CNC-Titanbearbeitung: Verfahren, Werkzeug und Optimierung von Geschwindigkeit und Vorschub

Titanlegierungen werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit, geringen Dichte und guten Korrosionsbeständigkeit häufig in Bereichen wie der Luftfahrt, Automobilindustrie, Biomedizin und Erdölindustrie eingesetzt. Besonders wichtig ist dabei die Verwendung von Titanprodukten in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Allerdings hat auch die Verarbeitungsschwierigkeit von Titanlegierungen aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften Aufmerksamkeit erregt. Dieser Artikel konzentriert sich auf eine detaillierte Analyse und Anwendungsdiskussion der Titanbearbeitung, einer wichtigen Bearbeitungstechnologie.

Überblick über die Titanbearbeitung

Die Bearbeitung von Titanlegierungen ist ein fortschrittlicher Metallbearbeitungsprozess, der hauptsächlich zur Verarbeitung von Titanlegierungen zu Teilen oder Produkten verschiedener Formen und Größen verwendet wird.

Arten von Titan

Wie die meisten Metalle gibt es auch Titan in großer Vielfalt. Die folgende Tabelle beschreibt die Vorteile, Nachteile und Anwendungen verschiedener Titanarten:

Art der Titanlegierung	Beschreibung	Vorteile	Nachteile	Anwendungen
Ti-6Al-4V	Alpha-Beta-Legierung, am häufigsten verwendete Titanlegierung aufgrund ihres hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses und ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit.	Hohe Festigkeit, gute Zähigkeit, biokompatibel, schweißbar.	Hohe Kosten, schwierig zu bearbeiten, erfordert Schutzatmosphäre beim Schweißen.	Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, maritime Anwendungen.
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo	Alpha-Beta-Legierung mit verbesserter Kriechfestigkeit und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen.	Gute Kriechfestigkeit, hohes Verhältnis von Festigkeit zu Dichte.	Eingeschränkte Schweißbarkeit, höhere Kosten im Vergleich zu Ti-6Al-4V.	Gasturbinen, Flugzeugtriebwerkskomponenten, Strukturteile.
Ti-5Al-2.5Sn	Alpha-Legierung mit guter Schweißbarkeit und Kaltumformbarkeit.	Gute Schweißbarkeit, hervorragende Korrosionsbeständigkeit.	Geringere Festigkeit im Vergleich zu Ti-6Al-4V, eingeschränkte Hochtemperaturbeständigkeit.	Marineanwendungen, chemische Verarbeitungsgeräte.
Ti-3Al-2.5V	Nahe-Alpha-Legierung, bekannt für gute Formbarkeit und Schweißbarkeit.	Gute Verformbarkeit, geringe Dichte.	Geringere Festigkeit und Kriechfestigkeit im Vergleich zu Alpha-Beta-Legierungen.	Flugzeugkomponenten, Autofedern, Schiffskomponenten.
Ti-15V-3Al-3Sn-3Cr	Beta-Legierung mit hoher Festigkeit und ausgezeichneter Ermüdungsbeständigkeit.	Hohes Verhältnis von Festigkeit zu Dichte, gute Ermüdungsbeständigkeit.	Geringere Duktilität, aufgrund der hohen Elastizität schwierig zu verarbeiten.	Fahrwerke für die Luft- und Raumfahrt, Sportgeräte, Prothesen.
Kommerziell reines (CP) Titan Grad 1-4	CP-Titan mit unterschiedlichen Sauerstoff- und Eisengehalten bietet hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit.	Gute Schweißbarkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Umgebungen.	Geringere Festigkeit im Vergleich zu Titanlegierungen, höhere Duktilität.	Chemische Verarbeitungsgeräte, medizinische Implantate, architektonische Anwendungen.
Beta C Titan	Beta-Legierung mit hoher Festigkeit und hervorragender Kaltumformbarkeit.	Hohe Festigkeit, gute Kaltumformbarkeit, gute Dauerfestigkeit.	Begrenzte Beständigkeit gegen erhöhte Temperaturen, geringere Zähigkeit im Vergleich zu Alpha-Beta-Legierungen.	Befestigungselemente für die Luft- und Raumfahrt, Federn, Sportartikel.

Merkmale der Titanbearbeitung

Beim Schneiden ist der Verformungskoeffizient der Titanlegierung gering (kleiner oder gleich 1) und die Reibung der Späne auf der Werkzeugoberfläche groß, was leicht zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß führt.

Die Temperatur von Titanlegierungen ist beim Schneiden höher, da die Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen gering ist und die während der Verarbeitung erzeugte Wärme nicht leicht übertragen werden kann. Unter normalen Umständen ist die bei der Verarbeitung von Titanlegierungen erzeugte Wärme etwa doppelt so hoch wie die von Edelstahl.

Das Abkühlungsphänomen von Titanlegierungen ist bei der Verarbeitung schwerwiegender. Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von Titanlegierungen absorbiert diese beim Hochtemperaturschneiden leicht Sauerstoff und Stickstoff und erzeugt eine harte Haut. Darüber hinaus können Veränderungen der Plastizität auch zu einer Oberflächenhärtung führen.

Titan-Bearbeitungsmethode

Titan und seine Legierungen sind Metalle mit guten mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, ihre Verarbeitung ist jedoch schwierig und es sind spezielle Verarbeitungsmethoden und -prozesse erforderlich, um die Verarbeitungsqualität und -effizienz sicherzustellen. Im Folgenden sind einige gängige Verarbeitungsmethoden für Titan aufgeführt:

Dynamisches Wenden

Dynamisches Drehen ist ein effizientes Bearbeitungsverfahren für Titanlegierungen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe des Schneidwerkzeugs während des Bearbeitungsprozesses ständig geändert werden, um den Werkzeugverschleiß zu verringern und die Werkzeuglebensdauer zu verlängern. Diese Methode trägt auch dazu bei, Vibrationen und Stöße während des Schneidens zu verringern und so die Qualität und Genauigkeit der bearbeiteten Oberfläche zu verbessern.

Dynamisches Fräsen

Dynamisches Fräsen ist die Strategie des variablen Vorschubs und der Frästiefe im Fräsprozess, um sich an unterschiedliche Werkstückprofile anzupassen und Stöße und Vibrationen beim Schneiden zu reduzieren. Bei Materialien wie Titanlegierungen kann dynamisches Fräsen die Verarbeitungseffizienz und die Werkzeuglebensdauer erheblich verbessern und gleichzeitig die bearbeitete Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit sicherstellen.

Spiralfräsen

Spiralfräsen ist eine Frässtrategie, bei der ein spiralförmiger Vorschubweg verwendet wird. Diese Methode kann Stöße und Vibrationen beim Schneiden verringern und gleichzeitig die seitliche Kraft des Werkzeugs reduzieren, was zur Verbesserung der Verarbeitungseffizienz und der Werkzeuglebensdauer beiträgt. Bei der Verarbeitung von Titanlegierungen wird Spiralfräsen häufig für die Verarbeitung tiefer Löcher und komplexes Konturfräsen verwendet, wodurch Temperatur und Kraft während der Verarbeitung effektiv gesteuert werden können, um die Verarbeitungsqualität sicherzustellen.

Bei der Flugzeugmontage ist die Bearbeitung von Löchern mit großem Durchmesser immer schwierig. Mit der Spiralfrästechnologie können „ein Werkzeug und mehrere Pfade“ durch Anpassen der Exzentrizität bequem realisiert werden, wodurch die Bearbeitungseffizienz erheblich verbessert und die Kosten gesenkt werden. Zum Beispiel beim Spirallochfräsen von Titanlegierungen mit einem großen Durchmesser von 19.05 mm (3/4 Zoll).

Bearbeitungsprozess für Titan

Titanlegierungen sind Werkstoffe mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit. Aufgrund ihrer hohen Härte, geringen Wärmeleitfähigkeit und chemischen Aktivität ist ihre Verarbeitung jedoch relativ komplex. Bei der Verarbeitung von Titanlegierungen werden häufig folgende Verfahren und Technologien eingesetzt:

Auswahl des Schneidwerkzeugs

Die Wahl des richtigen Schneidewerkzeug ist für die Verarbeitung von Titanlegierungen von entscheidender Bedeutung. Zu den üblichen Schneidwerkzeugen gehören:

Hartmetallwerkzeuge: Hartmetallwerkzeuge werden aus Wolframkarbidpulver und Kobaltpulver gesintert, weisen eine ausgezeichnete Härte und Verschleißfestigkeit auf und sind für Hochgeschwindigkeitsschneiden und die Verarbeitung schwerer Lasten geeignet.

Beschichtete Werkzeuge: Die Oberflächenbeschichtung des Werkzeugs kann Reibung und Hitze effektiv reduzieren und die Lebensdauer des Werkzeugs verlängern. Zu den üblichen Beschichtungen gehören:

• Titan-Kohlenstoff-Stickstoff-Beschichtung (TiCN): bietet hervorragende thermische Stabilität und Verschleißfestigkeit.
• Beschichtung aus diamantähnlichem Kohlenstoff (DLC): Hervorragend geeignet für Hochgeschwindigkeitsfräsen, verlängert die Standzeit des Werkzeugs erheblich.

Stabile bearbeitete Oberfläche

Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist es wichtig, eine stabile Bearbeitungsoberfläche beizubehalten, um Bearbeitungsgenauigkeit und -qualität sicherzustellen. Zu den wichtigsten Maßnahmen zum Erreichen einer stabilen bearbeiteten Oberfläche gehören:

• Geeignete Schnittparameter: Dazu gehört die Auswahl von Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe, um sicherzustellen, dass die Bearbeitungseffizienz gewährleistet ist, ohne die Oberflächenqualität des Werkstücks zu beeinträchtigen.
• Effektive Kühlung und Schmierung: Verwenden Sie geeignete Kühlmittel und Schmiermittel, beispielsweise wasserlösliche Kühlmittel, um die Verarbeitungstemperaturen zu senken, den Werkzeugverschleiß zu verringern und Späne effektiv zu reinigen.

Abwärtsfräsen

Gleichlauffräsen ist eine Frässtrategie, die häufig bei der Bearbeitung von Titanlegierungen verwendet wird. Sie zeichnet sich durch geringe Schnittkräfte und Vibrationen aus und trägt dazu bei, Hitze und Werkzeugverschleiß beim Schneiden zu reduzieren. Beim Downmilling werden normalerweise kleine radiale und axiale Vorschübe verwendet, um die Glätte und Genauigkeit der bearbeiteten Oberfläche sicherzustellen.

Wählen Sie Titan-Bearbeitungsmaschine, um Faktoren zu berücksichtigen

Für hochwertige Fräsmaschinen zur Bearbeitung von Titanlegierungen gibt es folgende konkrete Empfehlungen und Hinweise:

1. Hohes Drehmoment: Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen muss die Maschine über ein sehr hohes Drehmoment verfügen, um die während der Bearbeitung erforderliche Schnittkraft aufzubringen. Ein Drehmomentbereich von bis zu 300–1500 Nm wird empfohlen, um sicherzustellen, dass die Maschine bei der Bearbeitung von Titanlegierungen über ausreichend Leistung verfügt.
2. Niedrige Geschwindigkeit: Da die Schnittgeschwindigkeit von Hartmetallschneidwerkzeugen, die üblicherweise bei der Verarbeitung von Titanlegierungen verwendet werden, niedrig ist und normalerweise im Bereich von 45 bis 100 m/min liegt, sollte auch die Spindeldrehzahl der Werkzeugmaschine entsprechend angepasst werden. In den meisten Fällen ist eine Spindeldrehzahl von 3000 U/min ausreichend.
3. Internes Kühlmittelsystem: Internes Kühlmittel ist für Bearbeitungsmaschinen aus Titanlegierungen von entscheidender Bedeutung, da es die Temperatur des Schneidbereichs effektiv senken, den Werkzeugverschleiß verringern und die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität verbessern kann. Daher wird empfohlen, eine Maschine mit einem effizienten internen Kühlmittelsystem zu wählen.
4. Hohe Steifigkeit und hohe Dynamik: Die Bearbeitung schwieriger Materialien wie Titanlegierungen erfordert eine Spindel mit hoher Leistung und hohem Drehmoment. Daher muss die Werkzeugmaschine eine hohe Steifigkeit aufweisen, einschließlich hoher statischer Steifigkeit, hoher dynamischer Steifigkeit und hoher thermischer Steifigkeit. Gleichzeitig muss die Maschine auch eine hohe Dynamik aufweisen, wie z. B. eine hohe Positionierungs-/wiederholte Positionierungsgenauigkeit, hohe Vorschubgeschwindigkeit und hohe Beschleunigung, um Stabilität und Genauigkeit während des Bearbeitungsprozesses zu gewährleisten.
5. Hochzuverlässige Werkzeugschnittstelle: Da bei der Bearbeitung von Titanlegierungen Spindelschneiden mit hoher Leistung und hohem Drehmoment erforderlich sind, sollte die Werkzeugschnittstelle der Werkzeugspindel eine ausreichend große Spannkraft aufweisen und ein hohes Drehmoment übertragen können. Es werden hochzuverlässige Werkzeugschnittstellen wie HSK~A100, HSK~A125 oder HSK~A160 empfohlen.

Warum ist die Bearbeitung von Titan schwierig?

Beim Zerspanungsprozess von Titanlegierungen gibt es eine Reihe von Herausforderungen. Im Folgenden sind die spezifischen Gründe und ihre Auswirkungen aufgeführt:

1. Werkstückklemmung und Verformung bei der Bearbeitung: Die Steifigkeit dünnwandiger Titanlegierungsteile ist schlecht, die Klemmung ist schwierig und sie können leicht durch Schnittkraft und Prozessverformung beeinträchtigt werden. Beispielsweise können bei der Bearbeitung dünnwandiger Titanlegierungsteile mit großem Längen-Durchmesser-Verhältnis die Klemmkraft und die radiale Schnittkraft die Teile leicht verformen.
2. Werkzeugverschleiß und -auswahl: Schnittkraft bei der Bearbeitung von Titanlegierungen, hohe Temperaturen, Werkzeuge verschleißen leicht und reißen leicht. Hartmetallklingen oder CVD-Klingen sind häufig verwendete Bearbeitungswerkzeuge aus Titanlegierungen, um den Herausforderungen hoher Temperaturen und hoher Schnittkräfte gerecht zu werden.
3. Schneidwärme: Die Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen ist sehr gering, nur 1/7 von Stahl und 1/16 von Aluminium, und die beim Schneiden erzeugte Wärme geht nicht so leicht verloren. Die Temperatur im Schneidbereich kann bis zu 1000 °C oder mehr betragen, was zu schnellem Werkzeugverschleiß führt.
4. Kantenbiss und Spantumor: Bei hohen Temperaturen bleiben Titanlegierungsspäne leicht an der Klinge haften und bilden Spantumoren, was den Werkzeugverschleiß verschlimmert. Es sollten Schneidwerkzeugmaterialien mit geringer chemischer Affinität und hoher Wärmeleitfähigkeit zu Titan ausgewählt werden, wie z. B. YG8, YG3 usw.
5. Brandgefahr: Die Verbrennungstemperatur der Titanlegierung ist hoch, der Heizwert ist groß und die bei der Verarbeitung entstehenden Titanspäne und -splitter fangen leicht Feuer. Um eine sichere Verarbeitung zu gewährleisten, sollten geeignete Brandschutzmaßnahmen getroffen werden.
6. Vibrationsproblem: Titanlegierungen neigen während der Verarbeitung zu Vibrationen, was zu einer stärkeren Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück führt als die Schneidwirkung. Die Auswahl von Werkzeugmaschinen mit hoher Steifigkeit und hoher Dynamik trägt dazu bei, Vibrationen zu reduzieren und die Verarbeitungsstabilität zu verbessern.
7. Schnittgeschwindigkeit und -tiefe: Die Schnittgeschwindigkeit sollte bei der Bearbeitung von Titanlegierungen nicht zu hoch sein und eine angemessene Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe sollten kontrolliert werden. Beim Schruppen beträgt die Schnittgeschwindigkeit normalerweise 25 bis 38 m/min und die Schnitttiefe 3 bis 5 mm. Beim Schlichten beträgt die Schnittgeschwindigkeit 50 bis 75 m/min und die Schnitttiefe 0.2 bis 0.5 mm.
8. Spankontrolle: Die bei der Verarbeitung von Titanlegierungen entstehenden Späne werden nicht effektiv kontrolliert, was die Verarbeitungsqualität und -sicherheit beeinträchtigt. Spanrutschen, Staubsauger und andere Maßnahmen können zur Kontrolle der Späne eingesetzt werden.
9. Metallabtragsrate: Die Metallabtragsrate von Titanlegierungen ist gering und beträgt nur etwa 25 % der meisten gewöhnlichen Stähle oder rostfreien Stähle. Dies bedeutet, dass die Bearbeitung eines Titanwerkstücks etwa viermal so lange dauert wie die Bearbeitung eines Stahlteils.

Tipps und Strategien für die Bearbeitung von Titanlegierungen

Um bei der Verarbeitung von Titanlegierungen qualitativ hochwertige Verarbeitungsergebnisse zu erzielen, sind eine Reihe von Fähigkeiten und Methoden erforderlich.

Reduzieren Sie die Temperatur

Die Wärmeleitfähigkeit von Titanlegierungen ist gering, was zu hohen Temperaturen während der Verarbeitung führt. Hohe Temperaturen beeinträchtigen nicht nur die Bearbeitungsqualität, sondern können auch zu Werkzeugverschleiß und Werkstückverformung führen. Um die Temperatur zu senken, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

• Wählen Sie die richtige Schneidflüssigkeit: Schneidflüssigkeit kann die Temperatur während der Verarbeitung effektiv senken und den Werkzeugverschleiß sowie die Verformung des Werkstücks verringern. Für Titanlegierungsmaterialien sollten flüssige Schneidflüssigkeiten mit höherer Wärmeleitfähigkeit und niedrigerer Viskosität ausgewählt werden, z. B. Sulfid-Schneidflüssigkeiten, organische Schneidflüssigkeiten usw.
• Verwenden Sie Hochdruckkühlmittel: Hochdruckkühlmittel kann die Schnittwärme effektiver abführen, die Temperatur im Schneidbereich senken und die Bearbeitungsqualität verbessern.

Wählen Sie das richtige Werkzeug

Titanlegierungen weisen eine hohe Härte und starke chemische Aktivität auf und stellen höhere Anforderungen an die Werkzeugmaterialien. Um gute Verarbeitungsergebnisse zu erzielen, ist es notwendig, das geeignete Werkzeug auszuwählen:

• Werkzeugmaterialien: Es sollten verschleißfeste, hochharte, hochtemperaturbeständige und chemisch inerte Werkzeugmaterialien ausgewählt werden, wie etwa Hartmetall, PKD-Werkzeuge, diamantbesetzte Werkzeuge und beschichtete Werkzeuge.
• Werkzeugwinkel: Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen sollte ein Werkzeug mit scharfer Klinge, dichten Zähnen, Vorder-/Rückwinkel und Spiralwinkel ausgewählt werden. Beispielsweise kann beim Schlichten der Titanlegierung TC4 der Vorderwinkel 8 bis 15° betragen. Wenn ein Bohrwerkzeug oder ein Drehwerkzeug ausgewählt wird, beträgt der Vorder-/Rückwinkel 10 bis 15°, 8 bis 14° usw.

Drehzahl und Vorschub optimieren

Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen hat die Wahl der Schnittgeschwindigkeit und des Vorschubs einen wichtigen Einfluss auf die Bearbeitungsqualität. Schnittgeschwindigkeit und Vorschub sollten entsprechend den Bearbeitungsanforderungen und den Materialeigenschaften des Werkstücks angemessen gewählt werden:

• Schnittgeschwindigkeit: Die Schruppschnittgeschwindigkeit beträgt normalerweise 25 bis 38 m/min, die Schnitttiefe 3 bis 5 mm; die Schnittgeschwindigkeit beträgt 50 bis 75 m/min und die Schnitttiefe 0.2 bis 0.5 mm.
• Vorschub: 0.10 – 0.15 mm/U für Grobbearbeitung, 0.05 – 0.10 mm/U für Feinbearbeitung.

Kontrollieren Sie Flattern und Vibration

Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen kommt es leicht zu Flattern und Vibrationen, was sich auf die Bearbeitungsqualität und die Werkzeuglebensdauer auswirkt. Um Flattern und Vibrationen zu kontrollieren, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

• Um auch beim Schneiden mit hoher Geschwindigkeit eine gute Betriebsstabilität zu gewährleisten, wird eine Werkzeugmaschine mit hoher Steifigkeit und hoher Dynamik ausgewählt.
• Verwenden Sie geeignete Vorrichtungen und Spannmethoden, um eine stabile Spannung des Werkstücks sicherzustellen.
• Entwerfen Sie einen angemessenen Werkzeugpfad, um eine plötzliche Beschleunigung oder Verzögerung des Werkzeugs im Schneidvorgang zu vermeiden, den Schneidstoß zu verringern und so das Auftreten von Vibrationen zu reduzieren.

Picking-Bohr- und Rampentechnik

Bei der Bearbeitung von Titanlegierungen ist die Tiefloch- und Schrägbohrtechnologie eine effektive Methode zur Kontrolle der Schnittkräfte und der Spanansammlung:

• Peck-Bohrtechnologie: Der Schneidvorgang wird in kleine Schritte unterteilt, was dazu beiträgt, die Schlagkraft beim Schneiden zu verringern und eine übermäßige Hitzestauung des Werkzeugs und des Werkstücks zu vermeiden.
• Neigungstechnologie: Ein angemessener Neigungswinkel und eine angemessene Neigungstiefe sollen dem Schneidwerkzeug dabei helfen, reibungslos in den Schneidbereich einzutreten und ihn zu verlassen, die Ansammlung von Spänen zu verringern und die Verarbeitungseffizienz und Oberflächenqualität zu verbessern.

Spezielles Werkzeugdesign und Beschichtungsauswahl

Titanlegierungen stellen extrem hohe Anforderungen an Werkzeugmaterialien und Beschichtungen:

• Spezielles Werkzeugdesign: Beispielsweise durch die Verwendung von Keramikwerkzeugen, das hohen Temperaturen und chemischer Erosion standhält und so die Schnittstabilität und Werkzeuglebensdauer verbessert.
• Auswahl spezieller Beschichtungen: TiCN, TiAlN und andere spezielle Beschichtungen können die Verschleißfestigkeit und Stabilität des Werkzeugs erheblich verbessern und die Glätte und Sauberkeit der Werkzeugoberfläche während des Schneidvorgangs aufrechterhalten.

Erhöhen Sie die Anzahl der Rillen

Rillen sind Rillen auf der Oberfläche eines Werkzeugs, die zur Aufnahme von Schneidflüssigkeit dienen. Durch eine Erhöhung der Anzahl der Rillen kann die Kontaktfläche zwischen Schneidflüssigkeit und Werkzeug vergrößert werden, wodurch die Fließgeschwindigkeit der Schneidflüssigkeit erhöht und die Kühlwirkung verbessert wird.

• Bessere Kühlung: Mehr Schneidflüssigkeit kann die Wärme schneller aus dem Schneidbereich ableiten, wodurch die Schnitttemperatur gesenkt und der Werkzeugverschleiß sowie die Verformung des Werkstücks verringert werden.
• Bessere Schmierung: Die Schneidflüssigkeit kann den Schneidbereich nicht nur kühlen, sondern auch schmieren, wodurch die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück verringert und die Schnittkraft reduziert wird.

Werkzeughersteller können Werkzeuge mit unterschiedlicher Nutanzahl nach Bedarf konstruieren und herstellen. Bei der Auswahl des Werkzeugs kann die entsprechende Nutanzahl entsprechend den Verarbeitungsanforderungen und den Materialeigenschaften des Werkstücks ausgewählt werden.

Begrenzen Sie die axiale Tiefe um längliche Merkmale

Beim Zerspanen mit verlängerten Eigenschaften kann es aufgrund der Schnittkraft leicht zu Vibrationen und Flattern kommen, was zu einer Verschlechterung der Bearbeitungsqualität führt. Durch die Begrenzung der axialen Tiefe werden die Schnittkräfte verringert und die Wahrscheinlichkeit von Vibrationen und Flattern verringert.

• Reduzieren Sie Vibrationen und Flattern: Durch die Begrenzung der axialen Tiefe kann die Schnittkraft verringert, das Auftreten von Vibrationen und Flattern verringert und die Verarbeitungsstabilität und Werkstückqualität verbessert werden.
• Verbesserte Bearbeitungseffizienz: Obwohl die axiale Tiefe begrenzt ist, kann die Bearbeitungseffizienz durch Erhöhung des Vorschubs oder der Schnittgeschwindigkeit beibehalten oder verbessert werden.

Beim Programmieren oder Einstellen von Bearbeitungsparametern muss die axiale Tiefe entsprechend den Eigenschaften des Werkstücks und den Bearbeitungsanforderungen begrenzt werden. Dies erfordert normalerweise Erfahrung oder Experimente, um den geeigneten axialen Tiefenbereich zu bestimmen.

Mit einer Fase abschließen

Eine Fase ist eine Abschrägung oder abgerundete Ecke an der Kante eines Werkstücks. Das Abschließen mit einer Fase kann die Schnittkraft und Spannungskonzentration an der Kante des Werkstücks verringern und so die Oberflächenqualität des Werkstücks verbessern.

• Schnittkraft reduzieren: Durch die Fase kann die Schneidfläche beim Schneiden verkleinert und dadurch die Schnittkraft verringert werden.
• Verbesserung der Oberflächenqualität: Durch das Anfasen können Grate und Spannungskonzentrationen an der Kante des Werkstücks beseitigt werden, wodurch die Oberfläche des Werkstücks glatter wird.
• Verlängerung der Werkzeuglebensdauer: Durch die Reduzierung der Schnittkraft verringert sich der Werkzeugverschleiß entsprechend und die Lebensdauer des Werkzeugs wird verlängert.

Abhängige sekundäre Remission

Sekundäre Schadensminderung bezieht sich auf die Reduzierung der Schnittkräfte durch Anpassung der Schnittparameter oder andere Maßnahmen während des Bearbeitungsprozesses. Dies kann durch Reduzierung der Schnitttiefe, Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit, Verwendung schärferer Werkzeuge usw. erreicht werden.

• Reduzieren Sie die Schnittkraft: Durch die Reduzierung der Schnittkraft können Sie Vibrationen und Schwingungen während der Verarbeitung verringern und die Verarbeitungsstabilität verbessern.
• Verbesserung der Verarbeitungsqualität: Durch die Reduzierung der Schnittkraft können auch Kratzer und Verschleiß auf der Oberfläche des Werkstücks verringert und die Verarbeitungsqualität verbessert werden.
• Verlängerung der Werkzeuglebensdauer: Durch die Reduzierung der Schnittkräfte wird auch das Risiko von Werkzeugverschleiß und -bruch verringert und somit die Werkzeuglebensdauer verlängert.

Ändern der axialen Tiefe

Die axiale Tiefe bezieht sich auf die Tiefe des Schneidwerkzeugs im Werkstück. Durch Ändern der axialen Tiefe können Schnittkraft und Schnittleistung angepasst werden.

• Verbessern Sie die Verarbeitungseffizienz: In der Schruppphase kann die axiale Tiefe entsprechend erhöht werden, um die Verarbeitungseffizienz zu verbessern. In der Endbearbeitungsphase ist es notwendig, die axiale Tiefe zu reduzieren, um die Bearbeitungsqualität sicherzustellen.
• Schnittkraft steuern: Durch Ändern der axialen Tiefe kann die Größe der Schnittkraft gesteuert werden, um sie an unterschiedliche Verarbeitungsanforderungen anzupassen.
• Längere Werkzeuglebensdauer: Durch die richtige Auswahl der axialen Tiefe kann das Risiko von Werkzeugverschleiß und -bruch verringert und somit die Lebensdauer des Werkzeugs verlängert werden.

MEHR TIPPS

• Lassen Sie genügend Platz: Achten Sie bei der Gestaltung des Bearbeitungspfads darauf, dass das Messer genügend Platz zum Schneiden hat und eine Kollision mit dem Werkstück vermieden wird.
• Reduzieren Sie den Biss: Die Verwendung kurzer, scharfer Bits kann die Kontaktfläche mit der Titanlegierung verringern und den Bisseffekt reduzieren.
• Verwenden Sie Schaftfräser mit variabler Spiralverzahnung: Schaftfräser mit variabler Spiralverzahnung tragen dazu bei, Vibrationen und Flattern beim Schneiden zu reduzieren und die Bearbeitungsstabilität zu verbessern.
• Fragmentierung kontrollieren: Wählen Sie die entsprechenden Schnittparameter und Werkzeuge, um eine Fragmentierung während der Verarbeitung zu vermeiden.
• Viel Kühlmittel verwenden: Neben Hochdruckkühlmittel können auch andere Kühlmittel verwendet werden, um die Hitze während des Schneidvorgangs zu kontrollieren.

Unterschied zwischen der Titanbearbeitung und der Bearbeitung anderer Materialien

Die Verarbeitung von Titanlegierungen unterscheidet sich wesentlich von der anderer Werkstoffe (wie Stahllegierungen und Aluminiumlegierungen), vor allem in folgenden Punkten:

Charakteristisch	Titanlegierung	Stahllegierung	Aluminiumlegierung
Materialhärte und Festigkeit	Hohe Härte und Festigkeit, große Schnittkräfte, schneller Werkzeugverschleiß	Mäßige Härte und Festigkeit, mäßige Schnittkräfte, relativ langsamer Werkzeugverschleiß	Geringere Härte und Festigkeit, kleine Schnittkräfte, langsamer Werkzeugverschleiß
Wärmeleitfähigkeit	Geringe Wärmeleitfähigkeit, Wärme kann bei der Bearbeitung nur schwer abgeführt werden, was zu Überhitzung führt	Hohe Wärmeleitfähigkeit, gute Wärmeableitung, die bei der Bearbeitung entstehende Wärme wird problemlos abgeleitet	Hohe Wärmeleitfähigkeit, hervorragende Wärmeableitung, die bei der Bearbeitung entstehende Wärme wird leicht abgeleitet
Schnittgeschwindigkeit und Vorschub	Erfordert geringere Schnittgeschwindigkeiten und kleinere Schnitttiefen, um Wärmeentwicklung und Werkzeugverschleiß zu reduzieren, moderate Vorschubgeschwindigkeit	Es können höhere Schnittgeschwindigkeiten und größere Schnitttiefen verwendet werden, was die Bearbeitungseffizienz verbessert. Die Vorschubgeschwindigkeit kann relativ hoch sein	Sehr hohe Schnittgeschwindigkeiten und große Schnitttiefen möglich, sehr hoher Vorschub, was die Bearbeitungseffizienz deutlich verbessert
Werkzeugmaterial und Beschichtung	Verwendet hochverschleißfeste Hartmetall- oder Keramikwerkzeuge und Beschichtungen wie TiCN oder TiAlN zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer	Verwendet werden in der Regel Schnellarbeitsstahl (HSS) oder Hartmetallwerkzeuge, gängige Beschichtungen wie TiN	Verwendet normalerweise HSS- oder Hartmetallwerkzeuge, im Allgemeinen keine speziellen Beschichtungen erforderlich
Kühlmittelanforderungen	Erfordert eine große Menge Kühlmittel oder Hochdruck-Kühlmittelsysteme, um die Schnitttemperatur zu kontrollieren und eine Überhitzung zu vermeiden	Mäßiger Kühlmittelbedarf, gute Wärmeableitung, benötigt keine großen Kühlmittelmengen	Geringer Kühlmittelbedarf, hervorragende Wärmeableitung, benötigt bei der Bearbeitung keine großen Kühlmittelmengen
Chipkontrolle	Späne sammeln sich leicht an und verwickeln sich, sodass wirksame Maßnahmen zur Spankontrolle wie z. B. spanabhebendes Bohren und eine spezielle Werkzeuggeometrie erforderlich sind.	Späne lassen sich leicht kontrollieren, sammeln sich nicht so leicht an und verwickeln sich nicht, die Handhabung der Späne ist relativ einfach	Chips sind leicht und einfach zu handhaben, sammeln sich nicht leicht an und verwickeln sich
Vibration und Rattern	Aufgrund der hohen Härte und Festigkeit anfällig für Vibrationen und Rattern, was stabile Bearbeitungsmaschinen und optimierte Werkzeugwege erfordert	Gute Stabilität, erfordert aber dennoch Kontrolle über Vibrationen und Rattern beim Schneiden mit hoher Intensität	Sehr stabil, nicht anfällig für Vibrationen und Rattern, der Schneidvorgang ist relativ reibungslos
Spezielle Bearbeitungstechniken	Verwendet Tiefbohren, Rampenfräsen, Gleichlauffräsen, Spanbildung von dick zu dünn, Schaftfräser mit variabler Spirale, spezielle Werkzeugkonstruktionen und Beschichtungen, steuert Schnittkräfte und Spanansammlung	Standard-Schneidtechniken und -pfade sind ausreichend, es können jedoch auch einige spezielle Techniken für Titanlegierungen herangezogen werden.	Hochgeschwindigkeits-Schneid- und Hochvorschubtechniken, Standardwerkzeugkonstruktionen und -pfade
Werkzeuglebensdauer	Kurze Werkzeuglebensdauer, erfordert häufigen Austausch und Wartung	Längere Standzeit, relativ geringere Wartungshäufigkeit	Lange Werkzeuglebensdauer, geringe Wartungshäufigkeit
Bearbeitungskosten	Hohe Bearbeitungskosten, erfordert Hochleistungswerkzeuge und Kühlmittelsysteme	Moderater Bearbeitungsaufwand, konventionelle Werkzeuge und Kühlmittelsysteme genügen	Geringe Bearbeitungskosten, geringer Werkzeug- und Kühlmittelbedarf, hohe Bearbeitungseffizienz

Gängige Anwendungen der Bearbeitung von Titanlegierungen

Die Titanbearbeitung findet in zahlreichen Branchen Anwendung:

1. Luft- und Raumfahrt: Wird aufgrund seines Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses für Flugzeugkomponenten wie Motorteile, Fahrwerke und Strukturkomponenten verwendet.
2. Medizintechnik: Aufgrund seiner Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit unverzichtbar für die Herstellung chirurgischer Implantate und Instrumente.
3. Automobilindustrie: Wird in Hochleistungsfahrzeugen für Komponenten wie Auspuffsysteme und Aufhängungsteile verwendet, um das Gewicht zu reduzieren und die Haltbarkeit zu verbessern.

Zu berücksichtigende Faktoren bei der Bearbeitung schwer zu bearbeitender Materialien

Bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe sind für eine effiziente Bearbeitung und Werkstückqualität folgende Faktoren zu beachten:

Materialeigenschaften

1. Härte und Stärke: Schwer zu schneidende Materialien weisen häufig eine hohe Härte und Festigkeit auf, sodass harte Werkzeuge und höhere Schnittkräfte erforderlich sind. Titanlegierungen sind beispielsweise hart, und bei ihrer Bearbeitung sollten verschleißfeste, hochharte Werkzeugmaterialien wie Hartmetall- oder PCD-Werkzeuge ausgewählt werden.
2. Plastizität und Zähigkeit: Materialien mit hoher Plastizität und Zähigkeit neigen bei der Bearbeitung zur Verformung und zum Bruch, sodass der Einsatz geeigneter Schneidtechniken und -parameter erforderlich ist.
3. Wärmeleitfähigkeit: Materialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit neigen dazu, bei der Bearbeitung hohe Temperaturen zu erzeugen, was sich auf die Qualität des Werkstücks und die Lebensdauer des Werkzeugs auswirkt. Titanlegierungen haben beispielsweise eine geringe Wärmeleitfähigkeit, weshalb zur Kontrolle der Temperatur eine große Menge Kühlmittel erforderlich ist.

Bearbeitungsbedingungen

1. Schneidgeschwindigkeit: Die Wahl der Schnittgeschwindigkeit ist bei schwer zu schneidenden Materialien entscheidend. Eine zu hohe Schnittgeschwindigkeit kann zu beschleunigtem Werkzeugverschleiß und schlechter Werkstückqualität führen, während eine zu niedrige Geschwindigkeit die Bearbeitungseffizienz verringern kann. Daher sollte die Schnittgeschwindigkeit basierend auf der Härte und Festigkeit des Materials gewählt werden.
2. Vorschubgeschwindigkeit: Die Vorschubgeschwindigkeit wirkt sich direkt auf die Bearbeitungseffizienz und die Werkstückqualität aus. Bei schwer zu schneidenden Materialien wird häufig eine geringere Vorschubgeschwindigkeit gewählt, um Schnittkräfte und Vibrationen zu verringern und so die Bearbeitungsstabilität zu verbessern.
3. Schnitttiefe: Die Schnitttiefe bezieht sich auf die Tiefe, die das Schneidwerkzeug in das Werkstück eindringt. Bei schwer zu schneidenden Materialien muss bei der Wahl der Schnitttiefe die Härte und Festigkeit des Materials sowie die Haltbarkeit des Werkzeugs berücksichtigt werden.

Werkzeugauswahl

1. Werkzeugmaterial: Aufgrund der hohen Härte und Festigkeit schwer zerspanbarer Werkstoffe sollten verschleißfeste, hochharte Werkzeugwerkstoffe wie Hartmetall oder PKD gewählt werden.
2. Werkzeuggeometrie: Eine angemessene Werkzeuggeometrie kann die Schnittleistung und die Werkstückqualität verbessern. Bei schwer zu schneidenden Materialien werden häufig größere Spanwinkel und Freiwinkel gewählt, um Schnittkräfte und Vibrationen zu reduzieren.
3. Werkzeugbeschichtungen: Durch spezielle Beschichtungen können die Verschleißfestigkeit und Schneidleistung von Werkzeugen verbessert und so deren Lebensdauer verlängert werden.

Bearbeitungsausrüstung

1. Maschinensteifigkeit: Schwer zu schneidende Materialien neigen während der Bearbeitung zur Erzeugung von Vibrationen und Rattern. Zur Verbesserung der Bearbeitungsstabilität ist der Einsatz von Maschinen mit hoher Steifigkeit erforderlich.
2. Kühlsystem: Bei Materialien, bei denen hohe Temperaturen entstehen, ist ein effizientes Kühlsystem zur Kontrolle der Temperatur erforderlich. Dadurch werden die Qualität des Werkstücks und die Lebensdauer des Werkzeugs verbessert.

Bearbeitungsprozess

1. Prozessgestaltung: Eine rationale Prozessgestaltung kann den Bearbeitungsaufwand erheblich reduzieren. Die Entwicklung geeigneter Bearbeitungsprozesse ist für die Verbesserung der Bearbeitungseffizienz und -qualität von entscheidender Bedeutung.
2. Bearbeitungssequenz: Eine sinnvolle Bearbeitungsreihenfolge kann Schnittkräfte und Vibrationen reduzieren und so die Bearbeitungsqualität verbessern. Wenn Sie beispielsweise lange, schmale Teile bearbeiten, können Sie zuerst andere Teile und zuletzt das schmale Teil bearbeiten.

Andere Faktoren

1. Werkstückform: Die Komplexität der Werkstückform kann sich auf den Bearbeitungsaufwand auswirken. Für komplexe Formen können mehrstufige Schneid- oder Verbundschneideverfahren erforderlich sein.
2. Bearbeitungsgenauigkeit: Eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit erhöht den Bearbeitungsschwierigkeitsgrad. Daher sollte die geeignete Bearbeitungsgenauigkeit basierend auf den tatsächlichen Anforderungen gewählt werden.
3. Bearbeitungsumgebung: Die Bearbeitungsumgebung, wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit, kann sich ebenfalls auf die Bearbeitungsqualität auswirken. Es ist notwendig, eine stabile und saubere Bearbeitungsumgebung aufrechtzuerhalten, um die Auswirkungen externer Faktoren auf die Bearbeitungsqualität zu verringern.

Fazit

Die Titanbearbeitung ist ein spezialisierter Bearbeitungsprozess, der für Branchen, die Hochleistungsmaterialien benötigen, von entscheidender Bedeutung ist. Das Verständnis seiner Eigenschaften, Herausforderungen, Techniken und Anwendungen ist für die Optimierung von Herstellungsprozessen und die präzise und effiziente Produktion von Titankomponenten von entscheidender Bedeutung.

Suchen Sie nach Präzision, Qualität und Effizienz bei der CNC-Bearbeitung? Junge ist Ihre Lösung! Wir sind spezialisiert auf erstklassige CNC-Bearbeitungsdienste für eine breite Palette von Branchen und Anwendungen. Mit unserer hochmodernen Ausrüstung und unserem erfahrenen Team liefern wir einwandfreie Präzision und hervorragende Oberflächengüten und stellen sicher, dass Ihr Projekt den höchsten Standards entspricht.

Ob Sie Prototypen entwickeln, Kleinserien produzieren oder Großserien herstellen möchten, BOYI garantiert pünktliche Lieferung und kostengünstige Lösungen. Vertrauen Sie darauf, dass wir Ihre Ideen mit beispielloser Handwerkskunst und Hingabe in die Realität umsetzen. Wählen Sie BOYI für Ihre CNC-Bearbeitung Bedürfnisse und erleben Sie den Unterschied in Qualität und Service!

FAQ

---

Katalog: CNC-Bearbeitungshandbuch