Domine el mecanizado CNC de titanio:consejos, desafíos y calidades de materiales

El titanio es un material extraordinario para el mecanizado CNC. Puede soportar altas temperaturas y es resistente a la corrosión química. Además, es liviano y tiene varias otras cualidades, lo que lo hace único y deseable para los fabricantes.

Las piezas de titanio mecanizadas por CNC son extremadamente duraderas, pero mecanizar el titanio puede resultar complicado debido a su alta resistencia a la tracción. En este artículo, brindaremos excelente información sobre el mecanizado CNC de titanio, cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para mecanizar titanio y consejos útiles para garantizar un mecanizado exitoso.

¿Por qué elegir titanio para piezas de mecanizado CNC?

Los beneficios clave del titanio CNC como material de fabricación incluyen su biocompatibilidad superior, su alto grado de resistencia a la corrosión y la relación resistencia-peso más alta de cualquier metal. Este metal también tiene una excelente ductilidad y buena maquinabilidad. Otras razones para elegir titanio para piezas de mecanizado CNC incluyen:

• Durabilidad:el titanio es muy duradero e ideal para fabricar piezas mecanizadas por CNC sujetas a condiciones de trabajo duras o extremas.
• No magnético:este metal no tiene características magnéticas. También tiene una excelente resistencia a la oxidación, por lo que es resistente a las fuerzas corrosivas.
• No tóxico:el titanio es resistente a la corrosión, tiene una alta biocompatibilidad y propiedades no tóxicas, lo que lo hace ideal para su uso en la industria médica.

Estas cualidades del titanio le dan aplicación en diversas industrias, incluidas la aeroespacial, médica y automotriz.

Desafíos a considerar al mecanizar titanio

Aunque el titanio CNC es un excelente material para muchos usos, los fabricantes suelen experimentar desafíos al mecanizarlo. Estos desafíos incluyen;

Alta reactividad química y irritación

Al mecanizar aleaciones de titanio, algunos gases pueden reaccionar con ellas, provocando problemas como oxidación de la superficie y fragilización. Puede debilitar los componentes y reducir su resistencia a la corrosión.

Además, este metal tiene un módulo de elasticidad bajo en comparación con su alta resistencia, lo que lo convierte en un material gomoso para mecanizar. Al ser gomoso, el titanio puede adherirse a la herramienta de corte CNC, provocando fallas y daños. Aparte del daño a la herramienta, el desgaste por fricción a menudo compromete la calidad del acabado superficial del titanio.

Acumulación de calor y fuerzas de corte

Mantener una temperatura fría mientras se mecaniza titanio es uno de los desafíos más difíciles. La razón es que el titanio tiene una baja conductividad térmica, lo que hace que la pieza de metal acumule calor donde el herramental es rápido. Se desgasta más rápido y podría afectar negativamente a la calidad de las superficies cortadas si no se manipula, especialmente al mecanizar aleaciones de titanio más duras.

Usar una mayor carga de viruta y menos RPM en la máquina CNC es esencial para estas aleaciones de titanio más resistentes. Un refrigerante a alta presión también puede ayudar a que sus herramientas de corte funcionen de manera más eficiente y creen piezas de titanio de mayor calidad.

Además, las aleaciones de titanio necesitan fuerzas de corte elevadas, lo que dificulta su corte. Estas fuerzas de corte a menudo provocan desgaste de las herramientas, piezas defectuosas y altas vibraciones, lo que afecta en consecuencia la calidad del producto y el acabado de la superficie.

Esfuerzos residuales y de endurecimiento

Debido a su estructura cristalina, las aleaciones de titanio no son extremadamente flexibles, lo que puede provocar problemas durante el mecanizado. Su estructura cristalina podría aumentar la fuerza de corte durante el mecanizado, disminuyendo la facilidad de mecanizado y aumentando las posibilidades de tensiones residuales. Estas tensiones pueden hacer que la posición se tuerza, se agriete o dure menos tiempo.

Consejos útiles para el mecanizado de titanio

Muchos talleres mecánicos dudan en trabajar con este material de última generación debido a las dificultades del mecanizado del titanio. Sin embargo, debido a sus cualidades excepcionales, muchos fabricantes están optando por utilizar titanio para producir piezas de alta calidad. Afortunadamente, los maquinistas CNC y los fabricantes de herramientas cualificados han desarrollado consejos útiles sobre el mecanizado de titanio.

Sujete las piezas de forma segura

Cualquier cosa que pueda hacer para disminuir la vibración facilitará el mecanizado del titanio porque el titanio ya es propenso a generar vibraciones en las herramientas. Para evitar la deflexión en la pieza de trabajo, sujete las piezas firmemente. Además, utilice máquinas CNC de primera categoría con disposiciones de herramientas extremadamente rígidas. Para minimizar la desviación de la herramienta, incluso puede considerar adoptar herramientas de corte más cortas.

Elija la herramienta de corte adecuada

Debido a la creciente demanda de titanio, los fabricantes de herramientas están desarrollando estrategias novedosas para aumentar la maquinabilidad del titanio. Las herramientas de corte con revestimientos de nitruro de carbono de titanio (TiCN) o nitruro de aluminio y titanio resistente al calor (TiAlN) pueden durar más.

En general, los maquinistas deben elegir herramientas específicas de titanio de calidad superior e inspeccionar y reemplazar periódicamente los equipos desgastados. Además, considere utilizar una herramienta con un diámetro más pequeño y más filos de corte para ayudar a garantizar que la velocidad de eliminación de la pieza de trabajo se mantenga estable y al mismo tiempo limitar la acumulación de calor.

Considere los parámetros de corte

El control de temperatura se debe utilizar con cuidado al mecanizar titanio. La aplicación constante de refrigerante a alta presión dirigido a la región de corte es una de las formas más sencillas de mantener frías la pieza de trabajo y las herramientas. Las virutas no se pegarán a las herramientas de mecanizado si las saca de la zona de corte.

Además, cuando se trabaja con titanio, es fundamental considerar las velocidades de avance, las velocidades del husillo y las cargas de viruta. Esto implica limitar la tensión ejercida sobre las herramientas y equipos y evitar permanecer demasiado tiempo en un solo lugar. También puede valer la pena investigar una estrategia de corte alternativa, como aumentar la profundidad de corte axial y disminuir el compromiso radial, para aumentar la efectividad del corte y reducir las temperaturas de mecanizado.

Evite el sobrecalentamiento mediante el uso de un sistema de enfriamiento de alta presión

El acabado de titanio exige que un porcentaje muy pequeño del radio de la herramienta esté en contacto, un avance por diente súper afilado y muy pequeño. Sin embargo, esto provocará que el calor sea difícil de eliminar del área de trabajo. Si se deja, eventualmente arruinará nuestras herramientas de corte y los efectos del calor harán que mantener las tolerancias sea un desafío. Por lo tanto, al cortar titanio, utilice la mejor configuración de refrigerante posible.

Una ayuda eficaz es un sistema de refrigeración de alta presión. Un husillo también podría ser esencial, según la aplicación. Aumentar la concentración de refrigerante también puede resultar beneficioso cuando se trabaja con titanio.

Diferentes grados de titanio para mecanizado CNC

Existen diferentes grados de titanio y tipos de aleaciones de titanio, cada uno con su aplicación ideal, ventajas y desventajas. Examinemos estas calificaciones en detalle.

Grado 1 (titanio puro con bajo contenido de oxígeno)

Entre los tipos de titanio más utilizados, ésta es la aleación de titanio más blanda y dúctil. El titanio de grado 1 tiene excelente maquinabilidad, tenacidad al impacto, resistencia a la corrosión y formabilidad. La desventaja es que tiene menor resistencia en comparación con otros grados de titanio. Este grado encuentra aplicación en las industrias médica, automotriz y aeroespacial.

Grado 2 (titanio puro con contenido de oxígeno estándar)

Esto también se conoce como titanio caballo de batalla. Tiene alta resistencia a la corrosión, solidez, conformabilidad, soldabilidad, ductilidad y baja resistencia. El titanio de grado 2 encuentra aplicación en las industrias médica y aeroespacial para la producción de motores de aviones.

Grado 3 (titanio puro con contenido medio de oxígeno)

Aunque no es tan popular comercialmente como los grados 1 y 2, este titanio tiene buenas propiedades mecánicas. Tiene una alta resistencia a la corrosión, así como maquinabilidad y resistencia. Encuentra aplicación en las industrias médica, marina y aeroespacial.

Grado 4 (Titanio puro con alto contenido de oxígeno)

Este grado de titanio tiene alta resistencia y resistencia a la corrosión. Sin embargo, no es fácil de mecanizar y a menudo requiere grandes cantidades de refrigerante y velocidad de avance. El titanio de grado 4 encuentra aplicación en recipientes criogénicos, equipos CPI, componentes de aeronaves, intercambiadores de calor, etc.

Los grados 1 a 4 anteriores son todos titanio puro, la siguiente sección trata sobre los diferentes grados de aleación de titanio.

Grado 5 (Ti6Al4V)

La aleación de titanio de grado 5 contiene un 4% de vanadio y un 6% de aluminio. No es tan fuerte como otras aleaciones pero tiene alta resistencia a la corrosión y conformabilidad. Es ideal para generación de energía, aplicaciones marinas y marinas, y estructuras críticas de fuselajes de aviones.

Grado 6 (Ti 5 Al-2.5Sn)

Este grado de titanio tiene buena estabilidad, resistencia y soldabilidad, especialmente a altas temperaturas, lo que les da aplicación en la producción de estructuras de aviones y motores a reacción.

Grado 7 (Ti-0,15Pd)

Este grado de titanio es similar al grado 2, con la única diferencia de su contenido en paladio, añadido para mejorar su resistencia a la corrosión. La aleación de titanio de grado 7 tiene una excelente conformabilidad y soldabilidad. Es ideal para su uso en la producción de equipos de procesamiento químico.

Grado 11 (Ti-0,15Pd)

El titanio de grado 11 es bastante similar al de grado 7. Sin embargo, es más dúctil y tiene una menor tolerancia a otras impurezas. Tiene una resistencia menor que el grado 7 y encuentra aplicación en la industria marina y de fabricación de clorato.

Grado 12 (Ti0.3Mo0.8Ni)

El titanio de grado 12 es bastante caro y contiene un 0,8% de níquel y un 0,3% de molibdeno, lo que le confiere una excelente soldabilidad, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión. Encuentra aplicación en intercambiadores de calor y carcasas, componentes marinos y aeronáuticos, etc.

Grado 23 (T6Al4V-ELI)

También conocido como intersticial extra bajo o TAV-EIL, el titanio de grado 23 comparte propiedades similares al grado 5 pero es más puro. Tiene buena tenacidad a la fractura, biocompatibilidad y pobre maquinabilidad relativa. Se utiliza en la producción de clavos, tornillos, grapas quirúrgicas y aparatos de ortodoncia ortopédicos.

¿Cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para mecanizar titanio?

Usar cualquier herramienta de corte al mecanizar titanio con CNC suele ser una mala idea. A continuación se explica cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para fresar titanio o cuando se utilizan otras técnicas de mecanizado CNC.

Tenga en cuenta el número de canales de la herramienta de corte

Debe aumentar el número de canales de fresado para obtener tiempos de ciclo del producto. Para el titanio, más dientes equivalen a menos castañeteo. Por ejemplo, una fresa de extremo de 10 flautas, si bien es apretada para las cargas de viruta ideal para la mayoría de los materiales, es perfecta para usar con titanio. Esto se debe principalmente a la necesidad de reducir los compromisos radiales.

Evite cortes interrumpidos y mantenga el filo afilado

Debido a su bajo módulo de Young, el titanio es fuerte y elástico. Esto significa que para eliminar de forma eficaz y sin frotar una viruta de la superficie, necesitamos una herramienta afilada.

Evite los cortes interrumpidos tanto como sea posible, ya que pueden martillar virutas en sus herramientas con bordes afilados, lo que posiblemente provoque fallas prematuras en la herramienta.

Tenga en cuenta el revestimiento de herramientas de corte

Los recubrimientos pueden mejorar en gran medida la capacidad de sus herramientas para soportar el calor producido por el titanio. TiAlN (nitruro de titanio y aluminio) es un recubrimiento adecuado a considerar. Imparte lubricidad para combatir la acumulación de bordes, el desgaste y la soldadura por viruta y es especialmente adecuado para las temperaturas experimentadas durante el mecanizado.

Pruebe fresas de alto avance al mecanizar titanio

Las fresas de alto avance son adecuadas para mantener un compromiso bajo cuando se trabaja con titanio axial y radialmente. Estas herramientas están diseñadas específicamente para realizar esa tarea de manera efectiva.

Acabados superficiales para piezas mecanizadas de titanio

Una variedad de técnicas de acabado de superficies, incluido el pulido de titanio, pueden mejorar los productos de titanio mecanizados por CNC por razones funcionales y estéticas. Estos acabados superficiales incluyen:

• Pulido
• Anodizado
• Cromado
• Recubrimiento en polvo
• Recubrimiento PVD
• Cepillado

Aplicaciones de piezas mecanizadas de titanio

Las piezas mecanizadas de titanio son duraderas, resistentes a la corrosión y estéticas. Estas cualidades les dan aplicaciones en una variedad de industrias.

Marina/Industria Naval

En comparación con la mayoría de los metales naturales, el titanio tiene una mayor resistencia a la corrosión. Esta resistencia lo hace ideal para producir ejes de hélice, robótica submarina, equipos de aparejo, válvulas de bola, intercambiadores de calor marinos, tuberías de sistemas contra incendios, bombas, revestimientos de chimeneas de escape y sistemas de refrigeración a bordo.

Aeroespacial

Debido a sus numerosas cualidades deseables, el titanio es un material muy buscado en la industria aeroespacial. Estas cualidades incluyen su alta relación resistencia-peso, excelente resistencia a la corrosión y capacidad en ambientes extremadamente calurosos. Las piezas de titanio en la industria aeroespacial incluyen componentes de asientos, componentes de turbinas, ejes, válvulas, carcasas y piezas de filtros, así como piezas para sistemas de generación de oxígeno.

Automoción

En el sector de la automoción, el titanio frente al aluminio es un argumento cada vez más candente, siendo el aluminio el que lleva ventaja debido a su disponibilidad y rentabilidad. Sin embargo, el titanio todavía se encuentra en la producción de piezas de automóviles. Los principales usos automotrices del titanio y sus aleaciones son la producción de válvulas, resortes de válvulas, retenedores, soportes de tope de automóviles, tuercas colgantes, pasadores de pistones de motores, resortes de suspensión, pistones de pinzas de freno, balancines de motores y bielas de motores de combustión interna.

Médico y Dental

La industria médica encuentra varias aplicaciones para el titanio debido a su alta resistencia a la corrosión, baja conductividad eléctrica y valores de pH fisiológico. Las piezas fabricadas con titanio utilizadas para la industria médica incluyen tornillos para huesos cónicos, rectos o autorroscantes, tornillos para implantes dentales, tornillos craneales para sistemas de fijación craneal, varillas, conectores y placas de fijación espinal, pasadores ortopédicos, etc.

Elija WayKen para mecanizar piezas de titanio

WayKen es una empresa experta en mecanizado CNC, con una gran especialidad en el mecanizado de titanio. Ofrecemos servicios de mecanizado CNC de titanio de alta calidad a industrias a precios altamente competitivos. Con mecanizado de 5 ejes y equipos de máquinas de precisión, nuestro equipo de diseñadores e ingenieros está siempre listo para tomar y procesar su pedido en el menor tiempo posible, reduciendo el tiempo de comercialización.

Conclusión

El titanio y sus aleaciones requieren un mecanizado cuidadoso para una producción óptima de las piezas. Es un metal muy diferente a sus homólogos como el acero y el latón. Requiere el uso de herramientas correctas, experiencia y paciencia. Por eso, a menudo es mejor subcontratar los proyectos de mecanizado CNC de titanio a profesionales como WayKen, que garantizan piezas de alta calidad con precisión.

Preguntas frecuentes

¿Es el titanio más difícil de mecanizar que el acero?

El titanio es más difícil de mecanizar que el acero, principalmente debido a su alto punto de fusión. También es muy maleable y, a menudo, se estira antes de romperse, lo que dificulta su mecanizado.

¿Cuál es la velocidad de avance del fresado de titanio?

Cuando se trabaja con titanio, esta plaquita debe cortarse a una velocidad de 40 a 150 m/min con una velocidad de avance de 0,03 a 0,15 mm por diente.

¿Cómo se alivia la tensión del titanio después del mecanizado?

Se pueden utilizar técnicas de alivio de tensiones en aleaciones de titanio sin comprometer su ductilidad o resistencia. Las piezas forjadas se producen calentando el metal a temperaturas entre 595 y 705 °C (1100 y 1300 °F) durante una o dos horas antes de enfriarlo con aire.