Bend Titanium: Ein umfassender Leitfaden

Titanmetall wird aufgrund seiner hervorragenden Festigkeit, geringen Dichte und hervorragenden Korrosionsbeständigkeit häufig in der Luft- und Raumfahrt, Medizin, Chemie und anderen Bereichen verwendet. Das Biegen ist eines der gebräuchlichsten Umformverfahren in der Titanmetallverarbeitung.

Durch das Biegen können Titanwerkstoffe in verschiedene komplexe Formen verarbeitet werden, um den Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsbereiche gerecht zu werden.

Erfahren Sie mehr über Biegearten

Zu den Verarbeitungsverfahren zum Biegen von Titanlegierungen gehören hauptsächlich das Kaltbiegen und das Warmbiegen.

Kaltbiegen von Titan

Kaltbiegen ist das Verfahren des Biegens von Titanlegierungen bei Raumtemperatur, das für dünnwandige Werkstoffe mit hoher Präzision und guter Oberflächenqualität geeignet ist.

Gängige Methoden: CNC-Biegen, Pressbiegen, Rollbiegen.

Application & limitations: Ideal for thin-walled titanium alloys but requires careful springback control due to low elastic modulus. Poor ductility may cause fractures with small bending radii.

Schlüsselfaktoren: Biegeradius, Winkel, Dicke und Rückfederung. Die richtige Parameterauswahl und das Glühen helfen, Brüche zu vermeiden und Defekte zu reduzieren.

Warmbiegen von Titan

Beim Warmbiegen werden Titanlegierungen erhitzt, um die Plastizität zu verbessern, Spannungen zu reduzieren und die Umformbarkeit zu verbessern.

Gängige Methoden: Rotationsbiegen, hydraulisches Biegen.

Necessity & advantages: Titanium alloys have poor plasticity at room temperature. Hot bending improves plasticity, lowers stress, reduces cracking and wrinkling risks, and enables smaller bending radii for complex shapes.

Der Prozess des Warmbiegens umfasst:

Heizmethode: Zu den gängigen Heizmethoden gehören die Ofenheizung und die hochfrequente Induktionserwärmung. Durch die hochfrequente Induktionserwärmung kann eine lokale Erwärmung erreicht und der Energieverbrauch gesenkt werden.

Temperaturregelung: Der Temperaturbereich der thermischen Verformung von Titanlegierungen ist eng und die Heiztemperatur muss genau geregelt werden. In der Regel zwischen 700°C und 900°C.

Isolationszeit: Nach dem Erhitzen muss eine bestimmte Isolationszeit eingehalten werden, um eine gleichmäßige Erwärmung des Materials zu gewährleisten. Eine zu lange Isolationszeit kann zu groben Körnern führen und die Materialeigenschaften beeinträchtigen.

Abkühlung und Nachbearbeitung nach dem Warmbiegen: Die Abkühlmethode nach dem Warmbiegen hat einen wichtigen Einfluss auf die Materialeigenschaften. In der Regel wird eine Luftkühlung oder Wasserkühlung verwendet, wobei das spezifische Verfahren entsprechend den Material- und Prozessanforderungen festgelegt wird. Darüber hinaus kann nach dem Warmbiegen ein Spannungsarmglühen erforderlich sein, um innere Spannungen zu beseitigen und die Materialeigenschaften zu verbessern.

Vorbereitung vor dem Biegen

Materialeigenschaften verstehen

Verschiedene Sorten von Titanlegierungen haben ihre eigenen Eigenschaften, die sich auf ihre Biegeleistung auswirken.

Titan Grad 2: Industrielles reines Titan, hat eine hohe Duktilität und lässt sich leicht biegen.

Titanlegierung Grad 5: Ti-6Al-4V hat eine höhere Festigkeit, aber eine geringere Duktilität und erfordert besondere Aufmerksamkeit beim Biegen.

Das Verständnis der Eigenschaften der verwendeten Titanlegierung hilft bei der Auswahl der geeigneten Verarbeitungsmethode und der geeigneten Parameter.

Oberflächeninspektion und -reinigung

Titanlegierungen sind empfindlich gegenüber Oberflächenfehlern, die zu Rissen oder Materialversagen führen können.

Inspektion: Untersuchen Sie die Oberfläche des Materials sorgfältig, um sicherzustellen, dass keine Kratzer, Kerben oder andere Defekte vorhanden sind.

Reinigung: Verwenden Sie ein halogenfreies Lösungsmittel wie Isopropylalkohol oder Aceton, um Öl, Schmutz oder Fett zu entfernen. Tragen Sie nach der Reinigung saubere Baumwollhandschuhe, wenn Sie mit Titanlegierungen umgehen, um eine erneute Kontamination zu vermeiden.

Eine gründliche Reinigung hilft, eine Kontamination des Materials während des Biegeprozesses zu vermeiden und die Verarbeitungsqualität zu sichern.

Geräteauswahl und -einrichtung

Verwenden Sie die richtigen Werkzeuge und Geräte und stellen Sie sie richtig ein, um präzise Biegungen zu erzielen.

Befestigung: Verwenden Sie Klemmen oder Schraubstöcke, um das Titan zu sichern, um ein Verrutschen während der Biegung zu verhindern.

Werkzeuge: Wählen Sie das richtige Biegewerkzeug, z. B. eine Achspresse oder eine Abkantpresse, und stellen Sie sicher, dass es richtig eingestellt ist.

Erhitzen: Verwenden Sie bei Bedarf ein Heizwerkzeug, z. B. einen Propanbrenner oder eine Induktionsheizung, um das Titan gleichmäßig zu erhitzen und so das Risiko von Rissen zu verringern.

Die richtige Einrichtung und der richtige Betrieb der Ausrüstung können dazu beitragen, die Biegegenauigkeit zu verbessern und Fehler zu reduzieren.

Bestimmen des Biegeradius

Titanlegierungen haben eine geringe Dehnung, daher ist die Wahl des Biegeradius entscheidend.

Radiusauswahl: Ein größerer Biegeradius hilft, Risse oder Verformungen zu vermeiden. Der spezifische Radius hängt von der Dicke und Art der Titanlegierung ab.

Stellen Sie sicher, dass die Biegegeometrie den Anforderungen entspricht, insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Präzision erfordern.

Simulation, Prüfung und Kalibrierung

Vor dem eigentlichen Biegen werden simulierte Versuche an Schrott der gleichen Titanlegierung durchgeführt, um die Prozessparameter zu optimieren.

Prüfung: Bewerten Sie das Verhalten des Materials unter Druck oder Hitze, um das Phänomen der "Rückfederung" zu identifizieren.

Einstellung: Passen Sie basierend auf den Testergebnissen die Geräteeinstellungen an, um die Rückfederung zu kompensieren und sicherzustellen, dass die letzte Biegung den gewünschten Winkel erreicht.

Wählen Sie verschiedene Biegemethoden

Dreh-Zug-Biegen

Das Rotationsbiegen ist eine Methode zur präzisen Steuerung des Biegeradius und -winkels durch Drehen der Matrize und des Dorns, die für das hochpräzise Biegen von Rohren aus Titanlegierungen geeignet ist.

Vorteile: Es kann hochpräzises Biegen erzielen und eignet sich für die Bearbeitung komplexer Formen.

Anwendbare Produkte: Wird hauptsächlich zum Biegen von dünnwandigen Rohren aus Titanlegierungen verwendet.

CNC-Biegen

Beim CNC-Biegen wird CNC-Technologie verwendet, um eine automatisierte Steuerung zu erreichen und die Biegegenauigkeit und -konsistenz zu gewährleisten. Es eignet sich für komplexe Formen und Kleinserienproduktion, um eine automatisierte Steuerung zu erreichen und Biegegenauigkeit und -konsistenz zu gewährleisten.

Vorteile: hohe Präzision, hohe Effizienz, geeignet für komplexe Formen und Kleinserienproduktion.

Anwendbare Produkte: geeignet für die Biegebearbeitung von Titanlegierungsplatten, dünnwandigen Rohren usw.

Hydraulisches Biegen

Das hydraulische Biegen wird von einem Hydrauliksystem angetrieben und eignet sich zum Biegen von großformatigen und dickwandigen Materialien.

Vorteile: Kann dickere Titanlegierungsmaterialien verarbeiten und ist für die Massenproduktion geeignet.

Anwendbare Produkte: Wird hauptsächlich zum Biegen von Titanlegierungsplatten und dickwandigen Rohren verwendet.

Walzen-Biegen

Das Walzenbiegen realisiert das kontinuierliche Biegen von Blechen aus Titanlegierungen durch die Drehung von Walzen und eignet sich für die Biegebearbeitung mit großen Radien.

Vorteile: Geeignet für das Biegen mit großen Radien und kann kontinuierlich lange Werkstücke bearbeiten.

Anwendbare Produkte: Geeignet für dünnwandige Platten aus Titanlegierungen.

Biegen der Abkantpresse

Unter Verwendung der oberen und unteren Formen der Biegemaschine wird das Biegen von Blechen aus Titanlegierungen durch Druck erreicht, was für die Produktion von kleinen und mittleren Serien geeignet ist.

Vorteile: Geeignet für die Produktion kleiner und mittlerer Serien und kann hochpräzises Biegen erzielen.

Anwendbare Produkte: Wird hauptsächlich für die Biegebearbeitung von Titanlegierungsplatten verwendet.

Vorsichtsmaßnahmen zum Biegen von Titan

Rückfederungssteuerung: Die Titanlegierung hat einen großen Elastizitätsmodul und neigt nach dem Biegen zur Rückfederung. Es ist notwendig, vor dem Biegen eine angemessene Rückfederung zu reservieren, um die Maßgenauigkeit des Endprodukts zu gewährleisten.

Temperaturregelung: Beim Warmbiegen nimmt die Plastizität der Titanlegierung mit zunehmender Temperatur zu. Eine zu hohe Temperatur kann jedoch dazu führen, dass der Oxidfilm beschädigt wird und die Materialeigenschaften beeinträchtigt werden. Daher ist es notwendig, die Heiztemperatur und -zeit genau zu steuern.

Schmierung und Kühlung: Während des Biegeprozesses kann die richtige Schmierung die Reibung verringern, den Werkzeugverschleiß verringern und die Oberflächenqualität verbessern. Beim Warmbiegen muss auch die Abkühlgeschwindigkeit gesteuert werden, um innere Spannungen zu vermeiden.

Nachbearbeitung: Nach dem Biegen kann ein Spannungsarmglühen erforderlich sein, um innere Spannungen zu beseitigen und die Materialeigenschaften zu verbessern. Darüber hinaus muss die Oberfläche möglicherweise gereinigt und poliert werden, um die Oxidschicht zu entfernen und die Oberflächenqualität zu verbessern.

Häufige Probleme im Biegeprozess

Rissbildung und Ermüdung

Ursache: Titanlegierungen haben eine hohe Festigkeit und eine geringe Duktilität, was leicht zu Rissbildung und Ermüdung führen kann.

Lösung:

• Vermeiden Sie übermäßiges Biegen: Üben Sie konstanten Druck aus, um eine Überschreitung der Materialgrenze zu vermeiden und Risse zu vermeiden.
• Wärmebehandlung vor dem Biegen: Verbessern Sie die Duktilität von Titanlegierungen durch Glühbehandlung und verringern Sie das Risiko von Rissbildung.
• Oberflächeninspektion und -reinigung: Prüfen Sie die Materialoberfläche vor dem Biegen gründlich, um Defekte und Verunreinigungen zu entfernen.
• Inspektion nach dem Biegen: Verwenden Sie zerstörungsfreie Prüfmethoden, wie z. B. die Farbeindringprüfung, um nach dem Biegen auf Risse zu prüfen.

Rückprall

Ursache: Titanlegierungen neigen dazu, nach dem Biegen in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, d.h. zurückzufedern.

Lösung:

• Überbiegung: Mäßige Überbiegung, um die Rückfederung auszugleichen.
• Heizungssteuerung: Halten Sie eine gleichmäßige Heiztemperatur aufrecht, um die Rückfederung zu reduzieren.
• Spannungsarmglühen: Das Spannungsarmglühen wird nach dem Biegen durchgeführt, um Eigenspannungen zu reduzieren und die Rückfederung zu reduzieren.

Oberflächenschäden und Verschleiß

Ursache: Reibung zwischen Titan und Biegewerkzeugen kann zu Oberflächenschäden führen.

Lösung:

• Schmierung: Verwenden Sie ein mit Titan kompatibles Schmiermittel, wie z. B. Molybdändisulfid, um die Reibung zu verringern.
• Werkzeugauswahl: Verwenden Sie glatte, gut gepflegte Werkzeuge, um Kratzer durch raue oder scharfe Werkzeuge zu vermeiden.

Ungenaues Biegen

Ursache: Mangelnde präzise Kontrolle während des Biegevorgangs, was zu ungenauen Biegungen führt.

Lösung:

• Werkzeugkalibrierung: Stellen Sie sicher, dass alle Biegewerkzeuge und -maschinen ordnungsgemäß kalibriert sind, indem Sie digitale Steuerungen und Messgeräte verwenden, um die Genauigkeit zu erhöhen.
• Dummy-Tests: Führen Sie Scheintests mit Schrott durch, um die Einstellungen zu verfeinern und den richtigen Biegewinkel zu bestimmen.
• Kontinuierlicher Druck: Üben Sie während des gesamten Biegevorgangs gleichmäßigen Druck aus, um plötzliche oder ungleichmäßige Kräfte zu vermeiden, die zu ungenauen Biegungen führen können.

Probleme mit der Erwärmung

Ursache: Unsachgemäßes Erhitzen kann zu Oxidation, Versprödung und ungleichmäßiger Biegung führen.

Lösung:

• Temperaturüberwachung: Verwenden Sie einen Thermomalkreide oder ein Infrarot-Thermometer, um die Temperatur der Titanlegierung zu überwachen und eine Überhitzung zu vermeiden.
• Gleichmäßige Erwärmung: Erhitzen Sie die Titanlegierung gleichmäßig im Biegebereich, um Verformungen und ungleichmäßige Biegungen zu vermeiden.
• Kühlsteuerung: Lassen Sie die Titanlegierung nach dem Biegen allmählich abkühlen, um Spannungen und Verformungen durch schnelles Abkühlen zu vermeiden.

Häufig gestellte Fragen

Wie biegt man Titan, ohne es zu beschädigen?

Verwenden Sie eine Rohrbiegemaschine oder Dornpresse, tragen Sie Schmiermittel auf, halten Sie die Temperatur zwischen 540 °C und 730 °C und vermeiden Sie eine Überhitzung.

Welche Werkzeuge werden benötigt, um Titan zu biegen?

Propan- oder Autogen-Lötbrenner, Axialpressen, hydraulische Rohrbiegemaschinen, Schraubstöcke, Klemmen.

Welche Heizmethode eignet sich am besten zum Biegen von Titan?

Propan- oder Autogenbrenner erhitzen auf 540 °C bis 730 °C, vermeiden Überhitzung und verwenden Argon, um Oxidation zu verhindern.

Wie erreicht man ein präzises Biegen von Titan?

Verwenden Sie einen speziellen Rohrbieger und Dorn, kontrollieren Sie Druck und Geschwindigkeit und schmieren Sie, um die Reibung zu reduzieren.

Was ist der Unterschied zwischen dem Biegen von dünnem Titan und dem Biegen von dickem Titan?

Unterschied zwischen dem Biegen von dünnem Titan und dickem Titan: Dünnes Titan wird kaltumgeformt, dickes Titan muss warmumgeformt werden und dickes Titan hat eine höhere Steifigkeit.

Wie verhindert man, dass Titan nach dem Biegen zurückspringt?

Überbiegung: Stellen Sie den Biegewinkel auf 87° oder 88° ein, um die Rückfederung auszugleichen.

Erhitzen: Erhitzen Sie das Titan auf eine dunkelrote Farbe, insbesondere bei größeren Biegungen.

Ausrüstung: Verwenden Sie eine Abkantpresse oder einen Drei-Rollen-Bieger, um sicherzustellen, dass das Titan fest sitzt.

Genaue Berechnung: Berechnen und passen Sie den Betrag der Rückfederung während des Biegevorgangs an, um eine präzise Steuerung zu gewährleisten.