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CNC-Bearbeitung einer Titanlegierung: Verfahren, Anwendungen und Herausforderungen

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1149 Ansichten 2024-10-24 13:38:56

In moderner Fertigung, CNC (Computer-Numerische Steuerung) Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen spielt die Zerspanungstechnik eine entscheidende Rolle.

Vorteile der CNC-Bearbeitung von Titan

  • Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht:

Titanlegierungen haben eine extrem hohe Festigkeit und eine relativ geringe Dichte, Das bedeutet, dass Teile aus Titanlegierungen auch unter den Anforderungen des Leichtbaus hervorragende mechanische Eigenschaften beibehalten können.

  • Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit:

Titanlegierungen sind gegenüber den meisten Säuren und Laugen äußerst beständig, Dadurch eignen sie sich für raue Umgebungen wie das Meer und chemische Verarbeitungsanlagen.

CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen

CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen

  • Biokompatibilität:

Titanlegierungen eignen sich sehr gut für den Einsatz in menschlichen Implantaten, da sie keine Immunabstoßung hervorrufen und eine hohe Kompatibilität mit menschlichem Gewebe aufweisen.

  • Hohe Verschleißfestigkeit:

Titanlegierungen können nach der Bearbeitung eine sehr glatte Oberfläche erhalten, und diese Oberfläche weist eine sehr hohe Verschleißfestigkeit auf, das für Teile für den Langzeitgebrauch geeignet ist.

  • Gute Bearbeitungseigenschaften:

Allerdings sind Titanlegierungen schwierig zu bearbeiten, Komplexe Formen können mithilfe der CNC-Technologie präzise bearbeitet werden, Erfüllung der strengen geometrischen Genauigkeitsanforderungen von Teilen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt.

  • Nicht magnetisch:

Titanlegierungen sind nicht magnetisch, Dies ist ein wichtiger Vorteil für einige elektronische Geräte und medizinische Anwendungen.

  • Hochtemperaturleistung:

Titanlegierungen können ihre mechanischen Eigenschaften bei hohen Temperaturen beibehalten, Dies ist für Hochtemperaturanwendungen wie Flugzeugtriebwerke von entscheidender Bedeutung.

  • Gute Duktilität:

Titanlegierungen weisen eine gute Duktilität auf und können geformt und verarbeitet werden, ohne die Integrität des Materials zu beeinträchtigen.

  • Widerstand gegen Ermüdungsrissausbreitung:

Die Mikrostruktur von Titanlegierungen trägt dazu bei, der Ausbreitung von Ermüdungsrissen entgegenzuwirken, Verbesserung der Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Teilen.

  • Umweltfreundlich:

Die CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen kann den Materialabfall reduzieren, und moderne Bearbeitungstechniken verwenden tendenziell umweltfreundlichere Kühl- und Schmierstoffe.

Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Bearbeitungstechnologie, Auch die Bearbeitungskosten und die Effizienz von Titanlegierungen verbessern sich allmählich, ihre Anwendungsfelder weiter ausbauen.

Verschiedene Titansorten für die CNC-Bearbeitung

Im Rahmen der CNC-Bearbeitung, Verschiedene Titansorten bieten einzigartige Kombinationen von Eigenschaften, die sie für verschiedene Anwendungen geeignet machen. Hier finden Sie einen Überblick über gängige Titansorten, die bei der CNC-Bearbeitung verwendet werden, und deren Eigenschaften:

  • Grad 1 Titan

Grad 1 ist eines der kommerziell reinsten (CP) Titansorten mit ausgezeichneter Schlag- und Korrosionstoleranz, sowie gute Schweißbarkeit. Es weist unter den CP-Typen das höchste Maß an Duktilität und Formbarkeit auf, Damit eignet es sich ideal für Anwendungen, bei denen diese Eigenschaften unerlässlich sind.

  • Grad 2 Titan

Ähnlich wie Note 1, Grad 2 ist ein weiterer CP-Typ mit etwas geringerer Duktilität, bietet aber dennoch eine gute Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit. Es wird häufig in allgemeinen Industrieanwendungen eingesetzt, bei denen ein moderates Maß an Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.

  • Grad 5 Titan (Ti-6Al-4V)

Grad 5, auch bekannt als Ti-6Al-4V, ist aufgrund seiner Kombination aus hoher Festigkeit die am häufigsten verwendete Alpha-Beta-Titanlegierung, gute Korrosionsbeständigkeit, und ausgezeichnete Biokompatibilität. Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, Militär, und medizinische Anwendungen, bei denen diese Eigenschaften von entscheidender Bedeutung sind.

  • Grad 7 Titan (Ti-6Al)

Grad 7 ist eine Alpha-Beta-Titanlegierung, die Grade ähnelt 5 jedoch mit einem höheren Aluminiumanteil, was eine verbesserte Kriechfestigkeit bei erhöhten Temperaturen bietet. Dadurch eignet es sich für Anwendungen, die strukturelle Stabilität bei hohen Temperaturen erfordern.

  • Grad 12 Titan (Ti-3Al-2,5V)

Grad 12 ist eine Alpha-Beta-Titanlegierung mit erhöhter Festigkeit und Zähigkeit im Vergleich zu den CP-Sorten. Es wird in Anwendungen eingesetzt, bei denen ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Formbarkeit erforderlich ist, etwa in der Automobilindustrie.

Ursachen und Lösungen für Vibrationen bei der CNC-Bearbeitung

Ursachen und Lösungen für Vibrationen bei der CNC-Bearbeitung

Bei der Auswahl einer Titansorte für die CNC-Bearbeitung, Es ist wichtig, die spezifischen Anforderungen der Anwendung zu berücksichtigen, inklusive der gewünschten Stärke, Korrosionsbeständigkeit, Arbeitstemperatur, und Biokompatibilität. Jede Sorte bietet einzigartige Eigenschaften, die auf die Anforderungen der Anwendung abgestimmt sein müssen, um optimale Leistung und Langlebigkeit des fertigen Teils zu gewährleisten.

Häufige Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Titanlegierungen

Zu den Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Titanlegierungen gehören hauptsächlich::

  • Geringe Wärmeleitfähigkeit:

Die Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen ist sehr gering, Dadurch ist es schwierig, die beim Schneidvorgang entstehende Wärme schnell abzuleiten. Infolge, Im Kontaktbereich zwischen Werkzeug und Werkstück staut sich leicht Wärme, Dies führt zu einer zu hohen Werkzeugtemperatur und einem beschleunigten Werkzeugverschleiß .

  • Hohe chemische Aktivität:

Bei hohen Temperaturen, Titanlegierungen neigen zu chemischen Reaktionen mit Sauerstoff und Stickstoff in der Luft, Bildung einer gehärteten Schicht, was die Bearbeitungsschwierigkeit erhöht .

  • Arbeit – Härten:

Bei Titanlegierungen kommt es während des Schneidvorgangs wahrscheinlich zu einer Aushärtung, das heißt, Mit der Verformung während des Bearbeitungsprozesses nimmt die Härte des Materials zu. Dies erfordert den Einsatz leistungsstärkerer Werkzeuge und strengerer Schnittparameter .

  • Schneller Werkzeugverschleiß:

Aufgrund der oben genannten Eigenschaften, Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen verschleißt das Werkzeug sehr schnell, insbesondere in der Nähe der Schneidkante und der Werkzeugspitze .

Häufige Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Titanlegierungen

Häufige Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Titanlegierungen

  • Schwierige Spanentsorgung:

Der Span aus einer Titanlegierung hat eine große Kontaktfläche mit der Spanfläche des Werkzeugs und lässt sich leicht um das Werkzeug wickeln, was das normale Schneiden behindert. Darüber hinaus, Besonderes Augenmerk sollte auf die Spanabfuhr gelegt werden, um eine Beeinträchtigung der Bearbeitungsqualität zu vermeiden .

  • Niedriger Elastizitätsmodul:

Der Elastizitätsmodul einer Titanlegierung ist relativ niedrig, und es ist leicht, während der Bearbeitung eine elastische Verformung zu erzeugen. Besonders bei der Bearbeitung dünnwandiger oder ringförmiger Teile, Es kann zu Verformungen des Werkstücks kommen .

  • Bearbeitungsvibration:

Die bei der Bearbeitung von Titanlegierungen erzeugten Vibrationen sind zehnmal so hoch wie bei gewöhnlichem Stahl, Dies erhöht nicht nur den Werkzeugverschleiß, sondern kann auch zu einer Verschlechterung der Werkstückoberflächenqualität führen .

  • Werkzeugauswahl und Beschichtungstechnik:

Die Auswahl geeigneter Werkzeugmaterialien und Beschichtungstechnologien ist entscheidend für die Verbesserung der Effizienz der Bearbeitung von Titanlegierungen und der Werkzeuglebensdauer .

Vakuumbeschichtung

Vakuumbeschichtung

  • Werkstückspannung und Verformung:

Die Spannverformung und die spannungsbedingte Verformung der Titanlegierung während der Bearbeitung sind groß, Daher sollte der Befestigungsmethode des Werkstücks besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, um Verformungen während des Bearbeitungsprozesses zu verhindern .

  • Auswahl der Schneidflüssigkeit:

Die Verwendung einer falschen Schneidflüssigkeit kann zu chemischen Reaktionen führen oder die Spanabfuhr beeinträchtigen. daher, Die Auswahl einer geeigneten Schneidflüssigkeit ist auch bei der Bearbeitung von Titanlegierungen eine Herausforderung .

Als Reaktion auf diese Schwierigkeiten, Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen müssen eine Reihe von Maßnahmen ergriffen werden, wie zum Beispiel die Verwendung von Hochleistungsschneidwerkzeugen, Optimierung der Schnittparameter, Einführung geeigneter Kühl- und Schmierstrategien, und sorgt für die korrekte Spannung des Werkstücks, um die Bearbeitungseffizienz und -qualität zu verbessern.

Anwendung und Herausforderungen für die CNC-Bearbeitung von Titan

Anwendungen der CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen

Luft- und Raumfahrt:

Aufgrund seiner korrosionsbeständigen Eigenschaften und seiner hohen Festigkeit, Titanlegierung ist für Luft- und Raumfahrtanwendungen geeignet, wie Triebwerksschaufeln, Fahrwerke, Wellen, und interne Strukturen.

Anwendung und Herausforderungen für die CNC-Bearbeitung von Titan

Anwendung und Herausforderungen für die CNC-Bearbeitung von Titan

Medizinische Industrie:

Titanlegierungen weisen chemische Inertheit und Biokompatibilität auf und können zur Herstellung medizinischer Implantate und chirurgischer Geräte verwendet werden, wie Knochenwachstumsstimulatoren, Wirbelsäulenfusionsgeräte, und Knochenplatten.

Schiffbau:

Die CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen findet auch wichtige Anwendungen in der Schifffahrtsindustrie, wie Decks, Fesseln, Karabinerhaken, Druckbehälter, und U-Boot-Detektoren.

Automobilindustrie:

Titanmetall, aufgrund seiner Schlagfestigkeit und Haltbarkeit, wird häufig in Sportwagen und Luxusautos verwendet, wie zum Beispiel Fahrzeugrahmen, Verbindungselemente, Schalldämpfer, Auspuffrohre, Motorventile, und lasttragende Federn.

Anwendung von Titanlegierungsmaterialien in Automobilen

Anwendung von Titanlegierungsmaterialien in Automobilen

Andere Branchen:

Die CNC-Bearbeitung von Titan ist auch für die Öl- und Gasindustrie anwendbar, Konstruktion, Schmuck, Sport, und Elektrofahrzeugindustrie.

Herausforderungen bei der CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen

Obwohl die CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen viele Vorteile hat, Es gibt auch einige Herausforderungen während des Bearbeitungsprozesses:

  1. Hohe chemische Reaktivität und Extrusion:

Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen, Einige Gase können damit reagieren, Dies führt zu Problemen wie Oberflächenoxidation und Versprödung.

  1. Wärmestau und Schnittkraft:

Titanlegierungen haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit, Dies führt dazu, dass sich das Werkstück in der Nähe des Schneidbereichs schnell erwärmt. Dies führt zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß und kann sich negativ auf die Qualität der Schnittfläche auswirken.

  1. Eigenspannung und Verfestigungsspannung:

Aufgrund seiner Kristallstruktur, Titanlegierungen können bei der Bearbeitung zu Problemen führen, Erhöhung der Schnittkraft, Reduzierung der Bearbeitungsfreundlichkeit, und die Wahrscheinlichkeit einer Eigenspannung erhöht.

Einstellen der CNC-Bearbeitungsparameter

  • Klären Sie die Bearbeitungsanforderungen

Bestimmen Sie das Werkstückmaterial, Größe, Form, und Präzisionsanforderungen, usw.

  • Wählen Sie Extras

Wählen Sie den Werkzeugtyp aus, Durchmesser, Länge, usw. je nach Werkstückmaterial und Bearbeitungsanforderungen.

  • Legen Sie das Bearbeitungskoordinatensystem fest

Bestimmen Sie das Bearbeitungskoordinatensystem in der CNC-Steuerung.

  • Bearbeitungsparameter festlegen

Stellen Sie Parameter wie Schnittgeschwindigkeit ein, Vorschubgeschwindigkeit, und Schnitttiefe entsprechend dem Werkstück, Werkzeuge, und Anforderungen.

  • Inspizieren und überprüfen

Überprüfen Sie die Parameter vor der Bearbeitung sorgfältig. Zur Überprüfung können Simulationsbearbeitung oder Probeschneiden eingesetzt werden.

  • Überwachen Sie den Bearbeitungsprozess

Überwachen Sie den Werkzeugverschleiß, Schnittkraft, Schnitttemperatur, usw. in Echtzeit und passen Sie die Parameter bei Bedarf an.

  • Warten Sie die Werkzeugmaschine

Warten Sie die CNC-Werkzeugmaschine regelmäßig, um ihre Präzision und Leistung sicherzustellen.

  • Sicherer Betrieb

Befolgen Sie die Sicherheitsverfahren.

Schematische Darstellung der Struktur einer CNC-Werkzeugmaschine

Schematische Darstellung der Struktur einer CNC-Werkzeugmaschine

Abschluss

Die Fähigkeit zur CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen wurde kontinuierlich verbessert, dank des Fortschritts in der Materialwissenschaft, Maschinenbau und Informatik. Durch den Einsatz neuester Bearbeitungstechniken und Optimierungsstrategien, Hersteller sind in der Lage, Teile aus Titanlegierungen mit höherer Effizienz und besserer Qualität herzustellen.

Mit der Entwicklung der Technologie, Es wird erwartet, dass die Kosteneffizienz und die Umweltauswirkungen der CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen in Zukunft weiter verbessert werden.

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