Titanium CNC verspanen: Een complete gids voor legeringen, toepassingen en best practices

Titanium staat bekend om zijn indrukwekkende sterkte-gewichtsverhouding. CNC-verspaning beschouwt sterkte en duurzaamheid als eigenschappen. Fabrikanten richten zich op duurzaamheid, dus een lange levensduur. De unieke eigenschappen maken het zeer gewild in verschillende industrieën. Onderdelen gemaakt van titanium worden veel gebruikt in de ruimtevaart, het leger en de geneeskunde. Het succes van CNC verspanen hangt af van de selectie van de benodigde materialen voor het gebruik ervan.

Gemeenschappelijke titaniumlegering voor CNC-verspaning

Titanium is op verschillende niveaus van vitaal belang in CNC. Titaanlegeringen worden onderverdeeld in bèta-, alfa- en alfa-bètagroepen. Elke groep heeft unieke eigenschappen die geschikt zijn voor specifieke toepassingen.

1. Titaan graad 5 (Ti -6AI-AV)

Kenmerken

Grade 5, bekend als Ti-6AI-4V, is een veelgebruikte titaanlegering. Het bestaat uit 4% vanadium, 6% aluminium en 90% titanium. Het is essentieel in onderdelen die sterkte, een laag gewicht en een hoog corrosieniveau vereisen. Ti-6AI-4V is geschikt omdat het een warmtebehandeling kan ondergaan, waardoor de mechanische eigenschappen kunnen worden verbeterd.

Toepassingen

Grade 5 titanium speelt een centrale rol in verschillende hoogwaardige toepassingen.

• Ruimtevaart: Het is cruciaal bij de productie van vliegtuigromponderdelen, turbinebladen en vleugels. Het materiaal moet het gewicht verminderen met behoud van sterkte en duurzaamheid.
• Medische implantaten: Ti-6Al-4V wordt veel gebruikt bij de productie van tandheelkundige implantaten, heupprothesen en protheses.
• Marine: De Ti-6AI-4AV is van vitaal belang bij de productie van producten die goed bestand zijn tegen zout water. Voor mariniers is het toepasbaar in de materiaal-tot-productie-omgevingen. Veel voorkomende producten zijn bevestigingsmiddelen en propellers.
• Automobiel: De Ti-6AI-4V is belangrijk bij de productie van auto-onderdelen. Essentiële onderdelen zijn de motoronderdelen en andere systemen die uitgeput lijken.

Bewerkingsoverwegingen voor graad 5 titanium

Titaanlegeringen, vooral graad 5, kunnen uitdagingen bieden bij het verspanen. De hoge treksterkte van titanium brengt bewerkingsproblemen en warmteontwikkeling tijdens het bewerken met zich mee. Precisie is nodig om gereedschapsslijtage en oververhitting te voorkomen. Snijgereedschappen van hoge kwaliteit, een lage snijbehoefte en voldoende koeling zijn belangrijk om de bestaande integriteit van het materiaal niet aan te tasten.

Wanneer moet je graad 5 titanium kiezen?

Grade 5 is de meest effectieve materiaalkeuze voor fabrikanten die precisie, lichtgewicht en sterkte nodig hebben. Het is ook ideaal voor onderdelen met een hoge corrosiebestendigheid. Het is geschikt voor prestaties in medische en maritieme omgevingen. Een belangrijke eigenschap is de behoefte aan sterkte en duurzaamheid.

2. Titaan graad 2

Kenmerken

Grade 2 titanium wordt veel gebruikt als puur titanium (CP titanium). Het is typisch voor ongelegeerd titanium. Het biedt effectieve weerstand tegen corrosie en biedt effectieve vervormbaarheid. Daarom is het belangrijk om onderdelen te maken die worden blootgesteld aan agressieve chemicaliën en zout water. Toch heeft graad 2 een lagere sterkte in vergelijking met graad 5.

Toepassingen

• Apparatuur voor chemische verwerking: Reactoren, tanks en warmtewisselaars zijn belangrijke producten.
• Maritieme hardware: Belangrijke onderdelen en producten in de productie van hardware voor de scheepvaart zijn onder andere bevestigingsmiddelen, bootkogels en propellers.

Bewerkingsoverwegingen voor graad 2 titanium

Titaan van graad 2 is licht van gewicht en daardoor makkelijker te bewerken dan titaan van graad 5. De taaiheid zorgt echter voor uitdagingen. De taaiheid vormt echter een uitdaging. Er is een effectieve snijsnelheid nodig. Het is niet gevoelig voor werkharding zoals andere legeringen. Bovendien is smering essentieel om slijtage te voorkomen.

Wanneer Titanium graad 2 kiezen?

 Fabrikanten en gebruikers hanteren verschillende benaderingen bij het kiezen van de beste materialen voor productie. Titaan graad 2 wordt zeer gewaardeerd om zijn uitzonderlijke corrosiebestendigheid. Deze weerstand omvat chemische verwerking en mariene omgevingen. De hoge sterkte is echter minder een punt van zorg.

3. Titaan graad 23 (Ti-6Al-4V ELI)

Kenmerken

Grade 23 titanium is meestal Ti-6AI-4V ELI, wat staat voor Extra lage interstitiële. Als legering heeft het onvoldoende zuurstof. Hierdoor is het effectief in het verbeteren van de vervormbaarheid. Het duidt ook op breuktaaiheid en een verminderd risico op brosheid. Het wordt gebruikt als er een extreem hoge sterkte-gewichtsverhouding bestaat.

Toepassingen

• Ruimtevaart: Grade 23 speelt een belangrijke rol in de productie van vliegtuigonderdelen, waaronder vleugels.
• Medisch: In de medische omgeving is graad 23 van toepassing op tandheelkunde, orthopedie en biocompatibiliteit.
• Marine en defensie: Grade 2 is ook een belangrijke fabrikant van onderdelen die sterkte en biocompatibiliteit bieden.

Bewerkingsoverwegingen voor graad 23 titanium

Vergeleken met Grade 5 en Grade 23 vraagt titanium om effectieve snijsnelheden, koeling en gereedschapmateriaal. De echte taaiheid van de legering maakt het vergevingsgezinder in vergelijking met graad 5. Er is echter een effectieve en juiste instelling nodig om overmatige slijtage en oververhitting te voorkomen. Er is echter een effectieve en juiste instelling nodig om overmatige slijtage van het gereedschap en oververhitting te voorkomen.

Wanneer kies je voor graad 23 titanium?

De keuze voor titanium graad 23 hangt af van het hoge prestatieniveau. Dit komt ook door het grote aantal vermoeide toepassingen in de medische en luchtvaartindustrie. Het is een taai, vermoeiingsbestendig materiaal met een laag gewicht.

4. Titaan graad 9 (Ti-3Al-2,5V)

Kenmerken

Grade 9 is een alfa-bèta titaniumlegering met 2,5 procent vanadium en 3 procent aluminium. Het biedt een balans in vervormbaarheid, sterkte en corrosiebestendigheid. Het lichtere gewicht in vergelijking met graad 5 maakt het geschikter voor bepaalde toepassingen. Ondanks het gewicht kan het een hoge sterkte behouden.

Toepassingen

• Onderdelen voor de ruimtevaart: Grade 9 titanium wordt vaak gekozen voor ruimtevaartonderdelen zoals vleugels en landingsgestellen.
• Sportuitrusting: Grade 9 materiaal is beter voor lichtgewicht onderdelen zoals raceonderdelen.
• Automobiel: De lichtgewicht prestaties zijn onmisbaar voor fietsframes en andere producten op sportgebied.

Bewerkingsoverwegingen voor graad 9 titanium

Graad 9 is eenvoudiger te bewerken dan graad 23 en 5. Toch kun je een beter onderdeel maken door de snijsnelheden nauwkeurig te regelen. Ook smering en gereedschapsmaterialen spelen een rol. Het doel is om een afwerking van hoge kwaliteit te bereiken met minimale slijtage van het gereedschap.

Wanneer kiezen voor graad 9 titanium

Grade 9 is goed voor vervormbare, lichtgewicht en stevige onderdelen. Het is geschikt voor de auto- en luchtvaartindustrie en -toepassingen.

CNC-bewerkingsproces voor titanium

Het CNC bewerken van titaanlegeringen vereist het naleven van vaste specificaties. De specifieke processtromen zijn belangrijk voor de onderscheidende eigenschappen van de legering. Het proces bestaat uit verschillende stappen die voldoen aan alle vereisten voor optimale resultaten;

1. Materiaalkeuze: De keuze voor de beste titaniumlegering moet afhangen van de corrosiebestendigheid en sterkte. Het moet zich ook richten op de weerstand tegen vermoeidheid.
2. Ontwerpen en programmeren: Een CAD-model van het onderdeel ontwikkelen en omzetten in het CNC-programma. Het programma zorgt ervoor dat de bewerking de ingestelde bewerkings- en snijspecificaties volgt.
3. Gereedschap selecteren en instellen: De titaniumlegering vereist zeer gespecialiseerde snijgereedschappen, die gemaakt moeten zijn van keramiek of hardmetaal. Het doel is om snijkrachten van hoog niveau uit te oefenen. Ze moeten ook bestand zijn tegen de hardheid van het materiaal, vandaar de effectiviteit van het ontwerpproces. De gereedschapsselectie is altijd in lijn met de rol van het onderdeel.
4. Bewerkingen: Verspanende bewerkingen vereisen ruw snijden, boren en nabewerken. De hittegevoeligheid van titanium maakt het beheren van snijsnelheden noodzakelijk. Het proces vereist ook voldoende koelvloeistof om de hoge mate van oververhitting te overwinnen.
5. Inspecties: Aan het einde van de bewerking moeten de onderdelen geïnspecteerd worden. Het doel is om een hoge maatnauwkeurigheid te bereiken. Een ander doel is een goede oppervlakteafwerking. Omdat titanium een lage warmtegeleiding heeft, is kromtrekken noodzakelijk. Het doel is om een constant controleniveau te bereiken.
6. Post-processing: Nabewerkingen zoals coaten en anodiseren zijn essentieel om de materiaaleigenschappen te verbeteren. De toepassing van de behandeling hangt af van de toepassingen van de onderdelen. De behandeling is gericht op het verbeteren van de corrosieweerstand en de oppervlakte-eigenschappen van het materiaal.

Titanium vs. andere metalen bij CNC-verspaning

Verhouding sterkte/gewicht

Titanium wordt zeer gewaardeerd bij CNC-verspaning vanwege de verhouding tussen sterkte en gewicht. Het is daarom noodzakelijk voor bewerkingen die afhankelijk zijn van de lichte en duurzame eigenschappen van materialen. Titanium heeft ook eigenschappen die vergelijkbaar en superieur zijn aan die van staal. Het is daarom effectief in toepassingen zoals implantaten, lucht- en ruimtevaart en de auto-industrie. Het is ook licht van gewicht en heeft niet dezelfde treksterkte als aluminium. Bijgevolg biedt het een onderscheidende, unieke balans die de integriteit van structuren verbetert en onnodig gewicht voorkomt. Deze eigenschap maakt titanium belangrijk bij de productie van vliegtuigframes en hoogwaardige gadgets bij sportactiviteiten.

Daarnaast is het belangrijk voor de onderdelen van ruimtevaartuigen. Een belangrijke eigenschap waar fabrikanten zich op richten is het verminderen van gewicht, wat cruciaal is voor prestaties en efficiëntie. De voordelen liggen dus op de lange termijn. De resultaten op lange termijn zijn kosteneffectief. Het is een betere keuze voor de automobielindustrie, die meer efficiëntie en effectiviteit mogelijk maakt. De combinatie van een laag gewicht en een hoge sterkte is belangrijk voor titanium en de fabrikanten ervan. Het doel is om hoogwaardige en geavanceerde structuren te ontwerpen die bestand zijn tegen extreme omstandigheden. Het onderdeel zou effectief zijn in alle weersomstandigheden.

Corrosiebestendigheid

Een waardevolle eigenschap van titanium is de corrosiebestendigheid. Titanium is beter bestand tegen corrosie dan aluminium. Bij blootstelling aan zuurstof ontwikkelt titanium soms een passieve oxidelaag op het oppervlak. Deze laag vormt een beschermende barrière voor de schade die het milieu veroorzaakt. De natuurlijke weerstand maakt titanium een betere keuze voor onderdelen die worden gebruikt in omgevingen met zuren, zout water en industriële chemicaliën.

Bovendien is het geschikt voor maritieme omgevingen waar producten hun oorspronkelijke sterkte behouden zonder corrosie te ondergaan. De beschermende coatings zijn belangrijk, vooral voor scheepsonderdelen, offshore boorapparatuur en ontziltingsinstallaties. Aluminium is ook bestand tegen corrosie. Het heeft echter te lijden van pitting en oxidatie onder extreme omstandigheden gedurende lange perioden. Het vermogen van titanium om extreme omstandigheden te weerstaan is ook belangrijk in de medische praktijk. De biocompatibiliteit en weerstand tegen vocht en lichaamsvloeistoffen maken het de beste keuze voor gewrichtsprothesen - andere gebieden zijn chirurgische instrumenten en tandheelkundige implantaten. Het doel is om langdurige prestaties te bereiken in belangrijke toepassingen.

Bewerkbaarheid

Titanium vormt een unieke uitdaging in het bewerkingsproces. De unieke eigenschappen van materiaal met een laag warmtegeleidingsvermogen maken het minder effectief in het proces dan aluminium en staal. De warmte die vrijkomt tijdens het proces verdwijnt niet binnen de kortste tijd. Het resultaat van een dergelijk proces is een hoge mate van slijtage. Het leidt ook tot hoge schade aan de werkplek als er sprake is van slecht management. De gespecialiseerde snijgereedschappen, koelmiddelen en langzamere bewerking voorkomen oververhitting en helpen bij nauwkeurig onderhoud. Titanium heeft effectieve zorg nodig om overmatige slijtage van gereedschap te voorkomen. Aluminium daarentegen is zeer goed bewerkbaar en maakt hoge snijsnelheden mogelijk.

Aan de andere kant is staal stijver dan aluminium, maar effectiever voor machinale bewerking dan titanium. Staal voert warmte effectiever af. Ondanks de uitdagingen is het een gereedschap dat toepasbaar is in hoogwaardige industrieën vanwege de onderscheidende kwaliteiten. Moderne bewerkingstechnieken, waaronder laserbewerking en straalsnijden, zijn belangrijk voor het verbeteren van de bewerkingsefficiëntie van titaanlegeringen.

Bewerkingstoleranties van titanium profielen

Titaanlegeringen zijn belangrijk vanwege hun corrosiebestendigheid, hoge sterkte en lichte gewicht. Het materiaal is ideaal en wordt daarom veel gebruikt voor de productie van onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart en voor militaire en medische doeleinden. Toch hebben de bestaande eigenschappen nadelen waardoor ze niet effectief geschikt zijn als beter gereedschap voor het machinale bewerkingsproces. Titaanlegeringen vereisen strakke machinetoleranties om te voldoen aan de specificaties van afgewerkte onderdelen.

De tolerantie varieert afhankelijk van het type titaanlegering in het bewerkingsproces. Het hangt ook af van de specifieke vereisten van de toepassing. Voor standaardbewerking variëren titaanprofielen van ±0.002 inch tot ±0.010 inches. Dit betekent dat het al nauwkeuriger is dan andere materialen. Voor onderdelen die hoge spanningen en temperatuurbeheer vereisen, is een nauwe tolerantie van ±0,001 inch belangrijk. Deze toepassingen komen vaker voor bij fabrikanten van lucht- en ruimtevaart en militaire onderdelen. Om zulke nauwe toleranties in titanium te bereiken zijn betere CNC machines nodig. Er zijn ook effectieve controlebewerkingen en gespecialiseerde gereedschappen nodig om fouten te voorkomen en specificaties na te leven.

Conclusie

De sterkte van titanium en zijn corrosiebestendigheid maken het een belangrijk materiaal voor CNC-verspaning. Het is ook een lichtgewicht materiaal dat effectief is voor militaire en medische operaties. De titaanlegeringen voor machinale bewerking hebben technische problemen vanwege de lagere hardheid en de neiging tot opwarmen. De resultaten zijn duidelijk zichtbaar in de hoge mate van slijtage. De eigenschappen van titanium betekenen daarom dat de legering belangrijk is in specifieke gebruiksgebieden. Het kan ook enorme verbeteringen ondergaan om aan specifieke eisen te voldoen met behulp van de benodigde technieken voor bepaalde industrieën.