Tämän päivän valmistavassa teollisuudessa titaanista ja sen seoksista on tullut peruspilareita ilmailu- ja avaruusteollisuuden, lääketieteen, autoteollisuuden ja ampuma-aseiden sovelluksissa. Tämä suosittu metalli kestää ruostetta ja kemikaaleja, on kierrätettävissä ja erittäin vahva painoonsa nähden. Titaania työstettäessä ja sopivia työkaluja ja parametreja valittaessa on kuitenkin otettava huomioon useita haasteita.
Titaanilajikkeet
Titaania on saatavana monina lajikkeina, mukaan lukien lähes 40 ASTM-luokkaa sekä useita muita seoksia. Luokkia 1-4 pidetään kaupallisesti puhtaana titaanina, jonka murtovetolujuutta koskevat vaatimukset vaihtelevat. Luokka 5 (Ti6Al4V tai Ti 6-4) on yleisin yhdistelmä, johon on seostettu 6 prosenttia alumiinia ja 4 prosenttia vanadiinia. Vaikka titaani ja sen seokset ryhmitellään usein samaan ryhmään, niiden välillä on joitakin keskeisiä eroja, jotka on huomioitava ennen ihanteellisen työstömenetelmän määrittämistä.
Helical Solutionsin HVTI-päätyjyrsin on loistava valinta korkean hyötysuhteen työvälineisiin titaanissa.
Titaanin huolenaiheet
Työstö
Vaikka titaanilla voi olla toivottavampia materiaaliominaisuuksia kuin keskivertoteräksellä, se käyttäytyy myös joustavammin, eikä se useinkaan ole yhtä jäykkä kuin muut metallit. Tämä edellyttää turvallista otetta titaanityökappaleista ja mahdollisimman jäykkää koneen asetusta. Muita näkökohtia ovat keskeytyneiden leikkausten välttäminen ja työkalun pitäminen liikkeessä koko sen ajan, kun se koskettaa työkappaletta. Pysähtyminen porattuun reikään tai työkalun pysäyttäminen profiloidun seinämän viereen aiheuttaa työkalun hankautumisen, mikä synnyttää ylimääräistä lämpöä, kovettaa materiaalia ja aiheuttaa työkalun ennenaikaista kulumista.
Lämmönmuodostus
Lämpö on pelottava vihollinen, ja lämmönmuodostus on otettava huomioon valittaessa kierrosnopeuksia ja syöttöjä. Vaikka kaupallisesti puhtaat titaanilaadut ovat pehmeämpiä ja kumeampia kuin useimmat sen seokset, seosaineiden lisääminen nostaa tyypillisesti titaanin kovuutta. Tämä lisää huolta syntyvästä lämmöstä ja työkalujen kulumisesta. Suuremman lastuamismäärän säilyttäminen ja tarpeettoman hankauksen välttäminen parantavat työkalun suorituskykyä kovemmissa titaaniseoksissa ja minimoivat tuotetun työkarkaisun määrän. Pienemmän kierrosluvun valitseminen yhdessä suuremman lastuamismäärän kanssa voi vähentää lämpötilaa merkittävästi verrattuna suurempiin kierroslukuvaihtoehtoihin. Koska titaanin johtumisominaisuudet ovat alhaiset, lämpötilan pitäminen mahdollisimman alhaisena vähentää työkalun rasitusta ja vähentää kulumista. Korkeapaineisen jäähdytysnesteen käyttö on myös tehokas tapa vähentää lämmöntuottoa titaania työstettäessä.
Nämä nokka-akselin kannet valmistettiin mittatilaustyönä titaanista Mitsubishin Evoja varten.
Photo courtesy of @RebootEng (Instagram)
Galling and Built-Up Edge
Seuraavana esteenä on huomioitava, että titaanilla on voimakas taipumus tarttua kiinni leikkuutyökaluun, jolloin syntyy built up edge. Tämä on hankala ongelma, jota voidaan vähentää käyttämällä runsaasti korkeapaineista jäähdytysnestettä, joka kohdistetaan suoraan leikkauspintaan. Tavoitteena on poistaa lastut mahdollisimman pian, jotta estetään lastujen uudelleenleikkaus, ja pitää urat puhtaina ja puhtaina roskista. Purkautuminen on suuri huolenaihe kaupallisesti puhtaissa titaanilaaduissa niiden ”sitkeän” luonteen vuoksi. Tähän voidaan puuttua aiemmin mainituilla strategioilla, kuten jatkamalla syöttöä koko työstökappaleen kosketuksen ajan ja käyttämällä runsaasti korkeapaineista jäähdytysnestettä.
Titaaniratkaisut
Vaikka ensisijaiset huolenaiheet titaanin ja sen seosten työstössä voivat muuttua, menetelmät niiden vähentämiseksi pysyvät jokseenkin samoina. Tärkeimpiä ajatuksia ovat syöpymisen, lämmöntuoton, työkarkaisun ja työkappaleen tai työkalun taipumisen välttäminen. Käytä paljon jäähdytysnestettä korkealla paineella, pidä nopeudet alhaisina ja syötöt korkeina, pidä työkalu liikkeessä, kun se on kosketuksissa työkappaleen kanssa, ja käytä mahdollisimman jäykkää asetelmaa.
Lisäksi oikean työkalupinnoitteen valinta voi auttaa tekemään työstäsi onnistuneen. Koska titaanin työstöoperaatioissa syntyy paljon lämpöä, lämpötilaa riittävästi käsittelevä pinnoite on avainasemassa suorituskyvyn ylläpitämisessä koko operaation ajan. Oikeanlainen pinnoite auttaa myös välttämään hankautumista ja poistamaan lastut tehokkaasti. Harvey Toolin alumiinititaaninitridin (AlTiN Nano) kaltaiset pinnoitteet tuottavat oksidikerroksen korkeissa lämpötiloissa ja lisäävät työkalun voitelevuutta.
Kun titaanin ja sen monien seosten käyttö lisääntyy jatkuvasti eri teollisuudenaloilla, yhä useammat koneistajat joutuvat leikkaamaan tätä vaikeaa materiaalia. Lämmönhallinta ja asianmukainen lastunpoisto yhdessä oikean pinnoitteen kanssa mahdollistavat kuitenkin onnistuneen ajon.
