingen hoog, houd het gereedschap in beweging bij contact met het werkstuk, en gebruik een zo rigide mogelijk opstelling.

Daarnaast kan het selecteren van een geschikte toolcoating helpen om de klus succesvol te maken. Met de hoge warmte die ontstaat tijdens titaniumbewerkingen is een coating die de temperatuur adequaat kan hanteren essentieel voor het behoud van prestaties. De juiste coating helpt ook galling te voorkomen en chips effectief te evacueren. Coatings zoals Harvey Tool's Aluminum Titanium Nitride (AlTiN Nano) produceren een oxidelaag bij hoge temperaturen en verhogen de slijmbaarheid van het gereedschap.

Tooling-oplossingen

Helical Solutions biedt de HVTI-6 lijn van tooling geoptimaliseerd voor High Efficiency Milling (HEM) in titanium en zijn legeringen. Helical's HVTI-6 kent de Aplus-coating die toegevoegde slijmbaarheid en hoge temperatuurbestendigheid biedt voor verbeterde toollevensduur en snelere snelheden en voedingen.

Naarmate titanium en zijn vele legeringen in gebruik toenemen in diverse industrieën, zullen meer freeskundigen belast worden met het frezen van dit moeilijke materiaal. Warmtebeheer en adequate chip-evacuatie, gecombineerd met de juiste coating, zullen een succesvolle run mogelijk maken.