Consejos para el mecanizado CNC de titanio:aeroespacial 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. Después de todo, lleva el nombre de los titanes de la mitología griega antigua, y por lo general hace honor a su nombre.

El titanio tiene propiedades materiales deseables y también es relativamente fácil trabajar con él. Es soldable (en atmósfera inerte) y puede ser mecanizado CNC como el acero inoxidable. También es propicio para prácticamente todos los acabados de superficies procesos:granallado, recubrimiento en polvo y electroforesis, todos producen buenos resultados cuando se aplican sobre titanio. Por supuesto, hay metales con un mayor grado de maquinabilidad que el titanio, pero el titanio ofrece una buena combinación de formabilidad y rendimiento mecánico.

Dicho esto, no siempre es igual diseñar y fabricar piezas de titanio que piezas de aluminio o piezas fabricadas con materiales de bajo coste. Y dado que los espacios en blanco de titanio cuestan alrededor de 10 veces más que el aluminio 6061, querrá asegurarse de que sus piezas estén bien hechas la primera vez.

Esta publicación analiza los conceptos básicos del mecanizado CNC de titanio, incluidas las aplicaciones más adecuadas, las consideraciones de mecanizado y las opciones de acabado superficial.

¿Qué es el titanio?

El titanio es un metal de transición brillante descubierto en el Reino Unido en el siglo XVIII. Tiene un aspecto plateado y, a pesar de su baja densidad, es extremadamente fuerte. Esto lo convierte en un producto valioso en industrias donde el aligeramiento es especialmente importante.

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

En la industria manufacturera, el titanio suele estar aleado con elementos como el hierro, el aluminio y el vanadio.

¿Por qué usar titanio?

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

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

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

Las piezas aeroespaciales de titanio incluyen piezas de motores de aviones, piezas de fuselajes, rotores y álabes de compresores. De hecho, la industria aeroespacial impulsa la producción de titanio:dos tercios de todo el titanio producido en el mundo se destina a motores y fuselajes de aeronaves.

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 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 fabrican piezas de titanio por fundición . Esto se debe a que el titanio calentado reacciona violentamente con el oxígeno y muchos materiales refractarios utilizados en la fundición contienen trazas de oxígeno.

Una solución alternativa es usar una fundición de grafito apisonada, usando una fundición de grafito libre de oxígeno, pero esto produce piezas con una textura de superficie muy rugosa que no es adecuada para la mayoría de las aplicaciones médicas, aeroespaciales e industriales. También es posible fabricar 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 impresión 3D Las tecnologías, como la fusión selectiva por láser (SLM), la fusión por haz de electrones (EBM) y la deposición directa de energía (DED), pueden procesar materiales de impresión 3D de titanio. Sin embargo, estos sistemas de impresión 3D son muy costosos y muchas industrias aún no han certificado el titanio impreso en 3D para piezas de uso final críticas para la seguridad.

En comparación con las alternativas, el mecanizado CNC es una forma precisa, segura, versátil y asequible de fabricar piezas de titanio.

Aspectos a tener en cuenta al mecanizar titanio

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

Acumulación de calor

Las aleaciones de titanio pueden ser más duras que los materiales de mecanizado comunes, como las aleaciones de aluminio. Esto puede provocar un mayor desgaste de la herramienta y, al mismo tiempo, 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 virutas más grande. Un refrigerante de alta presión también puede aliviar la tensión en sus herramientas de corte y ayudar a producir piezas de titanio de mayor calidad.

Algunos titanios comercialmente puros (grados 1 y 2) pueden ser menos propensos a generar un exceso de calor, pero aun así se deben tomar precauciones.

Moroso

Un problema más importante con el titanio comercialmente puro que con las aleaciones de titanio es el borde de acumulación y excoriación.

Los grados de titanio 1 y 2 pueden volverse gomosos durante el mecanizado y pueden terminar adhiriéndose a la herramienta de corte. Sin embargo, esto se puede mitigar utilizando refrigerante a alta presión y garantizando una eliminación rápida de las virutas.

Si no se soluciona este problema, también se puede agravar el problema de la acumulación de calor, lo que acelera el desgaste de las herramientas de corte.

Sujeción de piezas

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

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

Acabados superficiales para titanio mecanizado

Las piezas de titanio mecanizadas por CNC se pueden mejorar con una variedad de tratamientos de acabado superficial, con fines funcionales o estéticos.

Los acabados superficiales incluyen:

• Suavizado
• Pulido
• Granallado
• Cepillado
• Pintura
• Cromado
• Metalización
• Recubrimiento PVD
• Recubrimiento en polvo
• Electroforesis

Grados comunes de titanio

Grado titanio	Fuerza	Resistencia a la corrosión	formabilidad	Usos
1	Bajo	Alto	Alto	Fuselajes, intercambiadores de calor
2	Medio	Alto	Alto	Fuselajes, motores de aviones, marinos
3	Alto	Alto	Medio	Estructuras de aviones, motores de aviones
4	Alto	Alto	Medio	Fuselajes, motores de aviones, médicos, hidráulicos
5 (6AL-4V)	Medio	Alto	Alto	Fuselajes, motores de turbina, médicos

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