El titanio es un material muy utilizado en las industrias aeroespacial y médica debido a sus propiedades excepcionales. A pesar de su popularidad, el titanio es conocido por ser uno de los materiales más difíciles de mecanizar, y abundan las historias de herramientas rotas y piezas de trabajo arruinadas.
Este artículo ayudará a desmitificar los desafíos encontrados al mecanizar este material y brindará información sobre las técnicas que pueden mejorar las tasas de éxito del mecanizado de titanio.
Tipos de aleaciones de titanio
Como todos los demás metales, el titanio tiene numerosas aleaciones diferentes disponibles, cada una con su propio conjunto especial de propiedades y comportamiento. A continuación se muestra un resumen de los diferentes tipos:
titanio puro
Como sugiere el nombre, el titanio puro no contiene elementos de aleación y es el tipo de titanio más fácil de mecanizar.
Aleaciones alfa
Se refiere a aleaciones de titanio que contienen aluminio, oxígeno y/o nitrógeno.
Aleaciones beta
Se refiere a aleaciones de titanio que contienen molibdeno, hierro, vanadio, cromo y/o manganeso.
Mezclado
Se trata de una mezcla de aleaciones de titanio alfa y beta.
Beneficios de usar titanio
¿Por qué molestarse en utilizar titanio si es tan difícil de utilizar?
Las principales ventajas del titanio como material de fabricación son que es altamente resistente a la corrosión, tiene una biocompatibilidad excepcional y tiene la mejor relación resistencia-peso de cualquier metal. Estas cualidades lo convierten en un material especialmente buscado en las industrias aeroespacial y médica.
Desventajas de usar titanio
Debido a la afinidad del titanio con otros elementos, no se puede encontrar de forma natural y, por lo tanto, requiere procesos complejos y que consumen mucha energía para refinarlo. Esto significa que es muy caro en comparación con otros materiales habituales. Otra gran desventaja del titanio es su grado de dificultad a la hora de realizar procesos de mecanizado.
¿Qué hace que el titanio sea difícil de mecanizar?
Se sabe que el titanio es un material difícil de trabajar y muy sensible a varios factores. A continuación se enumeran algunos de los desafíos clave del mecanizado de titanio.
Ruta de herramienta
Elegir la trayectoria de herramienta correcta al mecanizar titanio es tan fundamental como elegir la herramienta correcta. Las trayectorias de herramientas que garantizan un acoplamiento constante del cortador en la pieza de trabajo son absolutamente necesarias al mecanizar titanio. Al cortar una ranura, una trayectoria de herramienta que incorpore un patrón trocoidal reducirá la cantidad de tiempo que cualquier ranura está acoplada al material, lo que ayuda a limitar la acumulación de calor. Hacer un arco con la herramienta de corte dentro y fuera de la pieza de trabajo ayuda a reducir los golpes y los movimientos bruscos que pueden dañar gravemente las herramientas.
Más refrigerante
El titanio es un aislante y, por tanto, el calor generado durante la operación de corte tiende a permanecer cerca de la herramienta de corte. Este calor embota la herramienta, lo que a su vez genera más calor y el ciclo continúa hasta que la herramienta falla por completo. Una solución obvia al calor excesivo es más refrigerante. Limpiar la zona de trabajo y la herramienta con refrigerante concentrado al 10 % procedente de un suministro de alta presión garantizará que el área de contacto se mantenga fría y que se puedan eliminar las virutas que transportan calor.
Refrigerante de alta presión
Para aplicaciones de torneado, la posición y presión del refrigerante es crucial. Con la aplicación adecuada, se pueden lograr velocidades superficiales y tasas de eliminación de metal mucho mayores. El único inconveniente de esto es que el material potencial se vuelve a depositar en la superficie de la pieza. Esto se puede superar planificando la estrategia de corte y también reduciendo la presión del refrigerante para los cortes de acabado finales.
sujeción de piezas
Otra parte crítica del sistema es la correcta sujeción de la pieza. Con la pieza de trabajo sujeta de forma segura, puede eliminar la vibración del proceso permitiendo obtener mejores datos de corte. Muchas piezas de titanio tienen una sección delgada debido a la naturaleza de su uso; el uso de soluciones de sujeción de piezas personalizadas para las operaciones finales producirá mejores resultados, permitiendo a menudo un mayor acceso y soporte al componente.
Estampación
Las herramientas con punta de carburo y revestimiento PVD son las más adecuadas para cortar titanio. También se encuentran disponibles recubrimientos para herramientas más nuevos y avanzados, como TiAIN (nitruro de aluminio y titanio). El titanio es un material relativamente elástico y, como tal, una herramienta afilada es absolutamente fundamental. Las herramientas desafiladas frotarán la superficie y provocarán vibraciones.
Control de virutas
El titanio puede producir virutas largas que pueden dañar fácilmente las herramientas y marcar la superficie de la pieza de trabajo. Además, las virutas largas y delgadas no son ideales ya que no ayudan a transferir el calor fuera de la zona de trabajo. Por lo tanto, las herramientas y las trayectorias de herramientas que permiten la creación de virutas más pequeñas y gruesas son ideales para mecanizar titanio.
Herramientas de máquina
Una máquina herramienta robusta es fundamental para mecanizar titanio con éxito. La fresadora de titanio ideal debe ser rígida y contar con husillos que puedan funcionar a bajas velocidades y con un par elevado. Esto ayuda a absorber las vibraciones y reducir las vibraciones durante el corte, lo cual es un problema común al mecanizar titanio.
alimentación constante
El titanio es propenso a endurecerse por trabajo, es decir, a medida que se corta el material, se vuelve más duro y, por lo tanto, aún más abrasivo para las herramientas. Un avance constante garantiza que el corte de material endurecido se mantenga al mínimo.
Mayor tasa de alimentación
Si la máquina lo permite, aumentar la velocidad de avance significa que la herramienta pasa menos tiempo en un área específica y, por lo tanto, tiene menos tiempo para permitir que se acumule calor y el endurecimiento por trabajo afecte el filo de la herramienta.
En conclusión
Ciertamente, el titanio no es un material sencillo con el que trabajar, pero sus propiedades materiales significan que llegó para quedarse. Con la máquina herramienta y la estrategia de mecanizado correctas, el titanio se puede cortar con facilidad. Comuníquese con un representante de Kingsbury para obtener asesoramiento experto sobre máquinas herramienta y estrategias diseñadas específicamente para fresar materiales como el titanio.
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