航太與汽車 鈦合金(Titanium Alloy) : 擺線開槽

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  • 加工實際成效
  • 用途與產業應用
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鈦合金擺線開槽加工:加工痛點

鈦合金(以常見的 Ti-6Al-4V為例)的硬度大約為 41 HRC。雖然相較於傳統金屬,鈦合金的硬度在硬鋼類材料中並不算特別高(例如部分工具鋼或碳化鎢鎢鋼的硬度會更高)。
但它之所以被歸類為極難加工的「難切削材」,主要是因為它同時具備了以下幾項物理特性:

 

  • 低導熱性

    加工時產生的切削熱極難透過切屑排出,高熱全積聚在刀刃上,容易導致刀具在高溫下軟化、磨損。

  • 高延展性與加工硬化

    材料在高溫下具有良好的塑性與高溫變形性能,切削時容易產生黏著磨耗(Adhesive Wear),導致切屑反覆沾黏刀具。

  • 高強度與高韌性

    這使得切屑不易斷裂,若使用長懸伸刀具加工深槽,易引發嚴重的振刀與纏屑問題。


在進行鈦合金深槽加工時,首要面臨的挑戰是刀具懸伸量高達 60mm,這在加工過程中極易產生振刀問題 。長懸伸狀態下的微小震動,會直接影響最終工件的表面品質。

此外,針對深開槽的擺線加工,傳統工法(無超音波輔助)難以讓切削液順利流入加工區進行冷卻 。無法有效排除的切削熱,極易導致刀具塗層出現氧化變色的異常磨損(寬度達 0.2mm) ,進而嚴重縮短刀具的使用壽命。
 


☑️鈦合金擺線開槽加工參數資訊

材料

鈦合金(Titanium Alloy)

特徵

擺線開槽 (槽長35mm;槽寬8mm;槽深5mm)

超音波刀把

HBT30-R02-06

選用刀具

Union CNRS 4060-05-16 4刃圓鼻銑刀 (Φ6 x L60mm) R0.5

加工參數

S: 1,760rpm_F: 208mm/min_超音波功率:100% / Pitch: 0.23mm_軸向切深 Ap: 5mm (單擺線)


【漢鼎超音波】鈦合金擺線開槽加工:加工成果


鈦合金擺線開槽加工:工件品質Up↑

導入漢鼎超音波模組輔助後,高頻率的微振動能幫助降低切削阻力,有效抑制長懸伸帶來的振刀現象 。加工後的表面紋路均勻,且完美貼合真實的擺線加工路徑 。 實際觀測數據顯示,無超音波狀態下的表面粗糙度 (Sa) 為 0.328 μm ,而在漢鼎超音波的輔助下,表面粗糙度 (Sa) 降至 0.121 μm ,表面細緻度大幅躍升了 2.7倍


圖1. 表面粗糙度有無超音波比較


鈦合金擺線開槽加工:刀具壽命Up↑

超音波的高頻率微振動除了降低阻力,在微振動產生「間歇性提刀」的瞬間,能讓切削液更容易流入深槽加工區,大幅提升冷卻效果 。這成功避免了傳統無超音波加工時,因切削熱導致的刀具塗層氧化變色狀況 ,有效降低刀具磨耗,延長使用壽命 。

圖2. 刀具表面度有無超音波比較


鈦合金擺線開槽加工:加工效率Up↑

綜合上述震動抑制與冷卻提升的優勢,使用漢鼎超音波技術,在「粗加工」的加工條件下,即可直接達成「精加工」的表面品質 。這意味著能夠實現工序整合,省去額外的精加工時間,為整體製程效率帶來顯著的提升 。


圖3. 擺線開槽加工有無超音波比較


🕜 加工效率 - 以粗加工的參數條件即完成精加工的表面品質,實現工序整合
📈 工件品質 - 降低切削阻力並有效抑制振刀,表面細緻度提升 2.7倍!
⚙️ 刀具壽命 - 間歇性提刀使切削液易流入,有效降低切削熱與刀具磨耗


鈦合金(Ti-6Al-4V)的產業應用

鈦合金擺線開槽特徵經常應用在航太與國防工業、生醫醫療器材產業以及高端3C電子產業,特別是航太工業的飛機機身隔框、起落架支架、發動機葉片槽與機匣;生醫醫療器材產業的鈦合金骨板、骨釘、人工關節與髖骨假體;以及高端3C電子產業的智慧型手機中框與高階智慧手錶錶框。

鈦合金相較其他金屬合金,硬度並不高。鈦合金的組織穩定材料質輕密度小強度高,具備良好的韌性塑性以及高溫變形(machining distortion at high temperature)的性能,這樣的特性使其被廣泛應用在許多產業中。

其中,除了無毒的特性之外,鈦合金是目前已知生物相容性最好的金屬之一,因此被視為現今最佳的金屬生醫材料,應用產品如骨板、骨釘、人工關節等。鈦合金也具有防指紋、防汙的特性,非常適合作為智慧型手機機殼以及智慧型穿戴裝置之裱框。另外,鈦合金的高強度與耐熱等特性,也讓它成為電動車Tesla Model S底盤結構的材料,防止電池因路面顛簸而受損。

 
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