3C 티타늄 합금 구조 부품 가공: CNC, 금속 사출 성형 및 첨가 경로

컴퓨터, 통신 및 가전제품을 의미하는 3C 부문은 티타늄 합금 구조 부품의 주요 소비자가 되었습니다. 하우징, 중간-프레임, 힌지 구성 요소 및 카메라 주변은 이제 일반적으로 Ti{7}}6Al-4V로 지정됩니다. 이 합금은 중국 시스템에서 TC4로 지정되고 국제적으로 5등급으로 지정됩니다. 이 합금은 높은 중량 대비 강도 비율, 따뜻한 양극 산화 마감 처리 및 지문 표시에 강한 표면을 제공하기 때문입니다. 제조 문제는 티타늄이 기계 공장에서 가장 덜 협력적인 금속 중 하나라는 것입니다.

티타늄이 가공에 저항하는 이유

세 가지 속성이 기계공에게 불리하게 작용합니다. 열 전도성은 Ti-6Al-4V의 경우 미터당 약 7와트(켈빈)로 강철의 약 4분의 1에 해당하므로 절단 열이 칩으로 빠져나가지 못하고 팁 온도가 섭씨 1000도를 초과할 수 있는 공구 가장자리에 집중됩니다. 탄성 계수는 ​​약 114GPa로 얇은 벽이 절삭력을 받으면 공구에서 휘어지고 스프링백된 다음 크기보다 작게 절단될 만큼 충분히 낮습니다. 그리고 재료 작업이 경화되므로 무딘 인서트를 사용한 마찰 패스는 다음 패스를 파괴하는 경화된 층을 생성합니다. 화학적 반응성은 네 번째 문제를 추가합니다. 티타늄은 고온에서 공구 재료에 용접되는 경향이 있어 구성인선과 치핑이 발생합니다.

CNC 가공: 실제로 작동하는 매개변수

CNC 밀링은 가장 엄격한 공차와 최상의 표면 마감을 제공하기 때문에 3C 구조 부품의 주요 경로로 남아 있습니다. Ti-6Al-4V의 비코팅 또는 알루미늄-티타늄-질화물 코팅 초경에 대한 실제 매개변수는 분당 40~80m의 절삭 속도, 0.05~0.15mm의 날당 이송, 높은 축 깊이로 낮게 유지되는 반경 방향 맞물림입니다. 이는 플루트 전체에 마모를 분산시키고 열 집중을 제한하는 전략입니다. 클라임 밀링이 표준입니다. 70bar 이상의 압력에서 공구를 통해 전달되는 고압 절삭유는 칩을 파괴하고 접촉 영역에서 열을 제거하기 때문에 모서리 파손에 대한 가장 효과적인 조치입니다.

대량 부품용 금속 사출 성형

금속 사출 성형은 플라스틱 성형의 자유로운 형태와 금속 특성을 결합합니다. 공급원료는 일반적으로 25마이크로미터 미만의 미세한 티타늄 또는 티타늄 합금 분말과 폴리머 바인더를 40~50% 부피 비율로 혼합한 혼합물입니다. 부품이 성형되고 바인더가 화학적으로 또는 열적으로 제거된 다음 진공 또는 고순도 아르곤에서 섭씨 1200~1350도에서 소결됩니다.- 이론치의 99% 이상의 소결 밀도를 달성할 수 있어 가공 재료에 가까운 인장 특성을 제공합니다. 제약은 경제적입니다. 툴링 비용으로 인해 경로가 수만 개의 볼륨에서만 실행 가능하고 프로세스가 가공된 인터페이스의 치수 정밀도와 일치할 수 없으므로 중요한 결합 표면의 크기는 일반적으로 2차 가공 작업에 의해 결정됩니다.

적층 제조 및 하이브리드 워크플로우

레이저 분말층 융합은 200~400와트 범위의 레이저 출력으로 30~60마이크로미터 층을 증착하여 감산 공정으로 생성할 수 없는 내부 채널과 격자 충전재를 사용하여 거의{4}}순 모양을 만듭니다. 빌드는 응력이 완화되고 사양에 따라 요구되는 경우 열간 등방압 압축을 통해 잔류 다공성을 닫습니다. ASTM F2924는 Ti-6Al-4V의 분말층 융합을 관리하고 ASTM F3001은 초저간극 변형을 다룹니다.- 3C 작업 경로의 실질적인 약점은 표면 마감입니다. 완성된 표면은 Ra 8~15마이크로미터에 위치하며 지지대 제거와 마무리가 필요하므로 제작 자체보다 더 많은 비용이 소요될 수 있습니다. 일반적인 생산 대답은 하이브리드입니다. 첨가제를 사용하여 거친 형상을 만들고 CNC를 사용하여 가시적인 면과 정밀한 인터페이스를 구축합니다.

표면 마감, 양극 처리 및 치수 제어

양극 산화 처리는 티타늄을 제품 디자이너에게 매력적으로 보이게 하며 마감은 가공 품질과 긴밀하게 상호 작용합니다. 오염되거나 번진 표면은 양극 산화 처리가 고르지 않고 색상 변화로 결함을 나타내므로 최종 가공 패스에서는 깨끗하고 응력이 없는 층을 남겨야 합니다. 일반적인 방법은 양극 산화 처리 전 가벼운 화학적 에칭 또는 기계적 광택 처리를 한 후 참조 패널에서 색상을 확인하는 것입니다. 얇은 벽 부품의 치수 제어에는-공정 중 프로빙이 필요하며 때로는 진공 고정 장치도 필요합니다. 클램핑 힘만으로는 0.5mm 벽이 허용 오차 이상으로 왜곡될 수 있기 때문입니다. 가공 후 변형은 응력-제거 스톡, 대칭 재료 제거 및 형상이 허용하는 경우 중간 어닐링을 통해 관리됩니다.

자주 묻는 질문

Q:더 높은 절삭 속도로 티타늄 부품을 더 빠르게 가공하면 어떨까요?
A: Ti-6Al-4V에서 분당 약 80미터를 초과하면 공구 가장자리 온도가 공구 재료가 허용할 수 있는 것보다 빠르게 상승하고 치핑이나 소성 변형으로 인해 인서트가 파손됩니다. 생산성은 표면 속도보다는 더 높은 날당 이송, 더 깊은 축 방향 절삭 및 더 나은 절삭유 공급에서 비롯됩니다.

Q:금속 사출 성형이 구조용 하우징에 충분히 강합니까?
A: 이론치의 99%를 넘는 소결 밀도에서 인장 강도는 단조 값에 가까워지고 재료는 동일한 합금 구성에 대해 인증됩니다. 제한 요소는 형상입니다. MIM은 작고 두툼하며 둥근 부품에 적합하고 길고 얇은 벽이나 날카로운 내부 모서리를 쉽게 생성할 수 없기 때문입니다.

Q:밀링 중에 얇은 벽의 처짐은 어떻게 제어되나요?{0}}
A: 방사상 맞물림을 줄이고, 왁스 또는 저융점 고정물로 작업을 지지하고, 가변 나선 도구를 사용하여 채터 공명을 끊고, 대칭 패스를 취하여 잔류 응력장이 균형을 유지합니다. 패스 간 프로빙은 마무리 절단 전에 편차를 포착합니다.

Q:적층 제조에 사용되는 티타늄 분말에 사양이 필요합니까?
답: 그렇습니다. 분말 화학, 입자 크기 분포 및 격자간 함량은 완성된 부품의 특성을 결정하며 ASTM F2924 및 ASTM F3001은 각각 생성된 Ti-6Al-4V 및 Ti-6Al-4V ELI 구성 요소에 대한 요구 사항을 설정합니다. 분말 재사용 정책은 생산 전에 합의되어야 합니다.

Q:아노다이징 후 변색의 원인은 무엇입니까?
A: 불균일한 산화물 성장은 일반적으로 표면 오염, 잔여 가공 얼룩 또는 일관되지 않은 에칭으로 추적 가능합니다. 산화티타늄 색상은 필름 두께에 따라 달라지므로 표면 준비 단계의 국지적 변화는 사후 수정이 어려운 색상 이동으로 나타납니다.

Q:대량 생산 시 단가가 가장 낮은 경로는 무엇입니까?
A: 연간 약 20 000개 이상의 소형 부품의 경우 금속 사출 성형이 일반적으로 가장 저렴한 방법입니다. 긴밀한 인터페이스를 갖춘 대형 하우징의 경우 과도한 재료 제거 없이는 가공할 수 없는 형상을 위해 예약된 첨가제와 함께 CNC가 기본으로 유지됩니다.