Usinagem CNC de titânio: um guia com dicas, desafios e notas

Usinagem CNC de peças de titânio

O titânio é um material notável para usinagem CNC. Pode suportar altas temperaturas e é resistente à corrosão química. Além disso, é leve e possui diversas outras características que o tornam único e atrativo para os fabricantes.

As peças de titânio usinadas em CNC são extremamente duráveis, mas a usinagem de titânio pode ser desafiadora devido à sua alta resistência à tração. Neste artigo, forneceremos informações valiosas sobre a usinagem CNC de titânio, como escolher as ferramentas de corte certas para a usinagem de titânio e forneceremos dicas úteis para uma usinagem bem-sucedida.

Por que escolher titânio para peças de usinagem CNC?

As principais vantagens do titânio CNC como material de fabricação incluem sua excelente biocompatibilidade, alto grau de resistência à corrosão e a maior relação resistência-peso de qualquer metal. Este metal também possui excelente ductilidade e boa usinabilidade. Outras razões para escolher titânio para peças de usinagem CNC incluem:

  • Durabilidade: O titânio é extremamente durável e ideal para a produção de peças usinadas CNC que estão sujeitas a condições de trabalho adversas ou extremas.
  • Não magnético: Este metal não possui propriedades magnéticas. Também possui excelente resistência à oxidação e, portanto, é resistente à corrosão.
  • Não tóxico: O titânio é resistente à corrosão, possui alta biocompatibilidade e não é tóxico, o que o torna ideal para uso na indústria médica.

Essas propriedades permitem que o titânio seja usado em diversas indústrias, incluindo aeroespacial, médica e automotiva.

Fresamento de titânio

Desafios a serem considerados ao usinar titânio

Embora o titânio CNC seja um excelente material para muitas aplicações, os fabricantes muitas vezes enfrentam desafios ao usiná-lo. Esses desafios incluem:

Alta reatividade química e abrasão

Ao usinar ligas de titânio, alguns gases podem reagir com elas, causando problemas como oxidação superficial e fragilização. Isto pode enfraquecer os componentes e reduzir a sua resistência à corrosão.

Além disso, esse metal possui baixo módulo de elasticidade comparado à sua alta resistência, tornando-o um material emborrachado para usinagem. Como o titânio é emborrachado, ele pode aderir à ferramenta de corte CNC, causando erros e danos. Além dos danos à ferramenta, o desgaste geralmente afeta a qualidade da superfície do titânio.

Desenvolvimento de calor e forças de corte

Manter uma temperatura baixa durante a usinagem de titânio é um dos maiores desafios. A razão para isso é que o titânio tem baixa condutividade térmica, o que faz com que o calor se acumule rapidamente na peça metálica nos locais onde a ferramenta trabalha. Isto leva a um desgaste mais rápido e pode ter um impacto negativo na qualidade das superfícies de corte se for ignorado, especialmente na usinagem de ligas de titânio mais duras.

Para essas ligas de titânio mais duras, é essencial usar uma carga de cavacos maior e uma velocidade mais baixa na máquina CNC. A refrigeração de alta pressão também pode ajudar suas ferramentas de corte a trabalhar com mais eficiência e produzir peças de titânio de maior qualidade.

Além disso, as ligas de titânio requerem altas forças de corte, o que dificulta o corte. Essas forças de corte geralmente resultam em desgaste da ferramenta, peças defeituosas e vibrações severas, o que, por sua vez, afeta a qualidade do produto e o acabamento superficial.

Tensões residuais e tensões de endurecimento

Devido à sua estrutura cristalina, as ligas de titânio não são particularmente flexíveis, o que pode causar problemas durante a usinagem. Sua estrutura cristalina pode aumentar a força de corte durante a usinagem, reduzir a facilidade de usinagem e aumentar a probabilidade de tensões residuais. Essas tensões podem fazer com que a posição deforme, rache ou dure menos.

Dicas úteis para usinagem de titânio

Muitas oficinas mecânicas hesitam em trabalhar com este material de ponta devido à dificuldade de usinar o titânio. No entanto, devido às suas propriedades excepcionais, muitos fabricantes optam por utilizar titânio para produzir peças de alta qualidade. Felizmente, maquinistas CNC experientes e fabricantes de ferramentas desenvolveram dicas úteis para usinar titânio.

Corte CNC de titânio

Anexe as peças com segurança

Qualquer coisa que você possa fazer para reduzir a vibração facilitará a usinagem do titânio, uma vez que o titânio já é suscetível à vibração da ferramenta. Fixe as peças com segurança para evitar deformação da peça de trabalho. Use também máquinas CNC de primeira linha com layouts de ferramentas extremamente rígidos. Para minimizar a deformação da ferramenta, você pode até considerar o uso de ferramentas de corte mais curtas.

Escolha a ferramenta de corte certa

Devido à crescente demanda por titânio, os fabricantes de ferramentas estão desenvolvendo novas estratégias para melhorar a usinabilidade do titânio. Ferramentas de corte com revestimentos de nitreto de carbono de titânio (TiCN) ou nitreto de alumínio de titânio resistente ao calor (TiAlN) podem durar mais.

No geral, os maquinistas devem escolher ferramentas específicas de titânio da mais alta qualidade e inspecionar e substituir regularmente equipamentos desgastados. Além disso, considere usar uma ferramenta de diâmetro menor com mais arestas de corte para garantir que a taxa de remoção da peça permaneça consistente e, ao mesmo tempo, limitar a geração de calor.

Considere os parâmetros de corte

Ao usinar titânio, a temperatura deve ser cuidadosamente controlada. Uma das maneiras mais fáceis de manter a peça e a ferramenta frias é aplicar refrigeração constante e de alta pressão na área de corte. Quando você sopra os cavacos para fora da área de corte, eles não grudam nas ferramentas de usinagem.

Além disso, ao trabalhar com titânio, é importante considerar taxas de avanço, velocidades do fuso e cargas de cavacos. Isso significa limitar a exposição a ferramentas e equipamentos e evitar permanecer no mesmo lugar por muito tempo. Uma estratégia de corte alternativa, como B. Aumentar a profundidade axial de corte e ao mesmo tempo reduzir o engate radial também pode valer a pena considerar para aumentar o desempenho de corte e reduzir as temperaturas de usinagem.

Evite o superaquecimento usando um sistema de resfriamento de alta pressão

O acabamento em titânio requer que uma porcentagem muito pequena do raio da ferramenta esteja em contato, uma ferramenta super afiada com avanço por dente muito baixo. No entanto, isto cria calor que é difícil de remover da área de trabalho. Se persistir, acabará por arruinar as nossas ferramentas de corte e os efeitos do calor dificultarão a manutenção das tolerâncias. Portanto, use a melhor configuração de refrigeração possível ao cortar titânio.

Uma ajuda eficaz é o resfriamento de alta pressão. Dependendo da aplicação, um fuso também pode ser essencial. Ao usinar titânio, aumentar a concentração do líquido refrigerante também pode ser benéfico.

Diferentes tipos de titânio para usinagem CNC

Existem diferentes graus de titânio e tipos de liga de titânio, cada um com sua aplicação ideal, vantagens e desvantagens. Vamos examinar essas qualidades em detalhes.

Grau 1 (titânio puro com baixo teor de oxigênio)

Esta é a liga de titânio mais macia e dúctil entre os tipos de titânio mais comumente usados. O titânio grau 1 possui excelente usinabilidade, resistência ao impacto, resistência à corrosão e conformabilidade. Por outro lado, a sua resistência é inferior em comparação com outros tipos de titânio. Esta classe é usada nas indústrias médica, automotiva e de aviação.

Grau 2 (titânio puro com teor de oxigênio padrão)

Isso também é conhecido como titã trabalhador. Possui alta resistência à corrosão, resistência, conformabilidade, soldabilidade, ductilidade e baixa resistência. O titânio grau 2 é usado nas indústrias médica e aeroespacial para fabricar motores de aeronaves.

Grau 3 (titânio puro com teor médio de oxigênio)

Embora não seja tão popular comercialmente quanto os graus 1 e 2, este titânio possui boas propriedades mecânicas. É altamente resistente à corrosão, usinável e robusto. É usado nas indústrias médica, naval e de aviação.

Grau 4 (titânio puro com alto teor de oxigênio)

Este tipo de titânio possui alta resistência e resistência à corrosão. No entanto, não é fácil de usinar porque muitas vezes são necessárias grandes quantidades de refrigerante e taxas de avanço. O titânio grau 4 é usado em vasos criogênicos, dispositivos CPI, componentes de aeronaves, trocadores de calor, etc.

Peça de titânio com superfície usinada

Os graus 1 a 4 mencionados acima são todos feitos de titânio puro. A próxima seção trata dos diferentes graus de ligas de titânio.

Grau 5 (Ti6Al4V)

As ligas de titânio grau 5 contêm 4% de vanádio e 6% de alumínio. Eles não são tão fortes quanto outras ligas, mas possuem alta resistência à corrosão e conformabilidade. Eles são ideais para geração de energia, aplicações offshore e marítimas e estruturas críticas de aeronaves.

Grau 6 (Ti 5 Al-2,5Sn)

Este tipo de titânio apresenta boa estabilidade, resistência e soldabilidade, principalmente em altas temperaturas, tornando-o adequado para utilização na fabricação de fuselagens e motores a jato.

Classe 7 (Ti-0,15Pd)

Este grau de titânio é semelhante ao grau 2. A única diferença é o teor de paládio, que é adicionado para melhorar a resistência à corrosão. A liga de titânio grau 7 possui excelente conformabilidade e soldabilidade. É ideal para a fabricação de equipamentos de processamento químico.

Classe 11 (Ti-0,15Pd)

O titânio grau 11 é bastante semelhante ao grau 7. No entanto, é mais dúctil e tem menor tolerância a outros contaminantes. Tem resistência inferior ao Grau 7 e é usado nas indústrias naval e de fabricação de clorato.

Grau 12 (Ti0,3Mo0,8Ni)

O titânio grau 12 é bastante caro e contém 0,8% de níquel e 0,3% de molibdênio, o que lhe confere excelente soldabilidade, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão. É usado em carcaças e trocadores de calor, componentes de navios e aeronaves, etc.

Grau 23 (T6Al4V-ELI)

O titânio grau 23, também conhecido como intersticial extra baixo ou TAV-EIL, tem propriedades semelhantes ao titânio grau 5, mas é mais puro. Possui boa resistência à fratura e biocompatibilidade, mas é relativamente difícil de usinar. É utilizado na fabricação de pinos ortopédicos, parafusos, braquetes cirúrgicos e aparelhos ortodônticos.

Como escolher as ferramentas de corte certas para usinar titânio?

Usar ferramentas de corte na usinagem CNC de titânio geralmente não é uma boa ideia. Veja como escolher as ferramentas de corte certas para fresar titânio ou ao usar outras técnicas de usinagem CNC.

Titânio CNC com ferramentas de corte

Considere o número de lâminas da ferramenta de corte

Você precisa aumentar o número de canais da fresa de topo para melhorar os tempos de ciclo do produto. Com o titânio, mais dentes significam menos vibração. Por exemplo, uma fresa de topo com 10 canais é estreita para cargas de cavacos ideais para a maioria dos materiais, mas é perfeita para uso com titânio. Isto se deve principalmente à necessidade de reduzir as intervenções radiais.

Evite cortes interrompidos e mantenha a lâmina afiada

Devido ao seu baixo módulo de elasticidade, o titânio é forte e elástico. Isso significa que precisamos de uma ferramenta afiada para remover cavacos da superfície com eficiência e sem atrito.

Evite cortes interrompidos tanto quanto possível, pois isso pode introduzir cavacos em suas ferramentas com arestas vivas, podendo levar à falha prematura da ferramenta.

Considere o revestimento de ferramentas de corte

Os revestimentos podem melhorar significativamente a capacidade das suas ferramentas de suportar o calor gerado pelo titânio. Um revestimento adequado é TiAlN (nitreto de alumínio e titânio). Ele fornece lubrificação para evitar a formação de arestas postiças, escoriações e soldagem de cavacos e é particularmente adequado para as temperaturas encontradas durante a usinagem.

Tente usar fresas de alto avanço ao usinar titânio

As fresas de alto avanço são adequadas para baixa profundidade de contato na usinagem axial e radial de titânio. Essas ferramentas são projetadas especificamente para realizar essa tarefa de maneira eficaz.

Acabamento de superfície para peças usinadas de titânio

Uma série de técnicas de acabamento de superfície, incluindo polimento de titânio, podem melhorar os produtos de titânio usinados em CNC por razões funcionais e estéticas. Esses tratamentos de superfície incluem:

  • polimento
  • Anodização
  • Cromagem
  • Revestimento em pó
  • Revestimento PVD
  • Escovar

Aplicações de peças usinadas de titânio

As peças feitas de titânio são duráveis, resistentes à corrosão e estéticas. Graças a essas propriedades, podem ser utilizados em inúmeras indústrias.

Aplicações de peças de titânio

Indústria marítima/navegação

Comparado com a maioria dos metais naturais, o titânio tem maior resistência à corrosão. Essa durabilidade o torna ideal para a fabricação de eixos de hélice, robôs subaquáticos, equipamentos de amarração, válvulas de esfera, trocadores de calor marítimos, tubos de incêndio, bombas, revestimentos de tubos de escape e sistemas de refrigeração integrados.

Aeroespacial

Devido às suas inúmeras propriedades desejáveis, o titânio é um material muito procurado na indústria aeroespacial. Essas propriedades incluem sua alta relação resistência/peso, excelente resistência à corrosão e adequação para ambientes extremamente quentes. As peças de titânio na indústria aeroespacial incluem componentes de assento, componentes de turbina, eixo, válvula, carcaça e peças de filtro e peças de sistema de geração de oxigênio.

Indústria automobilística

No setor automotivo, titânio versus alumínio é sempre um tema muito debatido, com o alumínio em vantagem devido à sua disponibilidade e custo-benefício. No entanto, o titânio ainda é utilizado na fabricação de peças automotivas. As principais aplicações do titânio e suas ligas na indústria automotiva são a fabricação de válvulas, molas de válvulas, retentores, suportes de parada automática, porcas de orelha suspensas, pinos de pistão de motor, molas de suspensão, pistões de pinças de freio, balancins de motor e bielas de motores de combustão interna.

Medicina e odontologia

Devido à sua alta resistência à corrosão, baixa condutividade elétrica e valores fisiológicos de pH, o titânio tem inúmeras aplicações na indústria médica. As peças de titânio utilizadas na indústria médica incluem parafusos ósseos cônicos, retos ou auto-roscantes, parafusos para implantes dentários, parafusos cranianos para sistemas de fixação craniana, hastes de fixação espinhal, conectores e placas, pinos ortopédicos, etc.

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Concluindo

Perguntas frequentes

O titânio é mais difícil de usinar do que o aço?

O titânio é mais difícil de usinar que o aço, principalmente devido ao seu alto ponto de fusão. Também é muito maleável e muitas vezes estica antes de quebrar, dificultando o trabalho.

Qual é a taxa de avanço ao fresar titânio?

Ao usinar titânio, esta pastilha deve ser cortada a uma velocidade de 40 a 150 m/min e um avanço de 0,03 a 0,15 mm por dente.

Como tornar o titânio livre de estresse após o processamento?

Técnicas de alívio de tensão podem ser aplicadas a ligas de titânio sem comprometer sua ductilidade ou resistência. Os forjamentos são feitos aquecendo o metal a temperaturas entre 595 e 705 °C (1100 e 1300 °F) por uma a duas horas antes de deixá-lo esfriar ao ar.

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