Consejos Profesionales de Mecanizado CNC para Titanio — Aeroespacial, Automotriz y Más

Con su excelente relación resistencia-peso y resistencia a la corrosión, el titanio es uno de los metales más útiles y populares para ingenieros industriales, arquitectos y diseñadores de productos de consumo. Lleva el nombre de los Titanes de la mitología griega antigua, después de todo, y suele estar a la altura de su nombre.

El titanio tiene propiedades de material deseables, y también es relativamente fácil de trabajar. Es soldable (en atmósfera inerte) y puede ser mecanizado por CNC como el acero inoxidable. También es propicio para virtualmente todos los procesos de acabado superficial: chorro de arena, recubrimiento en polvo y electroforesis producen buenos resultados cuando se aplican en titanio. Por supuesto, hay metales con un grado de mecanizabilidad mayor que el titanio, pero el titanio ofrece una buena combinación de formabilidad y rendimiento mecánico.

Dicho esto, diseñar y fabricar piezas de titanio no siempre es lo mismo que para piezas de aluminio o piezas hechas de materiales de bajo coste. Y como los bloques de titanio cuestan alrededor de 10 veces más que el Aluminio 6061, querrás asegurarte de que tus piezas se hagan bien a la primera.

Este artículo discute los fundamentos del mecanizado CNC de titanio, incluyendo las aplicaciones más adecuadas, consideraciones de mecanizado, y opciones de acabado superficial.

¿Qué es el titanio?

El titanio es un metal de transición lustroso descubierto en el Reino Unido en el siglo XVIII. Tiene una apariencia plateada y, a pesar de su baja densidad, es extremadamente fuerte. Esto lo hace un bien valioso en industrias donde la ligereza es especialmente importante.

Además de su buena relación resistencia-peso, el titanio también es altamente resistente a la corrosión — de agua de mar, cloro y ácidos — y es no tóxico incluso en grandes cantidades. Esto lo hace particularmente útil en el mundo médico, para implantes y otros dispositivos médicos.

En la industria manufacturera, el titanio a menudo se alea con elementos como hierro, aluminio y vanadio.

¿Por qué usar titanio?

A pesar de su etiqueta de precio premium, el titanio es un material increíblemente popular. Razones para usar titanio incluyen:

• Alta resistencia
• Resistencia a la corrosión
• Buena relación resistencia-peso
• Ductilidad
• Buena mecanizabilidad
• Opciones de tratamiento superficial
• Reciclable

Por estas razones, el titanio se usa regularmente en industrias como aeroespacial, automotriz y médica.

Las piezas aeroespaciales de titanio incluyen piezas de motor de avión, piezas de fuselaje, rotores y álabes de compresor. De hecho, la aeroespacial impulsa la producción de titanio: dos tercios de todo el titanio producido en el mundo va a motores de aviones y fuselajes.

En el mundo médico, las piezas de titanio incluyen implantes quirúrgicos (como reemplazos de cadera a largo plazo) e instrumentos. El metal también se usa para artículos como sillas de ruedas y muletas.

¿Por qué mecanizar titanio por CNC?

Para obtener las piezas de titanio más precisas y asequibles, el mecanizado CNC es casi siempre la mejor técnica de fabricación. Para entender por qué, veamos las alternativas.

Los fabricantes rara vez hacen piezas de titanio por fundición. Esto es porque el titanio calentado reacciona violentamente con oxígeno, y muchos materiales refractarios usados en fundición contienen trazas de oxígeno.

Una solución es usar fundición de grafito apisonado — usando un molde de grafito libre de oxígeno — pero esto produce piezas con una textura superficial muy rugosa no adecuada para la mayoría de aplicaciones médicas, aeroespaciales e industriales. También es posible hacer piezas de titanio con fundición a la cera perdida, pero esto requiere una cámara de vacío.

Una opción más nueva es el uso de fabricación aditiva para piezas de titanio. Un puñado de tecnologías de impresión 3D, como Fusión Selectiva por Láser (SLM), Fusión por Haz de Electrones (EBM) y Deposición Directa de Energía (DED), pueden procesar materiales de impresión 3D de titanio. Sin embargo, estos sistemas de impresión 3D son muy caros, y muchas industrias aún no han certificado titanio impreso en 3D para piezas de uso final críticas para la seguridad.

Comparado con las alternativas, el mecanizado CNC es una forma precisa, segura, versátil y asequible de hacer piezas de titanio.

Aspectos a considerar al mecanizar titanio

El titanio es un excelente material para muchas aplicaciones, pero tiene sus propias características únicas que deben respetarse durante el proceso de mecanizado CNC. Aspectos a considerar al mecanizar titanio incluyen:

Acumulación de calor

Las aleaciones de titanio pueden ser más duras que materiales de mecanizado comunes como aleaciones de aluminio. Esto puede resultar en mayor desgaste de herramienta y, simultáneamente, una mayor acumulación de calor en el punto de contacto.

Para estas aleaciones de titanio más duras, puede ser necesario reducir las RPM de la máquina CNC mientras se usa una carga de viruta mayor. Un refrigerante de alta presión también puede aliviar la tensión en tus herramientas de corte y ayudar a producir piezas de titanio de mayor calidad.

Algunos titanios comercialmente puros (Grados 1-2) pueden ser menos propensos a generar exceso de calor pero se deben tomar precauciones igualmente.

Agarrotamiento

Un problema más prominente con titanio comercialmente puro que con aleaciones de titanio es el agarrotamiento y borde de acumulación.

Los grados de titanio 1-2 pueden volverse gomosos durante el mecanizado y pueden terminar pegándose a la herramienta de corte. Sin embargo, esto puede mitigarse usando refrigerante de alta presión y asegurando una evacuación rápida de virutas.

No abordar este problema también puede agravar el problema de acumulación de calor, acelerando el desafilado de herramientas de corte.

Sujeción de la pieza

El titanio y sus aleaciones mecanizables son menos rígidos que otros metales comunes, y por tanto requieren un agarre firme durante el mecanizado CNC.

Además de una configuración de máquina rígida, puede ser beneficioso mantener movimiento constante de herramienta sin interrumpir el corte.

Acabados superficiales para titanio mecanizado

Las piezas de titanio mecanizadas por CNC pueden mejorarse con una variedad de tratamientos de acabado superficial — para propósitos funcionales o estéticos.

Acabados superficiales incluyen:

• Alisado
• Pulido
• Chorreado de esferas
• Cepillado
• Pintado
• Cromado
• Metalizado
• Recubrimiento PVD
• Recubrimiento en polvo
• Electroforesis

Grados comunes de titanio

Grado de Titanio	Resistencia	Resistencia a la Corrosión	Formabilidad	Usos
1	Baja	Alta	Alta	Estructuras aéreas, intercambiadores de calor
2	Media	Alta	Alta	Estructuras aéreas, motores de avión, marina
3	Alta	Alta	Media	Estructuras aéreas, motores de avión
4	Alta	Alta	Media	Estructuras aéreas, motores de avión, médica, hidráulica
5 (6AL-4V)	Media	Alta	Alta	Estructuras aéreas, motores de turbina, médica

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