בייצור מודרני, CNC (בקרה מספרית מחשב) טכנולוגיית עיבוד שבבי ממלאת תפקיד חיוני בעיבוד של סגסוגות טיטניום.
לסגסוגות טיטניום חוזק גבוה במיוחד וצפיפות נמוכה יחסית, מה שאומר שחלקים העשויים מסגסוגות טיטניום יכולים לשמור על תכונות מכניות מצוינות גם תחת הדרישה של עיצוב קל משקל.
סגסוגות טיטניום עמידות ביותר לרוב החומצות והאלקליות, מה שהופך אותם למתאימים לסביבות קשות כמו האוקיינוס ומתקני עיבוד כימיים.
סגסוגות טיטניום מתאימות מאוד לשימוש בשתלים אנושיים מכיוון שהן אינן גורמות לדחייה חיסונית ומתאימות מאוד לרקמות אנושיות.
סגסוגות טיטניום יכולות לקבל משטח חלק מאוד לאחר עיבוד שבבי, ולמשטח הזה יש עמידות בפני שחיקה גבוהה מאוד, שמתאים לחלקים לשימוש ארוך טווח.
למרות שקשה לעיבוד סגסוגות טיטניום, ניתן לעבד צורות מורכבות במדויק באמצעות טכנולוגיית CNC, עמידה בדרישות הדיוק הגיאומטרי המחמירות של חלקים בתעשיות כגון תעופה וחלל.
סגסוגות טיטניום אינן מגנטיות, מה שמהווה יתרון חשוב עבור חלק מהמכשירים האלקטרוניים ויישומים רפואיים.
סגסוגות טיטניום יכולות לשמור על תכונותיהן המכניות בטמפרטורות גבוהות, שהוא חיוני עבור יישומים בטמפרטורה גבוהה כגון מנועי אוויר.
סגסוגות טיטניום בעלות משיכות טובה וניתן ליצור ולעבד אותן מבלי לפגוע בשלמות החומר.
מבנה המיקרו של סגסוגות טיטניום עוזר להתנגד להתפשטות סדקי עייפות, שיפור האמינות ותוחלת החיים של חלקים.
עיבוד CNC של סגסוגות טיטניום יכול להפחית בזבוז חומר, וטכניקות עיבוד מודרניות נוטות להשתמש בחומרי קירור וחומרי סיכה ידידותיים יותר לסביבה.
עם התקדמות מתמשכת של טכנולוגיית עיבוד שבבי, גם עלות העיבוד והיעילות של סגסוגות טיטניום משתפרים בהדרגה, להרחיב עוד יותר את תחומי היישום שלהם.
בהקשר של עיבוד CNC, דרגות שונות של טיטניום מציעות שילובים ייחודיים של מאפיינים ההופכים אותם למתאימים ליישומים שונים. להלן סקירה כללית של ציוני טיטניום נפוצים המשמשים בעיבוד CNC והמאפיינים שלהם:
צִיוּן 1 הוא אחד הטהורים מבחינה מסחרית (CP) ציוני טיטניום עם עמידות מצוינת לפגיעה ולקורוזיה, כמו גם יכולת ריתוך טובה. יש לו את הרמה הגבוהה ביותר של משיכות ויכולת צורה מבין דרגות ה-CP, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור יישומים שבהם התכונות הללו חיוניות.
דומה לציון 1, צִיוּן 2 הוא דרגת CP נוספת עם משיכות מעט נמוכה יותר אך עדיין מציעה עמידות טובה בפני קורוזיה ויכולת ריתוך. הוא משמש לעתים קרובות ביישומים תעשייתיים כלליים שבהם נדרשות רמות מתונות של חוזק ועמידות בפני קורוזיה.
צִיוּן 5, ידוע גם בשם Ti-6Al-4V, היא סגסוגת טיטניום אלפא בטא הנפוצה ביותר בשל השילוב שלה של חוזק גבוה, עמידות בפני קורוזיה טובה, ותאימות ביולוגית מעולה. הוא נפוץ בשימוש בתעופה וחלל, צְבָאִי, ויישומים רפואיים שבהם תכונות אלו הן קריטיות.
צִיוּן 7 היא סגסוגת טיטניום אלפא בטא הדומה לדרגה 5 אבל עם תכולת אלומיניום גבוהה יותר, מה שמספק עמידות משופרת לזחילה בטמפרטורות גבוהות. זה הופך אותו למתאים ליישומים הדורשים יציבות מבנית בטמפרטורות גבוהות.
צִיוּן 12 הוא סגסוגת אלפא בטא טיטניום עם חוזק וקשיחות משופרים בהשוואה לדרגות CP. הוא משמש ביישומים שבהם יש צורך באיזון בין חוזק ויכולת צורה, כמו בתעשיית הרכב.
בעת בחירת דרגת טיטניום לעיבוד CNC, חשוב לקחת בחשבון את הדרישות הספציפיות של הבקשה, כולל החוזק הרצוי, עמידות בפני קורוזיה, טמפרטורת עבודה, ותאימות ביולוגית. כל כיתה מציעה סט ייחודי של מאפיינים שיש להתאים לצרכי היישום כדי להבטיח ביצועים מיטביים ואריכות ימים של החלק המוגמר.
הקשיים בעיבוד סגסוגת טיטניום כוללים בעיקר:
המוליכות התרמית של סגסוגת טיטניום נמוכה מאוד, מה שמקשה על פיזור מהיר של החום שנוצר בתהליך החיתוך. כתוצאה מכך, חום מצטבר בקלות באזור המגע בין הכלי לחומר העבודה, גורם לטמפרטורת הכלי להיות גבוהה מדי ולהאיץ את שחיקת הכלים .
בטמפרטורות גבוהות, סגסוגת טיטניום מועדת לתגובות כימיות עם חמצן וחנקן באוויר, יצירת שכבה מוקשה, מה שמגביר את קושי העיבוד .
סגסוגת טיטניום צפויה לחוות עבודה - התקשות במהלך תהליך החיתוך, כלומר, קשיות החומר עולה עם העיוות במהלך תהליך העיבוד. זה דורש שימוש בכלים בעלי ביצועים גבוהים יותר ופרמטרי חיתוך מחמירים יותר .
בשל האמור לעיל - המאפיינים שהוזכרו, הכלי נשחק מהר מאוד בעיבוד שבבי סגסוגת טיטניום, במיוחד ליד קצה החיתוך וקצה הכלי .
לשבב של סגסוגת טיטניום יש שטח מגע גדול עם פני המגרפה של הכלי וקל לסובב אותו סביב הכלי, מה שמפריע לחיתוך רגיל. יֶתֶר עַל כֵּן, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לפינוי השבב כדי למנוע פגיעה באיכות העיבוד .
מודול האלסטי של סגסוגת טיטניום נמוך יחסית, וקל לייצר דפורמציה אלסטית במהלך העיבוד. במיוחד בעת עיבוד של חלקים דקים - דופן או טבעת, עלול להתרחש עיוות של חלקי העבודה .
הרטט שנוצר במהלך עיבוד סגסוגת טיטניום הוא פי עשרה מזה של פלדה רגילה, מה שלא רק מגביר את שחיקת הכלים אלא גם עלול להוביל לירידה באיכות משטח העבודה .
בחירת חומרי הכלים המתאימים וטכנולוגיות הציפוי הינה חיונית לשיפור היעילות של עיבוד סגסוגת טיטניום וחיי הכלים .
עיוות ההידוק והלחץ - העיוות המושרה של סגסוגת טיטניום במהלך העיבוד הם גדולים, לכן יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לשיטת הקיבוע של חלקי העבודה כדי למנוע דפורמציה במהלך תהליך העיבוד .
השימוש בנוזל חיתוך לא תקין עלול להוביל לתגובות כימיות או להשפיע על פינוי שבבים. לָכֵן, בחירת נוזל חיתוך מתאים היא גם אתגר בעיבוד שבבי מסגסוגת טיטניום .
בתגובה לקשיים הללו, יש לנקוט שורה של אמצעים בעת עיבוד סגסוגת טיטניום, כגון שימוש בכלי חיתוך בעלי ביצועים גבוהים, אופטימיזציה של פרמטרי חיתוך, אימוץ אסטרטגיות קירור ושימון מתאימות, והבטחת הידוק נכון של חומר העבודה, על מנת לשפר את יעילות ואיכות העיבוד.
תעופה וחלל:
בשל הקורוזיה שלו - תכונות עמידות וחוזק גבוה, סגסוגת טיטניום מתאימה ליישומי תעופה וחלל, כגון להבי מנוע, ציוד נחיתה, פירים, ומבנים פנימיים.
תעשייה רפואית:
לסגסוגת טיטניום יש אינרטיות כימית ותאימות ביולוגית והיא יכולה לשמש לייצור שתלים רפואיים וציוד כירורגי, כגון ממריצים לצמיחת עצם, מכשירי איחוי עמוד השדרה, וצלחות עצם.
בניית ספינות:
לעיבוד CNC מסגסוגת טיטניום יש גם שימושים חשובים בתעשייה הימית, כגון סיפונים, אֲזִיקִים, ווי קפיץ, מכלי לחץ, וגלאי צוללות.
תעשיית הרכב:
מתכת טיטניום, בשל עמידות הפגיעה והעמידות שלו, נמצא בשימוש נרחב במכוניות ספורט ומכוניות יוקרה, כגון מסגרות לרכב, מחברים, משתיקי קול, צינורות פליטה, שסתומי מנוע, ועומס - קפיצים נושאים.
תעשיות אחרות:
עיבוד CNC טיטניום ישים גם על הנפט והגז, בְּנִיָה, תַכשִׁיטִים, ספורט, ותעשיות רכב חשמליות.
למרות שלעיבוד CNC מסגסוגת טיטניום יש יתרונות רבים, הוא גם מתמודד עם כמה אתגרים במהלך תהליך העיבוד:
בעת עיבוד סגסוגת טיטניום, גזים מסוימים עשויים להגיב איתו, כתוצאה מכך נוצרות בעיות כמו חמצון פני השטח ושבירות.
סגסוגת טיטניום בעלת מוליכות תרמית נמוכה, מה שגורם לחומר העבודה להתחמם במהירות ליד אזור החיתוך. זה יוביל לבלאי מהיר יותר של הכלים ועלול להשפיע לרעה על איכות משטח החיתוך.
בשל מבנה הקריסטל שלו, סגסוגת טיטניום עלולה לגרום לבעיות במהלך העיבוד, הגדלת כוח החיתוך, הפחתת קלות העיבוד, והגדלת הסיכוי ללחץ שיורי.
קבע את חומר העבודה, גוֹדֶל, צוּרָה, ודרישות דיוק, וכו.
בחר את סוג הכלי, קוֹטֶר, מֶשֶׁך, וכו. על פי חומרי העבודה ודרישות העיבוד.
קבע את מערכת קואורדינטות העיבוד במערכת בקרת CNC.
הגדר פרמטרים כגון מהירות חיתוך, קצב הזנה, ועומק חיתוך לפי חומר העבודה, כְּלֵי עֲבוֹדָה, ודרישות.
בדוק היטב את הפרמטרים לפני העיבוד. ניתן להשתמש בעיבוד שבבי סימולציה או בחיתוך ניסיון לאימות.
מעקב אחר שחיקת הכלים, כוח חיתוך, טמפרטורת חיתוך, וכו. בזמן אמת והתאם את הפרמטרים בעת הצורך.
שמור באופן קבוע על כלי מכונת CNC כדי להבטיח את הדיוק והביצועים שלו.
פעל לפי נהלי הפעולה הבטיחותיים.
היכולת לבצע CNC - מכונת סגסוגות טיטניום שודרגה ללא הרף, הודות להתקדמות במדעי החומרים, הנדסת מכונות וטכנולוגיית מחשוב. על ידי אימוץ טכניקות העיבוד העדכניות ביותר ואסטרטגיות אופטימיזציה, יצרנים מסוגלים לייצר חלקי סגסוגת טיטניום ביעילות גבוהה יותר ובאיכות טובה יותר.
עם התפתחות הטכנולוגיה, העלות – האפקטיביות וההשפעה הסביבתית של CNC – עיבוד סגסוגות טיטניום צפויות להשתפר עוד יותר בעתיד.
השאירו תגובה