Cómo abordar el titanio:una guía para mecanizar titanio y sus aleaciones

En la industria manufacturera actual, el titanio y sus aleaciones se han convertido en elementos básicos en aplicaciones aeroespaciales, médicas, automotrices y de armas de fuego. Este popular metal es resistente al óxido y a los productos químicos, es reciclable y es extremadamente fuerte para su peso. Sin embargo, existen varios desafíos que deben tenerse en cuenta al mecanizar titanio y seleccionar las herramientas y los parámetros apropiados para el trabajo.

Variedades de titanio

El titanio está disponible en muchas variedades, incluidos casi 40 grados ASTM, así como varias aleaciones adicionales. Los grados 1 a 4 se consideran titanio comercialmente puro con diferentes requisitos en cuanto a la resistencia máxima a la tracción. El grado 5 (Ti6Al4V o Ti 6-4) es la combinación más común, aleado con 6 por ciento de aluminio y 4 por ciento de vanadio. Aunque el titanio y sus aleaciones a menudo se agrupan, existen algunas diferencias clave entre ellos que deben tenerse en cuenta antes de determinar el enfoque de mecanizado ideal.

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Preocupaciones de titanio

Sujeción

Aunque el titanio puede tener propiedades materiales más deseables que el acero promedio, también se comporta de manera más flexible y, a menudo, no es tan rígido como otros metales. Esto requiere un agarre seguro de las piezas de trabajo de titanio y una configuración de la máquina lo más rígida posible. Otras consideraciones incluyen evitar cortes interrumpidos y mantener la herramienta en movimiento en todo momento en contacto con la pieza de trabajo. Permanecer en un orificio perforado o detener una herramienta junto a una pared perfilada hará que la herramienta roce, lo que generará un exceso de calor, endurecerá el material y provocará un desgaste prematuro de la herramienta.

Generación de calor

El calor es un enemigo formidable, y la generación de calor debe tenerse en cuenta al seleccionar velocidades y alimentaciones. Si bien los grados comercialmente puros de titanio son más suaves y gomosos que la mayoría de sus aleaciones, la adición de elementos de aleación generalmente aumenta la dureza del titanio. Esto aumenta las preocupaciones sobre el calor generado y el desgaste de las herramientas. Mantener una mayor carga de virutas y evitar las ayudas de frotamiento innecesarias con el rendimiento de la herramienta en las aleaciones de titanio más duras, minimizará la cantidad de endurecimiento por trabajo producido. La elección de RPM más bajas, junto con una mayor carga de chips, puede proporcionar una reducción significativa de la temperatura en comparación con las opciones de mayor velocidad. Debido a sus propiedades de baja conducción, mantener las temperaturas al mínimo ejercerá menos presión sobre la herramienta y reducirá el desgaste. El uso de refrigerante a alta presión también es un método eficaz para reducir la generación de calor al mecanizar titanio.

Estas tapas de árbol de levas se fabricaron a medida en titanio para Mitsubishi Evos.
Foto cortesía de @RebootEng (Instagram)

Borde irritante y acumulado

El siguiente obstáculo a considerar es que el titanio tiene una fuerte tendencia a adherirse a una herramienta de corte, creando un borde acumulado. Este es un problema complicado que se puede reducir utilizando grandes cantidades de refrigerante a alta presión dirigido directamente a la superficie de corte. El objetivo es eliminar las virutas lo antes posible para evitar que se vuelvan a cortar y mantener las flautas limpias y libres de residuos. La excoriación es una gran preocupación en los grados comercialmente puros de titanio debido a su naturaleza “gomosa”. Esto se puede abordar utilizando las estrategias mencionadas anteriormente, como continuar el avance en todo momento en que la pieza de trabajo esté en contacto y usar abundante refrigerante a alta presión.

Soluciones de titanio

Si bien las principales preocupaciones al mecanizar titanio y sus aleaciones pueden cambiar, los métodos para mitigarlas permanecen algo constantes. Las ideas principales son evitar la excoriación, la generación de calor, el endurecimiento por trabajo y la desviación de la pieza de trabajo o la herramienta. Utilice una gran cantidad de refrigerante a alta presión, mantenga bajas las velocidades y avance, mantenga la herramienta en movimiento cuando esté en contacto con la pieza de trabajo y utilice una configuración lo más rígida posible.

Además, seleccionar un recubrimiento de herramienta adecuado puede ayudar a que su trabajo sea exitoso. Con el alto calor que se genera durante las operaciones de mecanizado de titanio, tener un recubrimiento que pueda lidiar adecuadamente con la temperatura es clave para mantener el rendimiento durante una operación. El recubrimiento adecuado también ayudará a evitar la excoriación y evacuar las virutas de manera efectiva. Recubrimientos como el nitruro de aluminio y titanio de Harvey Tool (AlTiN Nano) producen una capa de óxido a altas temperaturas y aumentarán la lubricidad de la herramienta.

Soluciones de herramientas

Helical Solutions ofrece la línea de herramientas HVTI-6 optimizada para fresado de alta eficiencia (HEM) en titanio y sus aleaciones. El HVTI-6 de Helical presenta su recubrimiento Aplus que ofrece mayor lubricidad y resistencia a altas temperaturas para mejorar la vida útil de la herramienta y velocidades y avances más rápidos.

A medida que el titanio y sus muchas aleaciones continúan creciendo en uso en varias industrias, más maquinistas tendrán la tarea de cortar este difícil material. Sin embargo, la gestión del calor y la evacuación adecuada de las virutas, junto con el recubrimiento correcto, permitirán una ejecución exitosa.