Cómo aumentar la velocidad de mecanizado de titanio

Publicado el 19 de octubre de 2020 | Por Candy, WayKen Rapid Manufacturing

El titanio ha sido pasado por alto durante mucho tiempo debido a sus propiedades. Sin embargo, los desarrollos recientes en metalurgia y tecnología de fabricación han dado una nueva visión del material. En este momento, el titanio es codiciado por su excelente relación peso-resistencia (3 veces mejor que el acero), su resistencia a la corrosión, compatibilidad con el tejido humano y excelente rendimiento a altas temperaturas. Las piezas de titanio aeroespaciales son especialmente populares por ser ligeras y resistentes. Sin embargo, hay muchos problemas con el mecanizado de titanio.

Las aleaciones de titanio más comunes

Hay una serie de elementos que se agregan al titanio para aumentar sus capacidades de rendimiento. El titanio sufre una transformación alotrópica a una temperatura de más de 800 C. Los elementos que disminuyen la temperatura de usabilidad del titanio se denominan estabilizadores beta y los que la aumentan se denominan estabilizadores alfa. Según el contenido de los estabilizadores, las aleaciones de titanio se dividen en 4 grupos.

1. Titanio sin alear. Básicamente solo titanio. La versión sin alear tiene la mejor resistencia a la corrosión pero baja resistencia.
2. Aleaciones alfa. Las aleaciones alfa tienen una mejor resistencia a la fluencia, por lo que se utilizan para el rendimiento a altas temperaturas.
3. Aleaciones alfa-beta. Este grupo es el más extendido por sus grandes propiedades. Los estabilizadores alfa aumentan la resistencia al calor del material y los estabilizadores beta aumentan la resistencia de la aleación. La aleación alfa-beta más común, Ti-6Al-4V, representa casi el 50 % del mercado total de aleaciones de titanio.
4. Aleaciones beta. Esas aleaciones son más duras que todos los grupos anteriores, sin embargo, su densidad también es mayor.

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7 razones por las que el titanio es difícil de mecanizar

No profundicemos en la mecánica del fresado de titanio, el torneado o rectificado de titanio, el desgaste de herramientas y la mecánica de generación de virutas. En su lugar, aquí hay un resumen de 7 puntos por los que el titanio es tan complicado de mecanizar.

1. El titanio conserva una alta resistencia incluso a altas temperaturas y su resistencia a la deformación plástica persiste incluso a velocidades de corte. Esto hace que las fuerzas de corte sean mucho mayores en comparación con cualquier acero.
2. Después de todo, cuando se forma la viruta, es muy delgada y el área de contacto entre la viruta y la herramienta es tres veces más pequeña que la del acero. Por eso, la punta de la herramienta tiene que soportar casi toda la fuerza de corte.
3. Las aleaciones de titanio tienen un alto coeficiente de fricción con los materiales de las herramientas de corte. Esto aumenta la temperatura de corte y las fuerzas.
4. A una temperatura de más de 500 grados centígrados, el titanio reacciona químicamente con la mayoría de los materiales para herramientas. Ah, y el titanio tiene una tendencia a autoencenderse cuando se corta si la acumulación de calor es demasiado alta, por lo que usar refrigerante cuando se cortan aleaciones de titanio es una necesidad absoluta.
5. Debido a un área de contacto baja y la delgadez de las virutas, todo el calor durante el proceso de corte va a la herramienta, lo que reduce significativamente su vida útil. Solo los refrigerantes de alta presión pueden hacer frente a la acumulación de calor.
6. Las aleaciones de titanio tienen un módulo de elasticidad muy bajo. Esto puede provocar vibraciones adicionales, vibración de la herramienta y deflexión.
7. A bajas velocidades de corte, el material puede adherirse al borde de corte y es extremadamente malo para el acabado de la superficie.

Entonces, como puede ver, hay una gran cantidad de problemas importantes. Sin embargo, los ingenieros de fabricación de todo el mundo han ideado muchas estrategias para aumentar las velocidades de mecanizado de titanio.

Aumento de las velocidades de mecanizado de titanio con herramientas de corte

La elección de la herramienta de corte es el primer paso para un exitoso proceso de mecanizado CNC de aluminio y titanio. Lo principal a elegir es el material. A lo largo de los años, varias aleaciones duras han demostrado ser buenas para el corte de titanio. Para ser bueno en el mecanizado de piezas de titanio, las herramientas deben tener una serie de propiedades.

• Las herramientas deben ser duras a altas temperaturas.
• Deben tener una alta resistencia al parloteo.
• Deben tener propiedades de alta fatiga porque la generación de cip con titanio es un proceso cíclico.
• Deben ser químicamente neutros al titanio caliente.
• Deben tener alta resistencia.
• Deben tener una buena tasa de conductividad térmica para compensar la tasa lenta de titanio.

La gama de materiales para herramientas más adecuada que tiene todas las propiedades mencionadas anteriormente son las aleaciones WC/Co. Otra posible solución son los aceros rápidos ya que son muy resistentes al desportillado. Las herramientas de diamante también han demostrado un buen rendimiento frente al desgaste del titanio. Puede consultar nuestros consejos de mecanizado de diamantes aquí.

Técnicas de mecanizado de titanio de alta velocidad

Otra forma viable de aumentar el rendimiento del mecanizado de titanio es aplicar estrategias especiales de mecanizado de titanio. Nuestros servicios de mecanizado de titanio se han vuelto bastante competentes en la elección de los parámetros de corte correctos para reducir al mínimo el tiempo de mecanizado de titanio. Sin embargo, aparte de la optimización de parámetros, existen algunas estrategias de mecanizado no convencionales que pueden aumentar considerablemente las velocidades de corte del titanio.

Herramientas de repisa

Estas herramientas fueron desarrolladas por la empresa General Electric. Usan herramientas que tienen una saliente delgada que sobresale. en lugar de toda la herramienta, solo este delgado saliente corta el titanio. Dado que la viruta también es muy delgada, no hay diferencia, sin embargo, el borde se desgasta más lentamente y es más fácil de afilar. El flanco de la cornisa se desgasta rápidamente y luego se mantiene constante durante el desgaste del resto de la cornisa, lo que ocurre más lentamente con los flancos constantes.

Inserciones rotativas

Las plaquitas rotativas se utilizan para el torneado de titanio. Han sido imposibles antes debido a la falta de precisión en el diseño de máquinas herramienta. Sin embargo, el nivel de tecnología de fabricación ahora hace posible su uso. El principio fundamental es que el inserto de la herramienta tiene una forma redonda y gira alrededor del accesorio a medida que la herramienta corta el material. De esa forma, la transferencia de calor es mucho más rápida y la herramienta no se calienta tanto. Por lo tanto, se pueden aumentar las velocidades de corte.

Extracción de metal asistida por ultrasonidos

Agregar vibración ultrasónica a la herramienta de corte en realidad facilita la formación de virutas. La viruta de titanio tiene una elasticidad muy mala que empeora con el endurecimiento por deformación cuando el filo de corte comienza a cortar el material. Las ondas ultrasónicas fomentan la fractura de la viruta en lugar de la deformación y eso tiene una influencia positiva en la vida útil de la herramienta, el acabado superficial, las características de la herramienta, evita la acumulación de material en el filo y permite que el maquinista aumente la velocidad de corte.

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