Обработка титана: сложности процесса

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.

Выберите регион

Россия

• Алтайский край
• Белгородская область
• Брянская область
• Владимирская область
• Волгоградская область
• Вологодская область
• Воронежская область
• Ивановская область
• Иркутская область
• Кабардино-Балкарская Республика
• Калужская область
• Кемеровская область
• Кировская область
• Костромская область
• Краснодарский край
• Красноярский край
• Курганская область
• Курская область
• Ленинградская область
• Липецкая область
• Московская область
• Нижегородская область
• Новгородская область
• Новосибирская область
• Омская область
• Оренбургская область
• Орловская область
• Пензенская область
• Пермский край
• Приморский край
• Псковская область
• Республика Адыгея
• Республика Башкортостан
• Республика Дагестан
• Республика Карелия
• Республика Коми
• Республика Крым
• Республика Марий Эл
• Республика Мордовия
• Республика Татарстан
• Республика Хакасия
• Ростовская область
• Рязанская область
• Самарская область
• Саратовская область
• Свердловская область
• Смоленская область
• Ставропольский край
• Тамбовская область
• Тверская область
• Томская область
• Тульская область
• Тюменская область
• Удмуртская Республика
• Ульяновская область
• Ханты-Мансийский АО — Югра
• Челябинская область
• Чувашская Республика
• Ярославская область

Соединение деталей

В некоторых случаях изделия из титана выступают частью большой конструкции. Это говорит о том, что возникает необходимость соединения разных материалов.

Для того чтобы соединять изделия из этого сырья используется четыре основных метода. Основной из них — это сварка, используется еще пайка, механический способ соединения, предполагающий использование заклепок и соединение при помощи болтового крепления.На сегодняшний день основной метод обработки для соединения изделий в одну конструкцию — это сварка в среде инертного газа или специальных бескислородных флюсов.

Что касается пайки, то этот метод применяется только в том случае, если сварка невозможна или же нецелесообразна. Данный процесс осложняется некоторыми химическими реакциями, которые возникают в результате пайки. Чтобы выполнить механическое соединение при помощи болтов или заклепок, придется также применить специальный материал.

Сложность механической обработки титана

Специалисты утверждают, титан трудно подвергается обработке механического вида. Только современных инструментов это утверждение не касается. Трудности с ним могут возникнуть лишь оттого, что работа с ним – сфера совершенно новая! Опыта при работе в ней мало или совсем недостаточно.

Кроме этого, проблемы, возникающие при работе, иногда носят только относительный характер. Особенно тогда, когда это касается чугуна или же низколегированных сталей. Именно они вызывают заниженные требования. Естественно, его иногда считают трудным для обработки, если сравнивать материал только со сталью.

Просто с ним необходимо работать при совершенно других подачах, скоростях, соблюдая определенные предосторожности. Если сравнивать его с прочими материалами, то иногда в обработке он бывает не трудным

Если только деталь, выполненная из данного материала, будет крепко зажатой в мощном станке, то тогда никаких посторонних вопросов не будет. Если при оборудовании еще есть шпиндель с конусом марки ISO 50 и наличием инструмента короткого вылета.

При его фрезеровании тоже не всегда есть совершенные условия, которые могут быть постоянными. Кроме этого его некоторые детали имеют различную форму. Для эффективной обработки таких форм требуется определенный инструмент, который иногда может подвергаться процессу деформаций. Возможны также вопросы с вибрацией, но они бывают при его обработке.

Особенности соединения титановых изделий и их элементов

Если титановое изделие выступает элементом конструкции, то соединить детали, изготовленные из титановых сплавов, позволяет применение таких методов:

• сварка;
• пайка
• механическое соединение с использованием заклепок
• соединение с применением болтового крепления.

Основным методом соединения выступает сварка, представляющая обычную промышленную технологию. Чтобы обеспечить прочность сварного шва соединение элементов выполняют в среде инертного газа или специальных бескислородных флюсов. Также для этого оберегают шов с применением различных защитных элементов. Взаимодействие расплавленного титана с такими химическими элементами как водород, кислород и азот, содержащимися в воздушной смеси, при нагреве приводит к росту зерна металла, изменению его микроструктуры и хрупкости сварного шва. Сварочные работы выполняют на большой скорости.

Также существует метод сварки в контролируемой среде, который применяется для выполнения работ, требующих большой ответственности. При необходимости соединить небольшие по своим размерам элементы, их помещают в специальные камеры, заполненные инертным газом. В случае соединения элементов большего размера сварочные работы выполняют в специальных герметично изолированных помещениях. Сварка титана — ответственная работа, которая доверяется исключительно подготовленным специалистам, имеющим необходимый практический опыт и навыки.

Пайка титана применяется в случаях, когда проведение сварочных работ невозможно или нецелесообразно. Она также осложнена химическими реакциями. Титан в расплавленном состоянии демонстрирует высокую химическую активность и прочно связан с пленкой окиси, формируемой на поверхностях обрабатываемой детали. Большинство распространенных металлов непригодны в качестве припоя для соединения титановых элементов, для этих целей используются только чистые по своему составу алюминий и серебро.

Механическое соединение элементов из титана с помощью клепок и болтовых креплений также выполняется с применением специальных материалов. В большинстве случаев заклепки изготавливают из алюминия, а применяемые болты покрываются напылением серебра или синтетического тефлона. Это вызвано тем, что при завинчивании титан проявляет свое свойство налипания и задирается, в результате соединения элементов становятся ненадежными, не обеспечивают прочной фиксации. Перейти к списку статей >>

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.

Некоторые особенности резки и сверления титана

Нарезка заготовок является очень сложным технологическим процессом, сопровождающимся использованием специальных инструментов и оборудования. Листы разрезаются гильотинными ножницами, а заготовки из сортового проката — распиливаются механической пилой. Небольшие по диаметру пруты нарезают с помощью токарных станков.

Фрезерование титана остается наиболее сложным способом его обработки. Он налипает на зубьях инструмента (фрезы), что значительно затрудняет работу с заготовкой. Поэтому для такого способа применяют инструменты, изготовленные из твердого сплава металлов, а процесс обработки сопровождают использованием охлаждающих смазок и жидкостей, которые обладают большой вязкостью.

При выполнении операций сверления важно, чтобы стружка, образующаяся в результате сверления, не накапливалась в отводных каналах, в противном случае это может привести к преждевременному износу и поломке инструмента. При сверлении применяют фрезы, изготовленные из быстрорежущей стали

Некоторые особенности резки и сверления титана

Нарезка заготовок является очень сложным технологическим процессом, сопровождающимся использованием специальных инструментов и оборудования. Листы разрезаются гильотинными ножницами, а заготовки из сортового проката — распиливаются механической пилой. Небольшие по диаметру пруты нарезают с помощью токарных станков.

Фрезерование титана остается наиболее сложным способом его обработки. Он налипает на зубьях инструмента (фрезы), что значительно затрудняет работу с заготовкой. Поэтому для такого способа применяют инструменты, изготовленные из твердого сплава металлов, а процесс обработки сопровождают использованием охлаждающих смазок и жидкостей, которые обладают большой вязкостью.

При выполнении операций сверления важно, чтобы стружка, образующаяся в результате сверления, не накапливалась в отводных каналах, в противном случае это может привести к преждевременному износу и поломке инструмента. При сверлении применяют фрезы, изготовленные из быстрорежущей стали

Технология оксидирования

Технология заключается в том, чтобы создать такие условия, чтобы на металлической поверхности образовалась оксидная пленка, предотвращающая проникновение кислорода и воды. Для этого используются специализированные растворы и подводится электрический ток при необходимости. Процесс может проводиться и холодным методом и горячим. Выбор метода зависит от вида металла.

Перед началом процедуры все металлы проходят подготовку. Это является первым этапом. На нем с поверхности удаляются все загрязнения. Также она обезжиривается.

Затем металл опускают в ту или иную среду и под действием внешних агрессивных условий определенного вида на них образуется плотная оксидная пленка.

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.

Анодирование титана и титановых сплавов

Комплект «АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА» используется для формирования на титане и титановых сплавах интерференционно-окрашенных анодных пленок, сохраняющих блеск исходной поверхности и обладающих высокой светостойкостью, коррозионной стойкостью и высокими антифрикционными свойствами. В комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » входят все необходимые реактивы, используемые для подготовки поверхности и проведения процесса анодного оксидирования (анодирования) титана и титановых сплавов.

Использование комплекта «АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА» позволяет получить на титановой поверхности, в зависимости от напряжения в ванне, анодные пленки различных цветов и цветовых оттенков (коричневый, фиолетовый, синий, голубой, оранжевый, желтый, бирюзовый, зеленый, розовый, малиновый и т.д.). Полученные на титановых сплавах, различно окрашенные участки оксидных пленок, химически не взаимодействуют друг с другом, имеют размытые переходы цвета и не повышают шероховатость поверхности.

Цветное анодирование титана и титановых сплавов используется для маркировки изделий, для декоративной отделки и придания титановым изделиям различных цветов и цветовых оттенков, для повышения коррозионных, антифрикционных свойств и т.д.

Этапы технологического процесса:

ХИМИЧЕСКОЕ ОБЕЗЖИРИВАНИЕ → ТРАВЛЕНИЕ → АКТИВАЦИЯ → АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ

АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
СТОИМОСТЬ АНОДИРОВАНИЯ	СЕБЕСТОИМОСТЬ АНОДИРОВАНИЯ ТИТАНА
Москва / Санкт Петербург	Комплект на 15 л	Комплект на 30 л	Комплект на 50 л
40-70 руб./дм2	40-70 руб./дм2	~ 10 руб./дм2	~ 7.5 руб./дм2	~ 6 руб./дм2

Используя комплект “АНОДНОЕ ОКСИДИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЯ” на 15 литров, c проведением периодической корректировки, можно анодировать детали, площадью 30-35 кв. метров

Нужно приобрести

• Источник тока (выпрямитель)
• Дистиллирован или де-ионизирован вода

В каждый комплект для нанесения конверсионных покрытий входит подробная технологическая инструкция. Все хим. реагенты, входящие в состав комплекта, были предварительно взвешены и расфасованы в необходимых пропорциях. Все, что Вам необходимо сделать для приготовления рабочих растворов электролитов это растворить их в определенной последовательности, согласно инструкции, в дистиллированной или де-минерализованной воде.

КРАТКИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ:

Температура электролита 15-25*С. Плотность тока 1-3 А/дм2. Напряжение до 120 В. В процессе работы электролит не корректируется. Катоды должны быть сделаны из свинца или коррозионно-стойкой стали. Отношение площади поверхности анода к катоду 2:1.

Титановые изделия перед проведением процесса обезжиривают ацетоном или спиртом. Изделия монтируют на титановые подвески и крепят зажимами, или болтами из титана. Загрузку изделий в ванну анодирования проводят при минимальном напряжении, которое достаточно быстро, в течении 1 мин, поднимают до напряжения, соответствующего выбранному цвету.

При проведении процесса необходимо осуществлять постоянное перемешивание электролита.

Стоимость комплектов

КАТ-05	Комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » на 5 литров	8000 Р
КАТ-15	Комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » на 15 литров	20500 Р
КАТ-30	Комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » на 30 литров	26800 Р
КАТ-50	Комплект » АНОДИРОВАНИЕ ТИТАНА » на 50 литров	33900 Р

Фильтр с самопромывной титановой мембраной

Фильтр с самопромывной титановой мембраной изготавливается по более наукоемкой технологии. В специальном устройстве (плазмотрон) под вакуумом на пористую полимерную подложку с анода наносятся частички титана методом плазмо-химического напыления. Под воздействием поля эрозивной плазмы они выстраиваются не хаотично, а упорядоченно, плотно прилегая друг к другу. (Подробнее про производство титановых мембран) В отличие от картриджа титановая мембрана накапливает загрязнения не внутри себя, а только на своей поверхности.

Это обусловлено структурой фильтрующего элемента, который покрыт прочнейшими титановыми щетинками и при большом увеличении напоминает плотную щётку. Расстояние между этими щетинками очень маленькое – всего 0,1 микрон. Поэтому они не дают загрязнениям проникнуть внутрь, задерживая на поверхности мембраны железо, бактерии и другие примеси в воде.

За счёт структурированности титанового покрытия для очистки не требуется разбирать фильтр и замачивать его составляющие в растворах. Промывка мембраны осуществляется за 2-3 секунды обратным гидроударом очищенной водой из гидробака, после чего все накопленные загрязнения сбрасываются в канализацию. Запускается этот процесс одним поворотом шарового крана или с помощью автоматической установки.

Не смотря на свою относительную тонкость мембрана из структурированного титана обладает высокими износостойкими характеристиками, и гарантированный срок её службы составляет не менее 10 лет. Компания «Комплексные решения» является единственным в России производителем фильтров с промывной титановой мембраной. Новая технология представлена на рынке с 2013 года и с тех пор оставляет после себя исключительно положительные отзывы.

Как очищается фильтроэлемент?

Преобразованные путем окисления вещества накапливаются в виде отложений на наружных стенках картриджа. Другие оседают в нижней части титанового стержня, откуда их легче убирать промыванием водой.

Протирать простой тряпкой такие отложения будет затруднительно из-за пористости структуры металла. Поэтому при промывании необходимо применять специальные средства для чистки титановых фильтров.

Чистку картриджа называют – «регенерация».

Процесс очищения цилиндра происходит так:

1. Взять пустую пластиковую бутылку, отрезать её горлышко.
2. Растворить в ней лимонную кислоту в достаточном количестве воды.
3. Поместить на ночь картридж в раствор лимонной кислоты.
4. Потом вытащить цилиндр и вставить снова на рабочую позицию.

Важно! Для полной регенерации титанового фильтра достаточно его продержать в растворе 6 или 8 часов.

Воздействие титана на воду

Многие рекламодатели утверждают, что вода, прошедшая обработку в титановом фильтре становится абсолютно чистой и не имеет запаха. Это утверждение миф и не более чем рекламный трюк. Пока абсолютных фильтров не существует. Тем более, что эта проблема водоочистки требует комплексного подхода. Поскольку запах придают сероводород, удалить его сможет аэрационная колонка, которую нужно будет установить перед титановым прибором.

Существует миф, что вода прошедшая через титановый фильтр становится абсолютно чистой и без запаха

Многие специалисты, так же считают, что титан не может обеззараживать воду. Хотя металл действительно инертен к любым формам биологической жизни, на нем не могут образовываться колонии бактерий. Это замечательное качество титана уже используется в медицине для протезирования. Тем не менее, неправильно утверждать, что титан их убивает, это не подтверждено лабораторными исследованиями.

Не менее ошибочно утверждение, что титановый фильтр смягчает воду. На самом деле он относится к категории устройств тонкой очистки, умягчение воды он не обеспечивает. Механические, грубые примеси песок, глина, ил, тина и прочие обычно требуют более простой ступени очистки, например, на угольных фильтрах, с тонкостью удаления свыше 5 мкм, которые устанавливают до титановых фильтров.

Титан не способен очистить воду от (Fe +2), для этого потребуется превратить железо в твёрдый осадок (Fe +3), что успешно выполняется аэрацией и специальными фильтрами очистки воды от железа.