3C titaanisulamist konstruktsiooniosade töötlemine: CNC, metalli survevalu ja lisandid
Oct 12, 2024
3C-sektor, mis tähendab arvuti-, side- ja olmeelektroonikat, on muutunud oluliseks titaanisulamist konstruktsiooniosade tarbijaks. Korpused, keskmised{2}}raamid, hingede komponendid ja kaameraümbrised on nüüd tavapäraselt määratletud Ti-6Al-4V sulamiga, mis on Hiina süsteemis tähistatud TC4 ja rahvusvaheliselt klassiga 5, kuna sellel on kõrge tugevuse ja kaalu suhe, soe anodeeritud viimistlus ja pind, mis ei jäta sõrmejälgi. Tootmise probleem seisneb selles, et titaan on masinatöökojas üks kõige vähem koostöövõimelisi metalle.
Miks titaan on töötlemisele vastupidav?
Kolm omadust töötavad masinamehe vastu. Soojusjuhtivus on Ti-6Al-4V puhul umbes 7 vatti kelvini meetri kohta, mis on ligikaudu veerand terase omast, nii et lõikesoojus ei pääse kiibile ja koondub tööriista servale, kus otsa temperatuur võib ületada 1000 kraadi Celsiuse järgi. Elastsusmoodul on umbes 114 GPa, mis on piisavalt madal, et õhukesed seinad painduvad lõikejõu mõjul tööriistast eemale, vetruvad tagasi ja lõigatakse seejärel alamõõduliseks. Ja materjalitöö kõveneb, nii et tuhmi vahetükiga hõõrdumine tekitab kõvastunud kihi, mis hävitab järgmise läbimise. Keemiline reaktsioonivõime lisab neljanda probleemi: titaan kipub kõrgel temperatuuril tööriistamaterjalide külge keevitama, põhjustades servade kogunemist ja lõhenemist.
CNC-mehaaniline töötlemine: parameetrid, mis tegelikult töötavad
CNC-freesimine jääb 3C konstruktsiooniosade domineerivaks teeks, kuna see tagab kõige rangemad tolerantsid ja parima pinnaviimistluse. Ti-6Al-4V katmata või alumiinium-titaan-nitriidkattega karbiidi praktilised parameetrid on lõikekiirus 40–80 meetrit minutis, etteanne hamba kohta 0,05–0,15 mm ja radiaalne haakuvus hoitakse madalal kõrge kuumuse kontsentratsiooni ja kulumispiiriga, mis ulatub läbi strateegia kõrge telgsuunalise levimispiiri ja kulumispiiri. Ronimisfreesimine on standardne. Tööriista kaudu edastatav kõrgsurve jahutusvedelik rõhul üle 70 baari on kõige tõhusam meede serva purunemise vastu, kuna see purustab kiibi ja eemaldab kontakttsoonist soojuse.
| Marsruut | Tüüpiline tolerantsus | Saavutatud seina paksus | Pinnaviimistlus | Kõige sobivam geomeetria | Reguleeriv materjalistandard |
|---|---|---|---|---|---|
| CNC freesimine ja treimine | Pluss-miinus 0,01 mm | 0,4 mm ja rohkem | Ra 0,4 kuni 1,6 mikromeetrit | Keerulised taskud, täpsed liidesed, keermestatud funktsioonid | ASTM B348 baar, ASTM B265 leht |
| Metalli survevalu | Pluss-miinus 0,3 protsenti mõõtmetest | 0,6 mm ja rohkem | Ra 0,8 kuni 2,0 mikromeetrit paagutatuna | Suuremahulised{0}}mahukad ümara geomeetriaga väikesed osad | ISO 22068 MIM materjalide jaoks |
| Pulberpeenra lisand | Pluss-miinus 0,1 mm enne viimistlemist | 0,3 mm ja rohkem | Ra 8 kuni 15 mikromeetrit ehitatud | Võrestruktuurid, konformsed kanalid, topoloogiaga optimeeritud kaadrid | ASTM F2924, ASTM F3001 |
Metallist survevaluvormid mahuosadele
Metalli survevalu ühendab plastist vormimise vormivabaduse metalliliste omadustega. Lähteaine on peene titaani või titaanisulami pulbri segu, tavaliselt alla 25 mikromeetri, mis on segatud polümeerse sideainega 40–50 mahuprotsendiga. Osad vormitakse, sideaine eemaldatakse keemiliselt või termiliselt ja järgneb paagutamine temperatuuril 1200–1350 kraadi Celsiuse järgi vaakumis või kõrge puhtusastmega argoonis. Paagutatud tihedus üle 99 protsendi teoreetilisest on saavutatav, mis annab sepistatud materjalile lähedased tõmbeomadused. Piirang on ökonoomiline: tööriistade maksumus muudab marsruudi elujõuliseks ainult kümnete tuhandete suuruste mahtude korral ja protsess ei saa vastata töödeldud liidese mõõtmete täpsusele, seega määratakse kriitilised ühenduspinnad tavaliselt sekundaarse töötlustoiminguga.
Lisatootmine ja hübriidtöövood
Laserpulberkihti sulatades ladestatakse 30–60 mikromeetrised kihid laservõimsusega vahemikus 200–400 vatti, luues peaaegu -võrgukuju sisemiste kanalite ja võre täidisega, mida ükski lahutav protsess ei suuda toota. Konstruktsioonid on pingevabad ja, kui spetsifikatsioon seda nõuab, pressitakse jääkpoorsuse sulgemiseks kuumisostaatiliselt. ASTM F2924 reguleerib Ti-6Al-4V pulberkihiga liitmist ja ASTM F3001 katab eriti-madala vahekihiga varianti. Trassi praktiline nõrkus 3C-töödel on pinnaviimistlus: ehitatud pinnad on Ra 8–15 mikromeetrit ja vajavad toe eemaldamist ja viimistlemist, mis võib kuluda rohkem kui ehitamine ise. Tavaline tootmisvastus on hübriid, kasutades töötlemata geomeetria loomiseks lisandeid ja CNC-d, et luua nähtavad tahud ja täppisliidesed.
Pinna viimistlus, anodeerimine ja mõõtmete kontroll
Anodeerimine muudab titaani tootedisaineritele atraktiivseks ja viimistlus on tihedalt seotud töötlemiskvaliteediga. Saastunud või määrdunud pind anodeerub ebaühtlaselt ja näitab defekti värvimuutusena, seega peab viimane töötlemiskäik jätma puhta pingevaba kihi. Tüüpiline praktika on kerge keemiline söövitus või mehaaniline poleerimine enne anodeerimist, millele järgneb värvikontroll võrdluspaneelil. Õhukeste-seinaosade mõõtmete juhtimine nõuab protsessiaegset-sondeerimist ja mõnikord ka vaakumkinnitusi, sest ainuüksi kinnitusjõud võib moonutada 0,5 mm seina üle lubatud piiri. Töötlemisjärgset kõverust juhitakse pingevaba -materjali, sümmeetrilise materjali eemaldamise ja vahepealse lõõmutamise abil, kui geomeetria seda võimaldab.
Korduma kippuvad küsimused
Q:Miks mitte lihtsalt töödelda titaanosi kiiremini ja suurema lõikekiirusega?
V: Ti-6Al-4V-s üle 80 meetri minutis tõuseb tööriista serva temperatuur kiiremini, kui tööriista materjal talub, ja sisetükid purunevad purunemise või plastilise deformatsiooni tõttu. Tootlikkus tuleneb suuremast ettenihkest hamba kohta, sügavamatest aksiaalsetest lõigetest ja paremast jahutusvedeliku kohaletoimetamisest, mitte pinnakiirusest.
Q:Kas metallist survevalu on konstruktsioonikorpuse jaoks piisavalt tugev?
V: Kui paagutatud tihedus ületab 99 protsenti teoreetilisest, läheneb tõmbetugevus sepistatud väärtustele ja materjal on sertifitseeritud sama sulami koostise järgi. Piiravaks teguriks on geomeetria, kuna MIM sobib väikestele, tursketele, ümaratele osadele ega suuda kergesti tekitada pikki õhukesi seinu või teravaid sisenurki.
Q:Kuidas reguleeritakse õhukese{0}}seina läbipainet freesimise ajal?
V: Vähendades radiaalset haardumist, toetades tööd vaha või madalal{0}}sulava kinnitusega, kasutades varieeruva spiraaliga tööriistu, et lõhkuda värisemise resonantsi, ja tehes sümmeetrilisi käike, et jääkpingeväli püsiks tasakaalus. Läbipääsude vaheline sondeerimine tabab kõrvalekalde enne finišilõiget.
Q:Kas lisandite valmistamisel kasutatav titaanipulber vajab spetsifikatsiooni?
V: Jah. Pulbrite keemia, osakeste suuruse jaotus ja interstitsiaalne sisaldus määravad valmis detaili omadused ning ASTM F2924 ja ASTM F3001 seavad nõuded vastavalt saadud Ti-6Al-4V ja Ti-6Al-4V ELI komponentidele. Pulbri taaskasutuspoliitika tuleks enne tootmist kokku leppida.
Q:Mis põhjustab värvimuutust pärast anodeerimist?
V: Ebaühtlane oksiidikasv, mis on tavaliselt jälgitav pinna saastumise, töötlemisjääkide või ebaühtlase söövituse tõttu. Titaanoksiidi värvus sõltub kile paksusest, nii et kõik pinna ettevalmistamise etapi kohalikud erinevused ilmnevad värvinihkena, mida on hiljem raske parandada.
Q:Milline marsruut annab madalaima ühikuhinna suure mahu juures?
V: Väikeste osade puhul, mis on rohkem kui 20 000 tükki aastas, on metallist survevalu tavaliselt madalaim kulu. Suurte, tihedate liidestega korpuste puhul jääb CNC baasjooneks, lisandiga geomeetriatele, mida ei saa töödelda ilma liigse materjali eemaldamiseta.
