Cómo se puede mecanizar el titanio para componentes automotrices, aeroespaciales e industriales

El titanio se descubrió por primera vez en 1791, pero no comenzamos a darnos cuenta de su potencial industrial hasta 1948, cuando el gobierno de EE. UU. comenzó a financiar la investigación del titanio para su uso en aplicaciones de aviación, aeroespaciales y de defensa. El titanio es un mineral abundante; sin embargo, el proceso de transformación del mineral de titanio en titanio puro o sus aleaciones es complejo y costoso. Pagará una prima por el titanio nuevo y sus aleaciones en comparación con otros metales comunes utilizados en los procesos de mecanizado y fabricación.

El titanio ofrece una combinación única de propiedades 

El titanio es famoso por su relación peso-resistencia. Es un 45 % más ligero que el acero pero es igual de fuerte, y es un 60 % más pesado que el aluminio y es el doble de fuerte. El titanio puede tolerar temperaturas extremas debido a su resistencia a la fatiga de alto ciclo y su punto de fusión muy alto (3034 °F o 1668 °C) y también experimenta un cambio mínimo en las dimensiones en entornos de temperatura extrema debido a su bajo coeficiente de expansión térmica. Es preferible al aluminio y al acero para muchas aplicaciones debido a su resistencia a la corrosión y, a menudo, se utiliza en la industria médica porque es biocompatible y no magnético.

Esta combinación de propiedades presenta algunos desafíos cuando se trata de transformar titanio comercialmente puro y sus aleaciones en componentes para equipos automotrices, aeroespaciales, industriales, marinos, médicos y recreativos. ¿El titanio es mecanizable? Sí, pero deberá comprender cómo sus propiedades afectan las técnicas de mecanizado.

¿Se puede mecanizar el titanio? Sí, pero considere estos factores

El titanio es mecanizable, pero requiere consideraciones especiales en cuanto a los procesos de mecanizado. Debido a sus propiedades únicas, deberá tener cuidado al mecanizar titanio por las siguientes razones:

• Baja conductividad térmica puede resultar en una acumulación excesiva de calor en las herramientas de corte que afecta la calidad del acabado y acorta la vida útil de la herramienta.
• Tendencias de endurecimiento del trabajo y la adherencia de la aleación puede crear virutas largas y continuas que enredan la herramienta.
• Módulo de Young bajo puede causar vibración y rebote que da como resultado una mala calidad de la superficie.

Los maquinistas de titanio experimentados se enfrentan a estos desafíos utilizando la configuración adecuada, las herramientas correctas, la velocidad de corte y el balance de avance, y las técnicas de fresado.

Puerta ajustable de titanio para bicicleta de montaña (Imagen cortesía de Paragon Machine Works)

Selección y uso de herramientas

La selección y el cuidado adecuados de las herramientas son fundamentales para producir componentes de dimensiones precisas con acabados de alta calidad. Esto se puede lograr siguiendo las siguientes recomendaciones: 

• Mantenga los bordes afilados de la herramienta. Las herramientas desafiladas provocan una mayor acumulación de calor, provocan rasgaduras y producen un acabado superficial deficiente.
• Use herramientas de grado de carburo con recubrimientos de deposición física de vapor (PVD). Este revestimiento resiste la adherencia de la aleación y rompe eficientemente las virutas largas.
• Emplee herramientas de carburo recubiertas de nitruro de titanio y aluminio de acero de alta velocidad . Estos pueden ser óptimos para algunas aplicaciones, ya que ayudan a controlar las altas temperaturas generadas durante el corte, resisten la "pegajosidad" de la aleación y rompen las virutas largas.
• Considere usar una herramienta de paso fino o de mazorca de maíz. La geometría de la herramienta, en este caso un mayor número de filos, mejora la tasa de eliminación.

La dureza del titanio puede provocar vibraciones en la herramienta, lo que arruina el acabado de la superficie. Puede evitar esto asegurando un agarre firme en la pieza de trabajo de titanio y una configuración rígida de la máquina.

Alta velocidad de avance

En general, querrá mantener la velocidad de alimentación más alta posible que produzca la calidad de acabado requerida. Las recomendaciones del fabricante de la herramienta, la velocidad del husillo y la carga de virutas se tendrán en cuenta para calcular la velocidad de avance óptima. Una vez que la herramienta comience a cortar, evite las interrupciones. Mantenga la herramienta en movimiento para evitar el endurecimiento por trabajo, el agarrotamiento y el desgaste prematuro de la herramienta.

Velocidades de corte bajas

La velocidad de corte afecta la acumulación de calor en la herramienta. Un RPM bajo (revoluciones por minuto) combinado con una mayor carga de virutas puede ayudar a moderar la temperatura de la herramienta. El titanio comercialmente puro tolera velocidades más altas que las aleaciones de titanio. La técnica también influye en la velocidad de corte. Por ejemplo, el ranurado completo (acoplamiento de la herramienta de 180 grados) requiere una velocidad superficial baja. Sin embargo, al reducir el acoplamiento radial, también reduce el tiempo que el filo de corte genera calor y aumenta el tiempo de enfriamiento. Como resultado, con menos acoplamiento radial, puede aumentar la velocidad de corte y mantener una temperatura de herramienta aceptable.

El refrigerante es crítico

Teniendo en cuenta los problemas de calor involucrados en el mecanizado de titanio, el refrigerante es fundamental para producir el acabado deseado. Hay disponible una amplia variedad de refrigerantes solubles en agua para controlar la temperatura, eliminar las virutas, proteger el borde de la herramienta y prolongar su vida útil. Se requiere un suministro de refrigerante a alta presión para una eliminación eficiente de las virutas. Algunas operaciones de fresado pueden aprovechar las herramientas que envían refrigerante directamente al filo de corte a través del husillo.

Reduzca el coste de mecanizado de titanio 

En comparación con el mecanizado de metales comunes como el acero y el aluminio, las propiedades únicas del titanio exigen un nivel mucho mayor de habilidad y conocimiento de la interacción entre las herramientas de fresado y el metal para lograr el acabado requerido. El tiempo y la atención adicionales necesarios para mecanizar el titanio se suman a los costes ya elevados del titanio y sus aleaciones.

Como alternativa al costo del titanio nuevo, muchos talleres mecánicos están utilizando remanentes de titanio verificado en sus procesos de producción. Industrial Metal Service se especializa en suministrar remanentes de titanio utilizables a talleres mecánicos en el Área de la Bahía de San Francisco y más allá. Los remanentes se verifican utilizando tecnología de fluorescencia de rayos X para garantizar el grado de titanio. También podemos hacer arreglos para que los remanentes de titanio se corten a medida, lo que le facilitará el comienzo inmediato del proceso de mecanizado. Brindamos entregas regulares y confiables en toda el Área de la Bahía de San Francisco y, a menudo, enviamos titanio a talleres mecánicos en todo el país que no tienen un proveedor de metal local.