Dominando el mecanizado CNC de piezas de titanio a gran escala

El titanio puede ser mecanizado por CNC como el acero inoxidable; como todos sabemos, tiene propiedades de material deseables, y también es relativamente fácil de trabajar. En la etapa temprana de la aplicación de la tecnología de fundición de precisión de aleación de titanio, este proceso se usaba principalmente para producir fundiciones de precisión ordinarias de tamaño mediano con formas relativamente simples. La mayoría de las fundiciones de este tipo están dentro de 500 mm de tamaño, y la mayoría de las formas son en forma de varilla, disco, plano, anular, etc. La mayoría de los espesores de pared están en el rango de 6-10 mm, como los implantados en el cuerpo humano. Entre ellos están las prótesis, las palas del motor, los puntales y otras estructuras. Debido a que no hay estructuras de proceso complejas como ranuras profundas, acanaladuras y nervaduras, el estrés estructural durante el vertido es relativamente pequeño, la alimentación es relativamente suficiente, y el proceso de formación de este tipo de fundición es relativamente simple, por lo que la calidad de formación siempre puede mantenerse en condiciones de mayor calidad. Mientras que para el mecanizado CNC de titanio de gran tamaño, el mecanizado perfecto no es tan simple, este artículo le mostrará los métodos detallados para hacer fundiciones perfectas de titanio grande.

Piezas de titanio de tamaño mediano-grande

Esta fundición es un tipo de fundición que se ha desarrollado continuamente para satisfacer las necesidades de aplicación práctica de la industria aeroespacial. Con el desarrollo gradual del campo aeroespacial, la aplicación de esta tecnología de formación de fundiciones se ha convertido en el objeto clave de investigación de varios grandes institutos de investigación. La mayoría de las fundiciones complejas de paredes delgadas a gran escala están estrictamente controladas en 500-1000 mm de tamaño, con un espesor de pared de 1-3 mm, y su estructura es relativamente compleja, lo que hace que sea muy difícil de formar.

Piezas de titanio de gran tamaño

Estas fundiciones no pueden compararse con otras fundiciones en todos los aspectos de calidad y rendimiento. El tamaño de este tipo de fundición es mayormente superior a 1500 mm, el espesor mínimo de pared es de alrededor de 1 mm, y la masa es mayormente de alrededor de 50-1000 kg. Este tipo de fundición a menudo se usa para reemplazar la estructura formada por muchos sujetadores y ensamblaje de piezas, mejorando así integralmente la estabilidad y precisión de la estructura de fundición y reduciendo significativamente costos, y acelerando la producción.

¿Cuál es el método convencional para mecanizar titanio grande?

Los procesos de mecanizado de aleaciones de titanio involucran operaciones de mecanizado convencionales (torneado, fresado frontal, corte de alta velocidad (HSC), fresado, taladrado), operaciones de conformado (conformado en frío y en caliente; hidroconformado, forjado), y operaciones de mecanizado alternativas (corte láser, corte por chorro de agua, sinterización láser directa de metal). Las operaciones de mecanizado de aleaciones de titanio se consideran difíciles debido a su resistencia a la tracción relativamente alta, bajo rendimiento dúctil, 50% menor módulo de elasticidad (104 GPa), y aproximadamente 80% menor conductividad térmica que la del acero. El menor módulo de elasticidad puede causar un mayor efecto de "retorno elástico" y deflexión de la pieza. Por lo tanto, se requieren configuraciones más rígidas y mayores holguras para herramientas.

¿Por qué es difícil mecanizar titanio grande?

El primer aspecto son las características de las fundiciones de precisión de aleación de titanio a gran escala en términos de estructura de pieza. Las fundiciones de precisión de aleación de titanio a gran escala son generalmente piezas de marco integral. La altura libre en dirección Z suele ser superior a 650 mm, y el área que puede ser efectivamente soportada dentro del componente es pequeña. La rigidez local de la pieza es relativamente pobre; la superficie de la fundición tiene estructuras de paredes delgadas relativamente muchas, la mayoría del espesor de las nervaduras es de 2-3 mm, y la mecanizabilidad es relativamente pobre; las fundiciones de precisión de aleación de titanio generalmente tienen cuatro escalones de diámetro. Los orificios focales y las orejetas de ranuras profundas son muy difíciles de procesar por CNC, y los requisitos de precisión de construcción como ancho de ranura, coaxialidad y diámetro también son muy altos.

El segundo aspecto son las características del blank de la fundición. Aunque el tamaño del blank de la fundición de precisión de aleación de titanio se ha fijado básicamente en esta etapa, es difícil controlar el error de precisión durante el proceso de forjado de la fundición de aleación de titanio, por lo que es fácil aparecer en el proceso de mecanizado CNC posterior. Los siguientes dos problemas: por un lado, es difícil lograr una coordinación efectiva entre la superficie no mecanizada y la mecanizada, y es fácil causar escalones de procesamiento en el proceso, lo que aumenta enormemente la carga de trabajo real del trabajo de rectificado del ajustador; por otro lado, aumentará el procesamiento de la fundición. El problema de tolerancia desigual conduce a deformación grave de las fundiciones durante las operaciones de mecanizado CNC.

El tercer aspecto es el análisis de las características de deformación de las piezas. Si la distribución de tensión de las fundiciones de aleación de titanio a gran escala no es uniforme, fácilmente conducirá a problemas graves de deformación de las fundiciones de aleación de titanio. Dado que la mayoría de las fundiciones de precisión de aleación de titanio grandes son estructuras de marco semi-cerrado, y hay pocos soportes internos fuertes, el extremo trasero de las fundiciones de precisión también mostrará una estructura abierta, la rigidez de la estructura de la pieza es pobre, y no hay refuerzo para las nervaduras de proceso. Por lo tanto, problemas de deformación como tensión de extremo abierto, dislocación en dirección de altura y flexión de perfil son propensos a ocurrir durante el procesamiento. Los principales factores de deformación incluyen eliminación excesiva de materiales locales e insuficiente liberación de tensión interna; después del vaciado del blank, la distribución de microestructura de las fundiciones de precisión no es lo suficientemente uniforme, lo que conduce al problema de liberación desequilibrada de tensión térmica.

A pesar de estos contratiempos, hay técnicas que hacen que el mecanizado de titanio sea más fácil.

¿Cuál es el método perfecto para mecanizar titanio?

Sobre la base de las características estructurales de las fundiciones de aleación de titanio grandes y las dificultades reales de procesamiento, se formula un plan tecnológico específico de control numérico, incluyendo sujeción, posicionamiento rápido, control de deformación y control de precisión dimensional.

Introducción detallada del mecanizado de titanio

Primero es el esquema de aplicación de tecnología de sujeción. Dado que la parte superior de la estructura de fundiciones de aleación de titanio grandes está mayormente en estado libre, las aberturas en ambos extremos de la fundición y los grandes orificios en el medio tienen rigidez relativamente débil. Generalmente, problemas de vibración son propensos a ocurrir durante el mecanizado, lo que afecta negativamente la calidad del mecanizado CNC. Ante este problema, puede optar por agregar tres conjuntos adicionales de herramientas de soporte ajustables en la plataforma de mecanizado CNC para mejorar efectivamente la rigidez real de la parte de mecanizado CNC de la fundición de precisión de aleación de titanio para garantizar la calidad y rendimiento de la superficie de la fundición de precisión durante el mecanizado CNC.

Segundo es el método de posicionamiento rápido. El trabajo de posicionamiento rápido es establecer un dispositivo de pasador de posicionamiento fijo en la parte de herramienta de la plataforma de procesamiento y establecer una estructura de orificio de posición en la posición correspondiente del jefe técnico del procesamiento de fundición para asegurar que el juego orificio-eje pueda hacerse eco, logrando así un posicionamiento rápido y preciso durante el proceso de mecanizado CNC. Al mismo tiempo, el pasador de posicionamiento en el extremo de origen de la herramienta necesita diseñarse cilíndrico, y el pasador de posicionamiento distal necesita diseñarse hexagonal, para dejar tolerancia extra para la deformación de mecanizado de la fundición sobre la base de fijar mejor la fundición de precisión. Sentar las bases para las operaciones de sujeción posteriores.

Tercero es el procesamiento de control de deformación. La optimización de herramientas de corte y parámetros relacionados viene primero. Al cortar fundiciones de precisión, la fuerza de corte es uno de los factores que tienen mayor impacto en la calidad de las fundiciones de precisión. La fuerza de corte determina en gran medida el calor de corte y la deformación de procesamiento de las fundiciones de aleación de titanio e incluso afecta la eficiencia real de corte. Por lo tanto, en el proceso de trabajo de corte, generalmente se selecciona una herramienta afilada con un borde agudo o un ángulo de ataque relativamente grande, y se usa un método de procesamiento en capas con pequeña profundidad de corte para reducir la probabilidad de problemas de deformación de fundiciones de precisión de aleación de titanio durante el proceso de mecanizado CNC. El segundo es la realización de afeitado sin tensión. Bajo la influencia de varias tensiones de procesamiento, las fundiciones de precisión de aleación de titanio tendrán ciertos problemas de deformación. En este caso, es necesario usar sujeción sin tensión y afeitado sin tensión, y otros métodos. Reducir la deformación de las fundiciones. Cuando la fundición de precisión de aleación de titanio grande está en estado libre, la superficie inferior del jefe de posicionamiento se amortigua con componentes como arandelas de cobre para asegurar que las piezas se sujeten sin tensión durante la operación de prensado, y el jefe de posicionamiento no se deformará, eliminando así el proceso de mecanizado. Problemas de tensión de sujeción y deformación de fundición que ocurren en el proceso.

Cuarto es el esquema de control de precisión dimensional. Antes de que comience el trabajo de mecanizado CNC, es necesario medir la superficie mecanizada y la no mecanizada de manera integral para facilitar la inspección de la deformación posterior y la tolerancia de mecanizado y determinar la tolerancia de mecanizado del programa CNC a través de los resultados de la inspección. En el proceso real de mecanizado CNC, debido al problema obvio de cedencia de cuchilla en la estructura de paredes delgadas de fundiciones de precisión de aleación de titanio a gran escala, la precisión de mecanizado CNC de fundiciones de precisión se ve fácilmente afectada, lo que eventualmente conduce a desigualdad local y diferencias de tamaño de fundiciones de precisión.

Características de las piezas de titanio CNC

• 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.

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