자동차, 항공우주 및 산업 부품을 위한 티타늄 가공 방법

티타늄은 1791년에 처음 발견되었지만 1948년 미국 정부가 항공, 항공 우주 및 방위 산업에 사용하기 위한 티타늄 연구에 자금을 지원하기 시작할 때까지 티타늄의 산업적 잠재력을 깨닫기 시작했습니다. 티타늄은 풍부한 광물이지만 티타늄 광석을 순수한 티타늄 또는 그 합금으로 변환하는 과정은 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 기계 가공 및 제조 공정에 사용되는 다른 일반 금속에 비해 새로운 티타늄 및 그 합금에 대해 프리미엄을 지불하게 됩니다.

독특한 속성 조합을 제공하는 티타늄 

티타늄은 무게 대 강도 비율로 유명합니다. 강철보다 45% 가볍지만 강하고 알루미늄보다 60% 무겁고 2배 강합니다. 티타늄은 고주기 피로 강도와 매우 높은 융점(3,034°F 또는 1,668°C)으로 인해 극한의 온도를 견딜 수 있으며 낮은 열팽창 계수로 인해 극한 온도 환경에서도 치수 변화가 최소화됩니다. 내식성으로 인해 많은 응용 분야에서 알루미늄 및 강철보다 선호되며 생체 적합성 및 비자성 때문에 의료 산업에서 자주 활용됩니다.

이 속성 조합은 상업적으로 순수한 티타늄과 그 합금을 자동차, 항공 우주, 산업, 해양, 의료 및 레크리에이션 장비의 구성 요소로 변환할 때 몇 가지 문제를 제시합니다. 티타늄은 가공이 가능합니까? 예, 하지만 그 속성이 가공 기술에 어떤 영향을 미치는지 이해해야 합니다.

티타늄은 가공이 가능합니까? 예, 하지만 다음 요소를 고려하십시오.

티타늄은 가공이 가능하지만 가공 공정과 관련하여 특별한 고려 사항이 필요합니다. 티타늄의 고유한 특성 때문에 다음과 같은 이유로 티타늄을 가공할 때 주의해야 합니다.

• 낮은 열전도율 절삭 공구에 과도한 열이 축적되어 마감 품질에 영향을 미치고 공구 수명이 단축될 수 있습니다.
• 작업 강화 경향 합금 점착성은 공구를 얽히게 하는 길고 연속적인 칩을 생성할 수 있습니다.
• 낮은 영률 채터링 및 스프링백 현상을 일으켜 표면 품질이 저하될 수 있습니다.

숙련된 티타늄 기계공은 적절한 설정, 올바른 도구, 절삭 속도 및 이송 균형, 밀링 기술을 사용하여 이러한 문제를 해결합니다.

티타늄 조절식 산악 자전거 드롭아웃(이미지 제공:Paragon Machine Works)

도구 선택 및 사용

적절한 도구 선택과 관리는 고품질 마감 처리로 정확한 치수의 구성 요소를 생산하는 데 기본입니다. 다음 권장 사항을 준수하여 이를 달성할 수 있습니다. 

• 날카로운 도구 모서리를 유지하십시오. 무딘 도구는 더 많은 열 축적을 유발하고 찢어짐을 유발하며 표면 조도가 좋지 않습니다.
• 물리적 기상 증착(PVD) 코팅이 된 카바이드 등급 도구를 사용하십시오. 이 코팅은 합금 점착성을 방지하고 긴 칩을 효율적으로 분해합니다.
• 고속 강철 또는 티타늄 알루미늄 질화물 코팅 초경 공구 사용 . 이는 절단 중 발생하는 고온을 관리하고 합금 "끈적임"을 방지하고 긴 칩을 분해하는 데 도움이 되는 일부 응용 분야에 최적일 수 있습니다.
• 미세 피치 또는 옥수수 속대 도구 사용을 고려하십시오. 공구 형상, 이 경우 절삭날 수가 증가하면 제거율이 향상됩니다.

티타늄의 경도는 공구 떨림을 유발하여 표면 조도를 손상시킬 수 있습니다. 티타늄 공작물과 견고한 기계 설정을 단단히 잡아서 이를 방지할 수 있습니다.

높은 이송 속도

전반적으로 필요한 마감 품질을 생성할 수 있는 가장 높은 이송 속도를 유지하기를 원할 것입니다. 공구 제조업체 권장 사항, 스핀들 속도 및 칩 부하가 최적의 이송 속도를 계산할 때 고려됩니다. 공구가 절단을 시작하면 중단을 피하십시오. 작업 경화, 고착 및 조기 공구 마모를 방지하기 위해 공구를 계속 움직이십시오.

낮은 절단 속도

절삭 속도는 공구의 열 축적에 영향을 줍니다. 더 큰 칩 부하와 일치하는 낮은 RPM(분당 회전 수)은 공구 온도를 조절하는 데 도움이 될 수 있습니다. 상업적으로 순수한 티타늄은 티타늄 합금보다 더 높은 속도를 견딥니다. 기술은 절단 속도에도 영향을 미칩니다. 예를 들어, 완전한 슬로팅(180도 도구 맞물림)에는 낮은 표면 속도가 필요합니다. 그러나 반경 방향 맞물림을 줄임으로써 절삭날이 열을 발생시키는 시간을 줄이고 냉각 시간을 늘릴 수도 있습니다. 결과적으로 반경 방향 맞물림이 적어 절삭 속도를 높이고 허용 가능한 공구 온도를 유지할 수 있습니다.

냉각수가 중요합니다

티타늄 가공과 관련된 열 문제를 고려할 때 냉각수는 원하는 마감을 생성하는 데 매우 중요합니다. 다양한 수용성 절삭유를 사용하여 온도를 관리하고, 칩을 제거하고, 공구 모서리를 보호하고, 수명을 연장할 수 있습니다. 효율적인 칩 제거를 위해서는 고압 절삭유 공급이 필요합니다. 일부 밀링 작업에서는 스핀들을 통해 절삭유를 절삭날에 직접 전달하는 공구를 사용할 수 있습니다.

티타늄 가공 비용 절감 

강철 및 알루미늄과 같은 일반적인 금속을 가공하는 것과 비교할 때 티타늄의 고유한 특성은 요구되는 마무리를 달성하기 위해 밀링 도구와 금속 간의 상호 작용에 대한 훨씬 더 높은 수준의 기술과 지식을 요구합니다. 티타늄을 가공하는 데 필요한 추가 시간과 주의는 티타늄 및 그 합금의 이미 더 높은 비용을 추가합니다.

새로운 티타늄 비용에 대한 대안으로 많은 기계 공장에서 생산 공정에서 검증된 티타늄 잔재를 사용하고 있습니다. Industrial Metal Service는 사용 가능한 티타늄 잔재물을 샌프란시스코 베이 지역과 그 너머의 기계 공장에 공급하는 것을 전문으로 합니다. 잔여물은 티타늄 등급을 보장하기 위해 X선 형광 기술을 사용하여 검증됩니다. 또한 티타늄 잔재를 크기에 맞게 절단하여 가공 프로세스를 즉시 시작할 수 있도록 할 수도 있습니다. 우리는 샌프란시스코 베이 지역 전체에 정기적이고 안정적인 배송을 제공하며 종종 지역 금속 공급업체가 없는 전국의 기계 공장에 티타늄을 배송합니다.