Обработка титана на токарном станке

Цель анодирования титана

В процессе анодирования изделие из титана покрывается оксидной пленкой, которая образуется из самого металла в результате электрохимической реакции.

Анодирование изделий из титана также называют анодным оксидированием. Если сравнивать анодирование в условиях промышленного производства с применением специального оборудования и самостоятельное покрытие оксидной пленкой, то, конечно, второй способ несколько уступает качеством результата. Но тем не менее металл, обработанный в домашних условиях, приобретает ряд неоспоримых преимуществ:

1. Оксидная пленка выполняет защитные функции, не позволяя влаге проникнуть к металлической основе изделия. Барьер предотвращает образование коррозии, что продлевает сроки эксплуатации предметов быта из титанового сплава.
2. Анодирование титана укрепляет поверхность изделия и делает его более устойчивым к различным видам внешних повреждений.
3. Металлические изделия после анодного оксидирования частично или полностью теряют способность проводить электрический ток.
4. Посуда с оксидным покрытием выдерживает длительный нагрев, обладает антипригарными свойствами и не выделяет токсичных веществ во время приготовлении пищи.
5. Если изделие из титана прошло оксидную обработку, это не является препятствием к другим видам обработки посредством гальванизации.
6. Регуляция силы тока и составляющих электролитической жидкости позволяют сделать оксидное покрытие не только более прочным, но и красивым. Применение красителей позволит придать изделию привлекательный внешний вид.

Анодирование титана в условиях производства позволяет провести более глубокую обработку деталей, однако даже в домашних условиях можно добиться повышения износостойкости металлических изделий.

Технология и способы анодирования титана

Анодирование титана в домашних условиях. Процесс анодного оксидирования поверхностей титановых сплавов. Преимущества и недостатки процедуры. Способы осуществления оксидного анодирования самостоятельно.

Анодированием металла называют электрохимическую обработку, в результате которой на поверхности объекта обработки образуется оксидная пленка. Барьерное покрытие прекрасно предохраняет изделие из титана от окислов и ржавчин, а также имеет декоративный внешний вид. Процедуру анодирования металлических сплавов можно осуществить самостоятельно, используя подручные средства.

Подбор необходимого инструмента

Требования к обрабатывающему инструменту для титана достаточно высоки и для работы в основном применяются резцы, со сменными головками используемые на станках с ЧПУ. Инструмент в ходе рабочего процесса подвергается изнашиванию: абразивному, адгезийному и диффузному. При диффузном изнашивании происходит взаимное растворение материала режущего инструмента и титановой заготовки. Особо активно эти процессы протекают при температуре 900 — 1200 °С.

Подборка ведется с учетом режима обработки:

• при предварительном процессе используются пластины круглой или квадратной формы (iC 19) изготовленные из специального сплава H 13 A без покрытия;
• при промежуточном процессе, используются пластины круглой формы, изготовленные из сплава H 13 A, GC 1115 с покрытием PDV;
• при основном процессе, используются пластины со шлифовальными режущими кромками изготовленные из сплавов H 13 A, GC 1105 и CD 10.

При процессе воздействия на титановую заготовку с использованием специальных резцов применяются высокоточные токарные станки с ЧПУ и различные режимы обеспечивающие автоматизацию проводимых операций и высокое качество изготавливаемых деталей. Размеры готовой детали должны иметь нулевое или минимальное отклонение от заданных параметров согласно техническому заданию.

https://youtube.com/watch?v=lLTtR1rXJ7g

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Титановые сплавы широко используются в современ­ной технике, поскольку их высокие механические свойства и коррозионная стойкость сочетаются с малым удельным весом. Разработаны сплавы различного состава и свойст­ва, например: технически чистый титан (ВТ1, ВТ2), сплавы систем титан—алюминий (ВТ5), титан—алюми­ний—марганец (ВТ4, ОТ4), титан—алюминий—хром— молибден (ВТЗ) и др. По общей классификации трудно­обрабатываемых материалов титановые сплавы сведены в VII группу (табл. 11.11).

Так же, как нержавеющие и жаропрочные стали и сплавы, титановые сплавы имеют ряд особенностей, обусловливающих их низкую обрабатываемость.

1. Малая пластичность, характеризуемая высоким коэффициентом упрочнения, примерно в два раза большим, чем у жаропрочных материалов . Вместе с тем механические характеристики титановых сплавов по сравнению с жаропрочными меньше. Пониженные пластические свойства титановых сплавов в процессе их деформации способствуют развитию опережающих микро- и макротрещин.

Образуемая стружка по внешнему виду напоминает сливную, имеет трещины, разделяющие ее на очень слабо деформированные элементы, прочно связан­ные тонким и сильно деформированным контактным слоем. Образование такой стружки объясняется тем, что с увеличением скорости пластическая деформация при высоких температуре и давлении протекает в основном в контактном слое, не затрагивая срезаемый слой. Поэтому при высоких скоростях резания образуется не сливная, а элементная стружка.

Углы сдвига при резании титановых сплавов достигают 38. 44°, в этих условиях при скоростях резания, больших 40 м/мин, возможно образование стружки с коэффициен­том укорочения K_l

На сегодняшний день выделяется группа металлов, для которых необходимо создать специальные условия, прежде чем приступить к работе с ними. Обработка титана относится к этой категории работ. Все сложности и особенности процесса связаны с тем, что этот материал характеризуется повышенной твердостью.

Обработка титана в домашних условиях

1.Где искать. Жителям больших городов, безусловно, на барахолках: если у вас нет возможности приобрести этот материал через знакомых или купить тонну-другую у торгующей металлом компании, это лучший выход. Пластину или трубу из титана по виду можно спутать с дюралевой. Но намётаный глаз обычно обычно сразу определяет титан: изделия из него имеют характерный сероватый налёт — это слой окислов; иногда ещё дополняется радужными разводами — как цвета побежалости на стали, только ярче. Это, вобщем, и есть побежалость; о ней я скажу дополнительно.

2.Проверка. Итак, если купленный вами белый металл лёгок, как дюраль, но твёрд — чуть мягче отпущенной нержавейки, хорошо обрабатывается напильником и хорошо сверлится быстрорезом, а главное, при обработке на точиле даёт сноп ярко-белых искр, поздравляю — вы-таки купили титан.

3.Ещё одной характерной особенностью титана является высокая адгезивная способность. Говоря простым языком, этот металл «плывёт», особенно при скоростной обработке. Он сильно липнет к точильному или отрезному кругу, на обрабатываемой детали появляются здоровенные задиры — настоящие сталактиты. Если хототе избежать этого, работайте ножовкой и напильником — на малых скоростях обработки задиры будут существенно меньше.

4.На что годится титан в нашем деле? Естественно, в первую очередь на больстеры и проставки фикседов и накладки-притины для складных ножей (но по складникам ничего не скажу, ибо до сих пор их не делал). Итак, больстер. Отверстие под клинок можно довольно легко сделать при помощи обычной дрели: сверлом по металлу, с последующей обработкой надфилем — или мини-отрезным кругом типа проксоновского. А вот прорубить его при помощи зубила трудновато: это вам не медь и не дюраль! Чтобы зубило вошло в материал, надо предварительно слегка надсверлить титановую пластинку или накернить, сделав несколько глубоких ямок вдоль оси проруба.Титан неплохо шлифуется и полируется, приобретая красивый и благородный оттенок. Обработанный титан по цвету гораздо больше напоминает серебро, чем алюминий и его сплавы. Кроме того, при нагреве на его поверхности образуются яркие и чистые, почти спектральные цвета побежалости, от золотистого до густо-синего — особенно хорошо они видны на полированном металле. Плёнка этих окислов весьма стойкая.

Трудности обработки титана

Принято считать, что титан с трудом поддается эффективной механической обработке. Но это не типично для современных инструментов и методов обработки. Трудности отчасти возникают оттого, что механическая обработка титана — новая область, и в ней не накоплено достаточно опыта. Кроме того, проблемы нередко носят относительный характер — в сравнении с ожиданиями или иным опытом, особенно в тех случаях, когда этот опыт касается обработки таких материалов, как чугун или низколегированные стали, которые предъявляют более низкие требования и прощают больше ошибок. Титан также может представляться трудным в обработке по сравнению с некоторыми сортами нержавеющей стали.

Хотя обработку титана, как правило, приходится выполнять при других скоростях и подачах, а также с соблюдением ряда предосторожностей, по сравнению с иными материалами, он может быть довольно легким в обработке. Если жесткая деталь из титана надежно зажата на станке соответствующей мощности, в хорошем состоянии и оборудованном шпинделем с конусом ISO 50 с коротким вылетом инструмента, проблем не должно возникать — при условии, что правильно выбран режущий инструмент

Но идеальные, стабильные условия не всегда присутствуют при фрезеровании. Кроме того, многие детали из титана имеют сложную форму с мелкими, узкими или большими и глубокими карманами, тонкими стенками и фасками. Для успешной обработки этих форм неизбежно требуется инструмент более длинного исполнения, что может вести к деформации инструмента. Потенциальные проблемы с вибрацией чаще возникают при обработке титана.

Необходимые условия для расчетов режимов резания

Точность радиального и торцевого биения инструментов также имеет большое значение. Например, если пластины неправильно установлены в корпусе фрезы, возможно быстрое повреждение всех режущих кромок. Низкие допуски при изготовлении корпусов фрез или державок, степень их изношенности, наличие дефектов или низкое качество державки или износ шпинделя станка сильнее влияют на стойкость инструмента при обработке титана. Из-за этих факторов наблюдалось снижение стойкости до 80 %.

Хотя в целом предпочтение отдается геометрии с положительным передним углом, инструмент с несколько более отрицательным передним углом способен вести обработку при существенно более высоких подачах, которые могут достигать 0,5 мм на зуб. В этом случае очень важна жесткость станка и надежность закрепления заготовки.

При фрезеровании глубоких карманов полезно использовать инструмент различной длины с помощью адаптеров вместо того, чтобы выполнять всю операцию одним инструментом большой длины.

Минимальная рекомендуемая подача при фрезеровании титана обычно составляет 0,1 мм на зуб. Частоту вращения шпинделя также можно уменьшить с тем, чтобы получить исходную скорость подачи. Неверно выбранная частота вращения шпинделя способна сократить стойкость на 95 % при минимальной подаче на зуб.

Как только стабильные условия обеспечены, частоту вращения шпинделя и подачу можно пропорционально увеличивать для достижения оптимальной эффективности. Еще одно решение — убрать несколько пластин из фрезы или выбрать фрезу с меньшим количеством пластин.

Оксидирование титана. Часть 2

Анодирование это процесс, в котором непосредственно на поверхности металлов образуется покрытие в виде окислов при нагревании, воздействии химических веществ (см. «Оксидирование титана.Часть 1.») или с помощью электричества.

Наиболее распространенным методом формирования оксидного слоя на поверхности титана является процесс оксидирования титана под воздействием электрического тока, при котором титановая деталь помещается в токопроводящий раствор и подключается к аноду. В качестве катода используют пластины из свинца или нержавеющей стали.

Анодное оксидирование титана проводят с целью:

• дополнительной защиты от коррозии;
• повышения адсорбционной способности;
• повышения износостойкости;
• уменьшения задиров;
• улучшения декоративности поверхности.

На производстве оксидирование титана проводится анодной обработкой деталей в растворах серной, щавелевой, фосфорной, хромовой кислот или их смесей, иногда с добавками других компонентов.

Составы растворов для повышения коррозионной стойкости:

Раствор №1:

Серная кислота 50 – 60 г/л

Температура 15 – 25°С, плотность тока 1,0 – 1,5 А/дм2.

Время обработки 50 – 60 мин.

При анодировании титана первые 2 – 6 минут поддерживают заданную плотность тока, напряжение на ванне возрастает до 90 – 110 В, после чего плотность тока падает до 0,2 А/дм2. Дальнейший процесс анодного оксидирования титана проводят без регулировки тока. Процесс ведут при перемешивании электролита. Катоды применяют свинцовые или из стали Х18Н9Т. Пленки получаются бесцветные.

Раствор №2:

Серная кислота 18%-ный раствор

Температура 80ºС, плотность тока 0,5 А/дм2.

Время обработки до 8 часов.

Пленка получается черного цвета. Толщина пленки около 2,5 мкм.

Кроме того, для защиты от коррозии применяют химически стойкие лакокрасочные покрытия, нанесение которых требует применения толстых оксидных пленок (20 – 40 мкм) с повышенными адсорбционными свойствами.

Повышение адсорбционной способности достигается за счет увеличения толщины оксидной пленки до 20 – 40 мкм. Для этого используют электролит из смеси кислот.

Состав электролита для получения толстых пленок, г/л:

Серная кислота H2SO4 350 – 400

Соляная кислота HCl 60 – 65

Электрохимическое оксидирование титана проводят при 40 – 50ºС; плотность тока ступенчато повышают через каждые 2 – 3 мин на 0,5 А/дм2 до напряжения пробоя, после которого устанавливается плотность тока 2 – 4 А/дм2, при которой продолжают электролиз до получения пленки требуемой толщины.

Фрикционные свойства титановых деталей улучшаются, если на их поверхность нанесены оксидные пленки толщиной 0,2 – 0,3 мкм.

Состав электролита для получения тонких пленок:

5%-ый раствор щавелевой кислоты.

Электролиз ведут при 18 – 25°С в течение 60 мин. Анодную плотность тока в начале процесса оксидирования титана устанавливают 1 – 1,5 А/дм2 и поддерживают постоянной в течение 5 – 10 мин, напряжение на ванне за это время повышается до 100 – 120 В. В дальнейшем плотность тока понижается до 0,2 – 0,3 А/дм2. Использование коллоидно-графитовой смазки еще больше повышает износостойкость оксидированной поверхности.

Декоративное анодирование титана и его сплавов позволяет получить различные интерференционно – окрашенные окисные пленки (коричнево-желтые, синие, голубые, различные оттенки желтого цвета, включая розовый, малиновый, а также различны оттенки зеленого цвета). Решающее влияние на цветность пленки оказывает напряжение при анодировании титана и состав сплава (см.«Покрытие титана. Часть 1.»).

Титан: способы обработки

Производственные мощности компании “ТЕХКОМПЛЕКТ” позволяют обрабатывать заготовки диаметром до 1200 мм и длиной до 3 м, предусмотрена резка заготовок на ленточно-пильных станках диаметром до 350 мм. У нас большой опыт работы в данном направлении: мы хорошо знаем механические свойства титана, способы обработки от черновой до чистовой на токарных, токарно-карусельных и фрезерных станках, выполняем работы по обдирке титановых поковок и литьевых заготовок с «коркой». Производство укомплектовано всем необходимым для работы, а персонал компании досконально знает технологию.

Мы имеем опыт в обработке марок титановых сплавов: ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ6, ВТ20, ВТ22, ВТ23, ОТ4, ОТ4-1, ОТ4-0, ВТ25, ВТ14, ВТ15, 2В, 3М, ВТ16, ВТ3-1, ВТ5, ВТ5-1, ПТ3В, СП3В, ПТ7М, ПТ1-М.

Значение нормо-часа — 1000 руб.

Токарная обработка титана

Ввиду малых скоростей при обработке титана наблюдается высокое трение инструмента, что вызывает большое выделение тепла. Так при выборе малых радиусов при вершине режущей пластины этот радиус просто «сгорает», поэтому выбираем радиусы побольше. Контролировать температуру в зоне резания можно скоростью, толщиной стружки и глубиной резания.

Обязательно применение СОЖ, и желательно под высоким давлением. Необходимо точно направить подачу СОЖ в зону резания. Используя СОЖ под давлением (80 бар) можно повысить скорость резания на 20%, стойкость инструмента на 50%, а также улучшить стружкодробление.

Для обработки титановых сплавов не используйте инструменты на основе керамики.

Выбор инструмента для наружной токарной обработки

Предварительная обработка:

— Квадратные пластины с большим радиусом вершины, возможно назначить большую глубину резания.

— Круглые пластины больших размеров.

— Использовать стружколомы для тяжелой обработки, стружколомы снижающие силу резания, стружколомы с улучшенным контролем стружкообразования.

— Используйте твердые сплавы без покрытия.

— Круглые пластины (имеется возможность назначить высокие скорости резания, высокую подачу, присутствует меньший износ, небольшая глубина резания.)

— Использовать сплавы без покрытия, или как вариант PVD-покрытие для обеспечения сочетания прочность-износостойкость.

— Снижать подачу при увеличении глубины.

— Выбирать радиус пластины меньше, чем радиус скругления на детали, так не придется занижать радиус.

— На криволинейных участках снижайте подачу на 50%.

— Трохоидальное точение – первый выбор.

— Если невозможно трохоидальное точение используйте врезание под углом.

— Выбирайте пластины с шлифованными режущими кромками, они повышают стойкость и снижают силы резания.

— Предпочтение имеет острая геометрия, но также учитывайте требование стабильности при выборе геометрии и формы пластины.

— Для тонкостенных деталей выбирайте главный угол в плане Kr=45 градусов и радиус при вершине не более 3хap, острую геометрию с небольшим радиусом округления режущей кромки. Используйте относительно низкую подачу 0,15 мм/об.

— Для жестких деталей выбирайте большой радиус при вершине и большой радиус округления режущей кромки.

— Выбирайте сплав без покрытия, или с PVD-покрытием и острой кромкой для снижения сил резания и повышения скорости резания, или поликристаллический алмаз (PCD) для обеспечения высокой стойкости и скорости резания. По сравнению с твердым сплавом без покрытия PCD может увеличить скорость в 2 раза

Рекомендации при использовании круглых пластин

1. Используйте рекомендацию назначения ap, как на рисунке ниже.

Режимы токарной обработки титана

Для обработки титана характерны малые скорости резания при большой подаче и глубине резания, интенсивное охлаждение.

Предварительная обработка (тяжелая черновая обработка, удаление корки и т.д.): ap=3-10 мм, fn=0.3-0.8 мм, Vc=25 м/мин.

Промежуточная обработка (черновая, получистовая обработка без корки, профильная обработка и т.д.): ap=0.5-4 мм, fn=0.2-0.5 мм, Vc=40-80 м/мин.

Окончательная обработка (получистовая, чистовая обработка, финишная обработка и т.д.): ap=0,25-0,5 мм, fn=0.1-0.4 мм, Vc=80-120 м/мин.

Выбор инструмента для внутреннего растачивания

Предварительная обработка: — Главный угол в плане 90 град, но не менее 75 град. Это снизит отжатие оправки и вибрации. — Используйте твердый сплав без покрытия. — Используйте максимально возможный диаметр оправки и минимальный вылет.

Промежуточная обработка: — Главный угол в плане 93 град, угол при вершине 55 град. — Стружколом обеспечивающий низкие силы резания. — Твердый сплав без покрытия. — Максимально возможный диаметр оправки, минимальный вылет — При необходимости антивибрационный инструмент.

Окончательная обработка: — Позитивные пластины с задним углом и острая геометрия для снижения сил резания и меньшего отжатия инструмента. — Шлифованная пластина, угол при вершине 55 град, главный угол в плане 93 град — Твердый сплав без покрытия. — Максимально возможный диаметр оправки, минимальный вылет — При необходимости антивибрационный инструмент.

Далее мы рассмотрим фрезерование титана, выделим основные приемы для преодоления всех сложностей обработки титана уже на фрезерных станках.

Когда речь заходит о улучшении характеристик обработки титана, то необходимо контролировать температуру, силу шпиндельных соединений и необходимость максимизировать динамическую жесткость системы СПИД.

Металлообработка в Санкт-Петербурге

Мы предоставляем полный комплекс услуг по обработке заготовок, изготовлению образцов и изделий из титановых сплавов. Наши заказчики — предприятия СПб и региона, которые работают в пищевой, медицинской, автомобильной, топливно-энергетической, агропромышленной и прочих сферах экономики. Специалисты компании “ТЕХКОМПЛЕКТ” работают как по типовым, так и по индивидуальным чертежам, выполняют работы практически любой сложности.

Наши главные преимущества — наличие глубоких знаний и использование современного инструмента для работы с титаном. На нашем предприятии обработка титана на токарном станке, токарно-карусельном и фрезерном выполняется в полном соответствии с технологией. Мы придерживаемся всех нормативов и стандартов, чтобы обеспечить стабильно высокое качество продукции.

Как механические свойства влияют на инструмент

1	Невысокая теплопроводность	Необходима высокая красностойкость Высокая зависимость от скорости / подачи
2	Высокая прочность при высоких температурах	Повышение температуры при металлообработке
3	Незначительная толщина стружки, узкая область контакта с передней частью	Концентрация сил резания, подача ниже среднего значения
4	Цикличность стружкообразования	Высокая вероятность вибрации
5	Химическая активность в отношении инструментального материала	Лункообразование
6	Высокий процент карбидов	Износ

Звоните (812) 995-45-05 — больше информации по обработке изделий из титана по телефону.

Отправить запрос

Боремся с вибрацией и теплом

Прочие факторы, присутствующие в менее чем идеальных условиях, включают в себя тот факт, что большинство станков оснащены шпинделями с конусом ISO 40. Из-за интенсивности эксплуатации этих станков они недолго остаются новыми. Кроме того, конструктивные особенности обрабатываемой детали нередко затрудняют ее эффективное крепление на станке. Проблему усугубляет и то, что обработка, как правило, включает в себя прорезание канавок, контурную обработку или обработку кромок, а эти операции способны — хотя и не должны — приводить к вибрации. Поэтому необходимо постоянно принимать меры для ее предотвращения, по возможности повышая жесткость закрепления детали. Одним из способов решения проблемы является многоступенчатое крепление заготовок, при котором заготовки располагаются ближе к шпинделю, что ослабляет вибрацию.

Поскольку титан сохраняет твердость и прочность при высоких температурах, на режущую кромку пластины воздействуют мощные силы и нагрузки. При этом в зоне резания вырабатывается значительное количество тепла, а это означает опасность деформационного упрочения детали. Поэтому ключевое значение для успешной обработки приобретает правильный выбор марки сплава и геометрии сменной пластины. Исторически, мелкозернистые марки твердых сплавов без покрытия отлично зарекомендовали себя при обработке титана, и сегодня пластины с покрытием PVD способны существенно повысить эффективность.

Описание

Титан характеризуется тем, что он очень прочный, имеет серебристый цвет, а также обладает огромной устойчивостью к процессу ржавления. Из-за того, что на поверхности металла образуется пленка TiO2, он обладает хорошей устойчивостью ко всем внешним воздействиям. Негативно на свойствах титана может сказаться лишь влияние веществ, которые содержат в своем составе щелочь. При контакте с этими химическими веществами сырье теряет свои прочностные характеристики.

Из-за того, что продукт обладает повышенной прочностью, при токарной обработке титана приходится использовать инструмент из сверхпрочного сплава, а также создать другие особые условия при работе на токарном станке с ЧПУ.

Борьба с теплом и вибрацией

Многие применяемые станки оснащаются шпинделями с конусами марки ISO 40. Конструктивные их особенности таковы, что их трудно качественно закрепить по месту. Предполагаемые операции, такие, как нарезание канавок, виды контурных обработок и прочее – приводят оборудование к вибрациям. На основании этого следует повышать жесткость крепления детали.

Или выполнять многоступенчатое закрепление обрабатываемых деталей, при нем они могут быть расположенными близко к шпинделю. Именно это может несколько снизить моменты вибрации. Учитывая, что он может быть прочным и твердым даже при значительных показателях температуры, на пластины могут действовать значительные силы и такие же нагрузки. Поэтому в сфере резания может вырабатываться значительное тепло. Это повышает опасность для деформации детали.

Особые условия обработки металла

Титан – особо прочный, легкий, серебристый метал стойкий к воздействию процесса ржавления. Высокая устойчивость к воздействию внешней среды обеспечивается за счет образования на поверхности материала защитной пленки TiO₂. Негативное воздействие на титан могут оказывать вещества содержащие щелочь, что  приводит к потере прочностных  характеристик.

В обязательном порядке необходимо учитывать:

металл очень вязкий и когда производится его токарная обработка с использованием токарного станка, сильно нагревается, что приводит к налипанию титановых отходов на режущий инструмент; мелкая дисперсная пыль, образующаяся во время обработки, может детонировать, что требует особой осторожности и соблюдения мер безопасности; для резания титана требуется специальное оборудование, обеспечивающее необходимый режим резания; титан обладает низкой теплопроводностью, что требует для  резания специально подобранный режущий инструмент. После выполнения процесса, когда завершена  обработка изделия из титана для создания прочной защитной пленки деталь нагревают, а затем охлаждают на открытом воздухе. После выполнения процесса, когда завершена  обработка изделия из титана для создания прочной защитной пленки деталь нагревают, а затем охлаждают на открытом воздухе

После выполнения процесса, когда завершена  обработка изделия из титана для создания прочной защитной пленки деталь нагревают, а затем охлаждают на открытом воздухе.

Инструмент для обработки

Требования, которые предъявляются к инструменту для обработки материала, довольно высоки. Чаще всего обработка титана и сплавов производится при использовании резцов, у которых имеются съемные головки, а устанавливаются они на станки с ЧПУ. Во время эксплуатации рабочий инструмент подвергается абразивному, адгезийному и диффузному изнашиванию

Особое внимание стоит уделить диффузному изнашиванию, так как в это время происходит процесс растворения и режущего материала, и заготовки из титана. Наиболее активно эти процессы протекают, если температура находится в пределах от 900 до 1200 градусов по Цельсию

Требования к инструменту

Особенность обработки титана заключается еще и в том, что необходимо подбирать рабочий инструмент в зависимости от того, какой режим работы выбран.

Для работы в предварительном режиме чаще всего используются пластины с круглой или же квадратной формой марки iC19. Изготавливаются данные пластины из специального сплава, который маркируется как Н13А и не имеет покрытия.

Для того чтобы успешно обрабатывать титан промежуточным способом, необходимо уже использовать только круглые пластины из того же сплава Н13А или же из сплава GC1155 с покрытие PDV.

Для наиболее ответственного, основного способа обработки применяются круглые насадки со шлифовальными режущими кромками, которые изготавливаются из сплавов Н13А, GC 1105, CD 10.

Важно добавить, что при обработке на токарных станках с ЧПУ допускается самое минимальное отклонение от формы детали, которая была указана в техническом задании. Чаще всего элементы, изготовленные из такого сплава, не имеют отклонений от нормы вовсе

Титан – способы обработки структуры металла

Существует несколько применяемых на практике способов обработки титана, среди которых часто встречаются следующие:

1. Резка механическая.
2. Механическая стрижка.
3. Механическая гибка.
4. Штамповка.

Способ обработки №1: Резка механическая + особенности

Свойства титана, по сути, аналогичны свойствам нержавеющей стали, но несколько уступают. Однако применение условий, упрощающих обработку этого металла, обеспечивает безотказную токарную обработку:

• фрезерование,
• сверление,
• нарезание резьбы и т. д.

Конечно, обрабатываемость титана зависит от качества структуры. Например, технически чистый титан и α-титановые сплавы достаточно хорошо поддаются обработке, тогда как β-титановый сплав доставляет определённые трудности. Промежуточный материал α и β явно характеризует формируемые сплавы. Материалы инструмента, рекомендуемые для резки металла, показаны в таблице:

Материал инструмента	Коды материалов инструмента JIS (Japan Industrial Standards)
Карбид вольфрама	Класс «K»	K01, K05, K10 , K20 , K30, K40
Класс «M»	M10, M20, M30 , M40
Быстрорежущая сталь Алмаз	V-смещаемый	SKH10 , SKH57, SKH54
Mo-смещаемый	SKH7, SKH9, SKH52, SKH53, SKH55, SKH56
Порошковая быстрорежущая сталь	KHA
	Искусственный алмаз, природный алмаз

Способ обработки №2: Механическая стрижка + особенности

Остаточные заусенцы – очевидное явление, часто возникающее в процессе резки титана. Поэтому ключевым моментом такого типа механической обработки логичным видится некоторое уменьшение зазора между верхним и нижним лезвием инструмента.

Рекомендуемая толщина обрабатываемого титанового листа составляет 5% (нержавеющей стали — 10%). Сопротивление сдвигу титана поддерживается, примерно, на уровне 80% от прочности материала на разрыв.

Титан допустимо резать ножницами при условии способности станка резать материалы с пределом прочности на разрыв, равным параметру прочности металла. Конечно, резка титана возможна не только посредством ножниц. Применимы также другие инструменты.

Способ обработки №3: Механическая гибка + особенности

По причине способности к холодному сгибанию и штамповке, металл титан традиционно используется в качестве материала для штампованных изделий. Титановые сплавы в основном делятся на α-, α-β, и β-сплавы. Формуемость различается в зависимости от типа представленного сплава. Тёплое и горячее формование используется для сплавов α и α-β по причинам недостаточной деформируемости в холодном состоянии и выраженной упругости.

Применяемые методы формования металла здесь:

• гибка,
• глубокая вытяжка,
• формовка с вытяжкой,
• обкатка.

Собственно, такие же методы, как и те, что применяются к нержавеющей стали. В состоянии обработки гомогенизацией, титановый сплав допустимо формовать в холодном состоянии. Обработка дисперсионным твердением применяется к титановому сплаву после формовки, чем достигается прочность в пределах 1300-1500 МПа.

Способ обработки №4: Пресс-формование (штамповка) титана

Формование прессованием, как правило, применяется для технически чистого титана и обычно выполняется при комнатной температуре. Формуемость титанового сплава сравнима с технологически чистым титаном (KS50 KS70). Но следует иметь в виду – высокая степень упругости вызывает трудности при формовании и достижении точности размеров.

Основными условиями деформации при штамповке являются формование с вытяжкой и глубокая вытяжка. Но свойства технически чистого металла при глубокой вытяжке лучше, чем свойства металла, подвергшегося формованию растяжением

Таким образом, важно учитывать факторы глубокой вытяжки при выборе подходящих условий штамповки и проектировании комплекта штампов

Среди технически чистых титановых металлов самый мягкий материал по структуре (KS40S) подходит для штамповки под воздействием многих факторов формования растяжением. Напротив, структуры KS40 и KS50 подходят для штамповки, подвергающейся многим факторам глубокой вытяжки.

Титановые штамповочные комплекты повреждаются легко, поэтому требуется смазка для соответствия условиям штамповки. Например, смазочные материалы:

• консистентная смазка,
• смазки на основе воска,
• графитовая смазка,

используются в процессе штамповки при комнатной температуре. Также эффективным способом видится дополнение к заготовке полиэтиленового листа.

Материалы и оборудование для литья титана

Вследствие высокой активности нагретого титана для его литья приходится применять специфическое оборудование.

Плавильный агрегат и машина литья литейных форм размещаются в герметичной вакуумированной камере. Высокопроизводительные насосы откачивают как воздух на начальном этапе, так и удаляют газы, образующиеся при плавлении и отливке.

Машина для литья литейных форм

Обычные керамические тигли для плавки не подходят, вместо них используют графитовые. В электродуговых печах, где нагрев идет изнутри, используют охлаждаемые емкости, покрытые тонким слоем металлического титана — так называемые гарнисажи. Сверху в тигель опускается расходуемый электрод. Автоматическая подача поддерживает постоянное расстояние от электрода до поверхности расплава по мере его расходования.

Ниже тигля находится блок литейных установок, в который расплав подается под действием своего веса. Для улучшения распределения расплава по форме блок с формами может вращаться.

Время опрокидывания тигля определяется исходя из постоянно контролируемых параметров — температуры тиглей, давления, химического состава расплава.

Пресс-формы из графита

Пресс-формы делают из графита. В последнее время вместо дорогостоящих графитовых форм начинают применять формы из обычных огнеупорных материалов со специальным тонким защитным покрытием, препятствующим вступлению титана в реакцию.

Сложность технологических процессов, высокая цена оборудования и расходных материалов, высокая квалификация персонала делают процесс отливки титана доступным лишь для специализированных промышленных производств.