Il titanio è un materiale eccezionale per la lavorazione CNC. Può tollerare le alte temperature ed è resistente alla corrosione e agli agenti chimici. Inoltre è leggero e presenta diverse caratteristiche aggiuntive che lo rendono unico e prezioso per i produttori.
Le parti in titanio lavorate a CNC sono incredibilmente durevoli, ma a causa dell'elevata resistenza alla trazione del titanio, possono essere difficili da produrre. In questo post parleremo della lavorazione CNC del titanio, di come scegliere gli utensili da taglio corretti per la lavorazione del titanio e di suggerimenti utili per una lavorazione di successo.
Cos'è il titanio?
Titanio è un bellissimo metallo di transizione scoperto nel Regno Unito nel XVIII secolo. Ha un aspetto argentato ed è estremamente resistente nonostante la sua piccola densità. Ciò lo rende un prodotto desiderabile nelle aziende in cui la riduzione del peso è fondamentale.
Il titanio ha un elevato rapporto resistenza/peso, è altamente resistente alla corrosione (da acqua di mare, cloro e acidi) ed è non tossico anche in grandi quantità. Ciò lo rende molto prezioso in campo medico, dove vengono utilizzati impianti e altre apparecchiature mediche.
Il titanio viene spesso legato con elementi come ferro, alluminio e vanadio nell'industria industriale.
Perché CNC Machine Titanium?
I principali vantaggi del titanio CNC come materiale di produzione includono eccellente biocompatibilità, elevata resistenza alla corrosione e il più alto rapporto resistenza/peso di qualsiasi metallo. Questo metallo è anche altamente malleabile e lavorabile. Altri vantaggi derivanti dall'utilizzo del titanio per le parti meccaniche di precisione CNC in titanio includono:
- Non tossico
Il titanio è resistente alla corrosione, ha un'eccellente biocompatibilità ed è atossico, il che lo rende un materiale perfetto per l'utilizzo nel settore medico.
- Non magnetico
Questo metallo non ha proprietà magnetiche. È anche resistente agli effetti corrosivi grazie alla sua superiore resistenza all'ossidazione.
- La durata
Il titanio è estremamente resistente, il che lo rende perfetto per la produzione di pezzi lavorati a CNC sottoposti a condizioni di lavoro difficili o estreme.
Perché scegliere il titanio per le parti meccaniche CNC?
La lavorazione CNC è solitamente la tecnologia di produzione ottimale per ottenere i componenti in titanio più precisi ed economici.
Per capirne il motivo, prendiamo in considerazione le alternative.
La fusione di componenti in titanio è raramente utilizzata dai produttori. Questo perché il titanio riscaldato interagisce fortemente con l'ossigeno e molti materiali refrattari utilizzati nella fusione contengono tracce di ossigeno. Un rimedio è l'utilizzo della fusione in grafite pressata, che produce componenti con una superficie estremamente ruvida, inadatta alla maggior parte delle applicazioni mediche, aeronautiche e industriali. I pezzi in titanio possono anche essere fusi mediante fusione a cera persa. Tuttavia, questa tecnica richiede una camera a vuoto.
Per i pezzi in titanio, un approccio recente è quello di utilizzare Additivo di produzioneI materiali in titanio per la stampa 3D possono essere lavorati utilizzando diverse procedure di stampa 3D, tra cui la fusione laser selettiva (SLM), la deposizione diretta di energia (DED) e la fusione a fascio di elettroni (EBM). Tuttavia, queste tecnologie di stampa 3D sono costose e molti settori devono ancora validare il titanio stampato in 3D per componenti finali critici per la sicurezza. Rispetto alle alternative, la lavorazione CNC del tungsteno produce componenti in titanio precisi, sicuri, adattabili ed economici.
Perché il titanio è difficile da lavorare?
Sebbene il titanio CNC sia un materiale eccellente per una varietà di applicazioni, i produttori incontrano spesso difficoltà durante la lavorazione. Ecco alcuni dei motivi per cui il titanio è difficile da lavorare:
Indurimento e tensioni residue
Le leghe di titanio non sono altamente flessibili a causa della loro struttura cristallina, che potrebbe richiedere un fissaggio durante la lavorazione. La loro struttura cristallina può aumentare la forza di taglio durante la lavorazione, riducendo la facilità di lavorazione e aumentando la possibilità di tensioni residue.
Queste sollecitazioni possono causare la torsione, la rottura o la durata della posizione per un periodo più breve.
Aumento del grippaggio e della reattività chimica
Alcuni gas possono reagire con le leghe di titanio durante la lavorazione, causando ossidazione e infragilimento superficiale. Ha il potenziale di degradare i componenti e di ridurne la resistenza alla corrosione.
Inoltre, a causa della sua incredibile resistenza e del basso modulo di elasticità, questo metallo è difficile da produrre. Il titanio, a causa della sua natura appiccicosa, può aderire all'utensile da taglio CNC, provocandone guasti e danni. Oltre a causare danni all'utensile, il grippaggio spesso degrada la qualità della finitura superficiale del titanio.
Forze di taglio e accumulo di calore
Uno dei compiti più difficili è mantenere una temperatura fresca durante il taglio del titanio. Questo perché il titanio ha una conduttività termica limitata, che provoca il riscaldamento del pezzo metallico nei punti in cui l'utensileria è rapida. Questo si consuma più velocemente e può avere un grave impatto sulla qualità delle superfici tagliate se non trattate adeguatamente, soprattutto durante la lavorazione di leghe di titanio più resistenti.
Queste leghe di titanio CNC più dure richiedono un carico di truciolo maggiore e un numero di giri inferiore sulla macchina CNC. Un refrigerante ad alta pressione può anche far funzionare i tuoi utensili da taglio in modo più efficiente e produrre pezzi in titanio di qualità superiore.
Le leghe di titanio richiedono inoltre grandi forze di taglio, il che le rende difficili da tagliare. Queste forze di taglio spesso provocano usura dell'utensile, parti difettose e vibrazioni elevate, compromettendo la qualità del prodotto e la lucidatura della superficie.
Consigli utili per la lavorazione del titanio
A causa della complessità della lavorazione del titanio, molte officine meccaniche sono riluttanti a lavorare con questo materiale all’avanguardia. Tuttavia, grazie alle sue eccezionali proprietà, molti produttori utilizzano il titanio per costruire componenti di alta qualità. Fortunatamente, esperti macchinisti CNC e produttori di utensili hanno prodotto utili punte in titanio per macchine.
Ecco le punte di lavorazione del titanio:
Scegli lo strumento di taglio giusto
A causa della crescente domanda di titanio, i produttori di utensili stanno ricercando modi unici per migliorare la lavorabilità del titanio. Gli utensili da taglio con rivestimenti in carbonitruro di titanio (TiCN) o nitruro di titanio e alluminio resistente al calore (TiAlN) possono durare più a lungo.
Nel complesso, i macchinisti dovrebbero selezionare strumenti specifici per il titanio della massima qualità e ispezionare e sostituire regolarmente le attrezzature usurate. Inoltre, provare a utilizzare un utensile con un diametro più piccolo e un numero maggiore di lame da taglio per mantenere un tasso di rimozione del pezzo costante limitando al tempo stesso l'accumulo di calore. Una buona prototipazione rapida l'azienda garantirà che ciò venga fatto.
Fissare saldamente le parti
Poiché il titanio è soggetto a vibrazioni degli utensili, qualunque cosa tu possa fare per ridurre le vibrazioni renderà più semplice la lavorazione del titanio. Fissare saldamente i pezzi per evitare la flessione del pezzo. Inoltre, utilizza macchine CNC di alta qualità con configurazioni di utensili eccezionalmente rigide. Potresti anche prendere in considerazione l'utilizzo di utensili da taglio più corti per ridurre la deflessione dell'utensile.
Utilizzare il sistema di raffreddamento ad alta pressione
La finitura CNC del titanio richiede che una piccola percentuale del raggio dell'utensile sia in contatto, nonché un avanzamento per dente estremamente affilato e molto basso. Tuttavia, il risultato sarà un calore difficile da rimuovere dall'area di lavoro. Se lo lasciamo stare, finirà per distruggere la nostra attrezzatura da taglio e rendere difficile il mantenimento delle tolleranze. Di conseguenza, quando si taglia il titanio, utilizzare la migliore configurazione di refrigerante disponibile.
Un sistema di raffreddamento ad alta pressione è un aiuto efficace. A seconda dell'applicazione può essere necessario anche un mandrino. Quando si lavora con il titanio, può essere utile anche aumentare la concentrazione del refrigerante.
Considera i parametri di taglio
Durante la lavorazione del titanio, il controllo della temperatura deve essere utilizzato con cautela. Uno dei modi più semplici per mantenere freschi il pezzo e gli utensili è utilizzare un flusso costante di refrigerante ad alta pressione diretto alla regione di taglio. Se si espellono i trucioli dalla zona di taglio, questi non si attaccheranno all'attrezzatura di lavorazione.
Quando si lavora con il titanio, è necessario considerare anche le velocità di avanzamento, le velocità del mandrino e i carichi di truciolo. Ciò include limitare lo stress esercitato su strumenti e attrezzature ed evitare di rimanere nello stesso posto per troppo tempo. Per aumentare l’efficacia del taglio e ridurre al minimo le temperature di lavorazione, potrebbe valere la pena studiare un approccio di taglio alternativo, come l’aumento della profondità di taglio assiale riducendo al contempo l’impegno radiale.
Diversi gradi di titanio per la lavorazione CNC
Esistono vari tipi di leghe di titanio e gradi di titanio, ciascuno con la sua applicazione, vantaggi e svantaggi adatti. Diamo uno sguardo più da vicino a questi gradi:
Grade 1
Questo è titanio puro con un basso contenuto di ossigeno. È la lega di titanio più morbida e duttile tra i tipi di titanio più utilizzati. Il titanio di grado 1 è estremamente lavorabile, resistente agli urti, resistente alla corrosione e formabile. In negativo, ha una resistenza inferiore rispetto ad altri tipi di titanio. Questo livello viene utilizzato nell'industria medica, automobilistica e aerospaziale.
Grade 2
Questo è titanio puro con contenuto di ossigeno standard. Viene spesso definito titanio da lavoro. È molto resistente alla corrosione, forte, formabile, saldabile, duttile e ha una bassa resistenza. Il titanio di grado 2 viene utilizzato nell'industria medica e aerospaziale per realizzare motori aeronautici.
Grade 3
Questo è titanio puro con un contenuto medio di ossigeno. Anche se meno utilizzato dei gradi 1 e 2, questo titanio offre eccellenti qualità meccaniche. Fornisce eccellente resistenza alla corrosione, lavorabilità e resistenza. Viene utilizzato nell'industria medica, marittima e aerospaziale.
Grade 4
Questo è titanio puro con un alto contenuto di ossigeno. Questo grado di titanio è solido e resistente alla corrosione. Tuttavia, non è facile da produrre, poiché richiede grandi quantità di refrigerante e un'elevata velocità di avanzamento. Il titanio di grado 4 viene utilizzato in contenitori criogenici, apparecchiature CPI, componenti di aerei, scambiatori di calore e altre applicazioni.
Grade 5
È anche noto come Ti6Al4V. La lega di titanio grado 5 è composta dal 4% di vanadio e dal 6% di alluminio. Non è forte come altre leghe, ma è altamente resistente alla corrosione e formabile. È adatta alla generazione di energia, alle applicazioni offshore e marittime e alle strutture cruciali della cellula.
Grade 6
Questo è anche noto come Ti 5 Al-2.5Sn. Questo grado di titanio offre buona saldabilità, stabilità e resistenza, soprattutto alle alte temperature, rendendolo utile nella produzione di cellule e motori a reazione.
Grade 7
Questo è anche noto come Ti-0.15Pd. Questo grado di titanio è paragonabile al grado 2, con l'unica differenza che è l'aggiunta di palladio per migliorare la resistenza alla corrosione. La lega di titanio di grado 7 è molto formabile e saldabile. È appropriato per l'uso nella produzione di apparecchiature per il trattamento chimico.
Grade 11
Questo è anche noto come Ti-0.15Pd. Il titanio di grado 11 è abbastanza paragonabile al grado 7. Tuttavia, è più duttile e ha una tolleranza inferiore verso altre impurità. Ha una resistenza inferiore al grado 7 e viene utilizzato nell'industria marittima e nella produzione di clorati.
Grade 12
Questo è anche noto come Ti0.3Mo0.8Ni. Il titanio di grado 12 è costoso e comprende lo 0.3% di molibdeno e lo 0.8% di nichel, che gli conferiscono una buona saldabilità, resistenza alle alte temperature e resistenza alla corrosione. Viene utilizzato negli scambiatori a guscio e di calore, nei componenti marini e aerospaziali e così via.
Grade 23
Questo è anche noto come T6Al4V-ELI o interstiziale extra basso. Il titanio di grado 23 ha qualità simili al titanio di grado 5 ma è più puro. Ha un'elevata tenacità alla frattura, è biocompatibile e ha una lavorabilità relativa bassa. Viene utilizzato per realizzare perni ortopedici, viti, graffette chirurgiche e apparecchi ortodontici.
Come scegliere gli utensili da taglio giusti per la lavorazione del titanio？
Quando si lavora il titanio con CNC, l'utilizzo di qualsiasi utensile da taglio è solitamente una cattiva idea. Ecco come selezionare i migliori utensili da taglio per la fresatura del titanio o altre tecniche di lavorazione del titanio personalizzate come il tornio per titanio svolta:
Considera il numero di scanalature dell'utensile da taglio
Per ottenere tempi ciclo prodotto è necessario aumentare il numero di eliche della fresa. Più denti = meno vibrazioni nel caso del titanio. Ad esempio, una fresa a 10 eliche, pur essendo adatta ai carichi di truciolo richiesti per la maggior parte dei materiali, è ideale per l'utilizzo con il titanio. Ciò è dovuto principalmente alla necessità di limitare gli impegni radiali.
Considerate i mulini ad alto avanzamento
Quando si lavora con Lavorazione CNC a 5 assi e le frese per titanio ad orientamento radiale ad alto avanzamento sono ideali per ridurre al minimo l'interazione. Questi strumenti sono progettati espressamente per raggiungere questo scopo.
Prendi in considerazione il rivestimento dell'utensile da taglio
I rivestimenti possono migliorare significativamente la capacità dei tuoi utensili di resistere al calore prodotto dal titanio. TiAlN (nitruro di titanio e alluminio) è un rivestimento eccellente a cui pensare. Fornisce lubrificazione per combattere i bordi di riporto, le saldature e le saldature a truciolo ed è particolarmente adatto alle temperature incontrate durante fresatura CNC titanio.
Mantieni il tagliente affilato ed evita tagli interrotti
Il titanio è forte ed elastico grazie al suo basso modulo di Young. Ciò significa che è necessario uno strumento affilato per rimuovere un truciolo dalla superficie in modo efficiente e senza attrito.
I tagli interrotti dovrebbero essere evitati il più possibile poiché possono martellare i trucioli negli strumenti a spigolo vivo, portando potenzialmente a guasti precoci dell'utensile.
Finiture superficiali per titanio lavorato
Le parti CNC in titanio lavorate a CNC possono beneficiare di una gamma di trattamenti di finitura superficiale, sia per ragioni funzionali che estetiche.
La finitura superficiale del titanio comprende:
- Smoothing
- E-rivestimento
- Granigliatura
- Spazzolare
- lucidatura
- cromatura
- Verniciatura
- Rivestimento PVD
- verniciatura a polvere
Applicazioni di pezzi meccanici in titanio
I prodotti lavorati al titanio sono durevoli, resistenti alla corrosione ed esteticamente gradevoli. Queste caratteristiche ne consentono l’utilizzo in un’ampia gamma di settori. Ecco alcune delle loro applicazioni in vari settori:
Medico e dentale
Il titanio ha varie applicazioni nel settore medico grazie alla sua forte e bassa conduttività elettrica, resistenza alla corrosione e valori di pH fisiologici. Le parti mediche in titanio includono viti ossee coniche, autofilettanti o diritte, viti per impianti dentali, viti craniche per sistemi di fissazione cranica, aste di fissazione spinale, perni ortopedici, connessioni e piastre e così via.
Industria marina/navale
Il titanio ha una resistenza alla corrosione più forte rispetto alla maggior parte dei metalli presenti in natura. Grazie alla sua resistenza, è perfetto per la produzione di alberi di elica, robotica subacquea, valvole a sfera, attrezzature per l'attrezzatura, scambiatori di calore marini, pompe, rivestimenti di camini di scarico, tubazioni per sistemi antincendio e sistemi di raffreddamento di bordo.
Automotive
Titanio vs alluminio è un dibattito acceso nel settore automobilistico, dove l’alluminio ha il sopravvento grazie alla sua disponibilità e al rapporto costo-efficacia. Tuttavia, il titanio viene ancora utilizzato nella produzione di componenti automobilistici. Il titanio e le sue leghe vengono utilizzati principalmente nella produzione di valvole, molle per valvole, fermi, staffe di arresto per auto, dadi per orecchie pendenti, spinotti di pistoni di motori, molle di sospensione, pistoni di pinze freno, bilancieri di motori e bielle per motori a combustione interna.
Aeronautico
Il titanio è un materiale popolare nell'industria aeronautica grazie alle sue molteplici proprietà desiderabili. Queste caratteristiche includono un elevato rapporto resistenza/peso, un'eccezionale resistenza alla corrosione e prestazioni in ambienti altamente caldi. I componenti del sedile, l'alloggiamento, l'albero, la valvola, i componenti della turbina e le parti del filtro, nonché le parti dei sistemi di generazione dell'ossigeno, sono tutti realizzati in titanio nell'industria aerospaziale.
Conclusione
Come forse saprai, il miglior titanio per il tuo prodotto è determinato dalle caratteristiche e dalle applicazioni richieste. Se stai sviluppando prodotti per usi medici, dovresti prendere in considerazione il titanio di grado 23. In alternativa, se si desidera un pezzo che funzioni bene alle alte temperature, si dovrebbe prendere in considerazione il titanio di grado 6.
Tieni presente che le leghe di titanio richiedono una lavorazione precisa da parte di professionisti qualificati. A differenza dei metalli a lavorazione libera come l’ottone C360 o l’acciaio SS416, lavorare con il titanio richiede abilità, pazienza e gli strumenti adeguati. Non guardare oltre I servizi di lavorazione CNC di Zintilon per il tuo prossimo servizio CNC in titanio. Contattaci oggi!
DOMANDE FREQUENTI
Quale numero di giri è necessario per la lavorazione del titanio?
È essenziale utilizzare le macchine per titanio adeguate e potenti. Alcune delle raccomandazioni per una buona fresatrice CNC per titanio includono una coppia molto elevata nelle macchine, richiesta e può variare da 300 a 1500 Nm. Inoltre, un numero di giri basso e, nella maggior parte dei casi, 3000 giri al minuto, è sufficiente perché viene utilizzato un utensile da taglio in metallo duro con una velocità di taglio dolce di 45-100 m/min. È necessario anche il refrigerante interno; più alta è la temperatura, meglio è.
Qual è la velocità di avanzamento della fresatura del titanio?
Quando si lavora con il titanio, questo inserto deve essere tagliato ad una velocità compresa tra 40 e 150 m/min e una velocità di avanzamento compresa tra 0.03 e 0.15 mm per dente.
Il titanio è più difficile da lavorare rispetto all'acciaio?
Il titanio è più difficile da lavorare rispetto all'acciaio a causa del suo elevato punto di fusione. È anche altamente flessibile e spesso si espande prima di rompersi, rendendolo difficile da lavorare.
Ottimo, insieme
