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 otras características que lo hacen único y atractivo para los fabricantes.
Las piezas de titanio mecanizadas por CNC son extremadamente duraderas, pero el mecanizado de titanio puede resultar complicado debido a su alta resistencia a la tracción. En este artículo, brindaremos información valiosa sobre el mecanizado CNC de titanio, cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para mecanizar titanio y brindaremos consejos útiles para un mecanizado exitoso.
¿Por qué elegir titanio para piezas de mecanizado CNC?
Las principales ventajas del titanio CNC como material de fabricación incluyen su excelente biocompatibilidad, 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 extremadamente duradero e ideal para producir piezas mecanizadas por CNC que están sujetas a condiciones de trabajo duras o extremas.
- No magnético: Este metal no tiene propiedades magnéticas. También tiene una excelente resistencia a la oxidación y, por tanto, es resistente a la corrosión.
- No tóxico: el titanio es resistente a la corrosión, tiene una alta biocompatibilidad y no es tóxico, lo que lo hace ideal para su uso en la industria médica.
Estas propiedades permiten que el titanio se utilice en una variedad de industrias, incluidas la aeroespacial, médica y automotriz.
Desafíos a considerar al mecanizar titanio
Si bien el titanio CNC es un material excelente para muchas aplicaciones, los fabricantes a menudo enfrentan desafíos al mecanizarlo. Estos desafíos incluyen:
Alta reactividad química y abrasión.
Al mecanizar aleaciones de titanio, algunos gases pueden reaccionar con ellas, provocando problemas como oxidación de la superficie y fragilización. Esto puede debilitar los componentes y reducir su resistencia a la corrosión.
Además, este metal tiene un bajo módulo de elasticidad en comparación con su alta resistencia, lo que lo convierte en un material gomoso para el mecanizado. Debido a que el titanio es gomoso, puede adherirse a la herramienta de corte CNC, provocando errores y daños. Además del daño a las herramientas, el desgaste a menudo afecta la calidad de la superficie del titanio.
Desarrollo de calor y fuerzas de corte.
Mantener una temperatura baja al mecanizar titanio es uno de los mayores desafíos. La razón de esto es que el titanio tiene una baja conductividad térmica, lo que hace que el calor se acumule rápidamente en la parte metálica en los lugares donde trabaja la herramienta. Esto conduce a un desgaste más rápido y puede tener un impacto negativo en la calidad de las superficies de corte si se ignora, especialmente al mecanizar aleaciones de titanio más duras.
Para estas aleaciones de titanio más duras, es fundamental utilizar una mayor carga de viruta y una menor velocidad en la máquina CNC. El refrigerante a alta presión también puede ayudar a que sus herramientas de corte funcionen de manera más eficiente y produzcan piezas de titanio de mayor calidad.
Además, las aleaciones de titanio requieren fuerzas de corte elevadas, lo que dificulta el corte. Estas fuerzas de corte a menudo resultan en desgaste de herramientas, piezas defectuosas y vibraciones severas, que a su vez afectan la calidad del producto y el acabado de la superficie.
Tensiones residuales y tensiones de endurecimiento.
Debido a su estructura cristalina, las aleaciones de titanio no son especialmente flexibles, lo que puede provocar problemas durante el mecanizado. Su estructura cristalina puede aumentar la fuerza de corte durante el mecanizado, reducir la facilidad de mecanizado y aumentar la probabilidad de tensiones residuales. Estas tensiones pueden hacer que la posición se deforme, se agriete o dure menos.
Consejos útiles para mecanizar titanio
Muchos talleres mecánicos dudan en trabajar con este material de última generación debido a la dificultad de mecanizar el titanio. Sin embargo, debido a sus propiedades excepcionales, muchos fabricantes optan por utilizar titanio para producir piezas de alta calidad. Afortunadamente, los maquinistas y fabricantes de herramientas CNC experimentados han desarrollado consejos útiles para mecanizar titanio.
Coloque las piezas de forma segura
Cualquier cosa que pueda hacer para reducir la vibración facilitará el mecanizado del titanio, ya que el titanio ya es susceptible a la vibración de la herramienta. Sujete las piezas de forma segura para evitar la deformación de la pieza de trabajo. Utilice también máquinas CNC de primera línea con diseños de herramientas extremadamente rígidos. Para minimizar la deformación de la herramienta, incluso podría considerar utilizar herramientas de corte más cortas.
Elija la herramienta de corte adecuada
Debido a la creciente demanda de titanio, los fabricantes de herramientas están desarrollando nuevas estrategias para mejorar la maquinabilidad del titanio. Las herramientas de corte con recubrimientos de nitruro de carbono y 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 la más alta calidad e inspeccionar y reemplazar periódicamente los equipos desgastados. Además, considere utilizar una herramienta de menor diámetro con más filos de corte para garantizar que la tasa de eliminación de piezas se mantenga constante y al mismo tiempo limite la generación de calor.
Considere los parámetros de corte
Al mecanizar titanio, se debe controlar cuidadosamente la temperatura. Una de las formas más sencillas de mantener frías la pieza de trabajo y la herramienta es aplicar refrigerante constante a alta presión en el área de corte. Cuando se sacan las virutas del área de corte, no se pegan a las herramientas de mecanizado.
Además, cuando se trabaja con titanio, es importante considerar los avances, las velocidades del husillo y las cargas de viruta. Esto significa limitar la exposición a herramientas y equipos y evitar permanecer en un lugar por mucho tiempo. También puede valer la pena considerar una estrategia de corte alternativa como B. Aumentar la profundidad de corte axial mientras se reduce el compromiso radial para aumentar el rendimiento de 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 requiere que un porcentaje muy pequeño del radio de la herramienta esté en contacto, una herramienta súper afilada con un avance por diente muy bajo. Sin embargo, esto genera un calor que es difícil de eliminar del área de trabajo. Si persiste acabará arruinando nuestras herramientas de corte y los efectos del calor dificultarán el mantenimiento de las tolerancias. Por lo tanto, utilice la mejor configuración de refrigerante posible al cortar titanio.
Una ayuda eficaz es el enfriamiento a alta presión. Dependiendo de la aplicación, también puede ser necesario un husillo. Al mecanizar titanio, también puede resultar beneficioso aumentar la concentración de refrigerante.
Diferentes tipos de titanio para mecanizado CNC
Existen diferentes grados de titanio y tipos de aleación de titanio, cada uno con su aplicación ideal, ventajas y desventajas. Veamos estas cualidades en detalle.
Grado 1 (titanio puro con bajo contenido de oxígeno)
Esta es la aleación de titanio más blanda y dúctil entre los tipos de titanio más utilizados. El titanio de grado 1 tiene excelente maquinabilidad, resistencia al impacto, resistencia a la corrosión y formabilidad. Por otro lado, su resistencia es menor comparada con otros tipos de titanio. Este grado se utiliza en las industrias médica, automotriz y de aviación.
Grado 2 (titanio puro con contenido de oxígeno estándar)
A esto también se le conoce como titán trabajador. Tiene alta resistencia a la corrosión, solidez, conformabilidad, soldabilidad, ductilidad y baja resistencia. El titanio de grado 2 se utiliza en las industrias médica y aeroespacial para fabricar 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. Es altamente resistente a la corrosión, mecanizable y robusto. Se utiliza en las industrias médica, marina y de aviación.
Grado 4 (titanio puro con alto contenido de oxígeno)
Este tipo de titanio tiene alta resistencia y resistencia a la corrosión. Sin embargo, no es fácil de mecanizar porque a menudo se requieren grandes cantidades de refrigerante y velocidades de avance. El titanio de grado 4 se utiliza en recipientes criogénicos, dispositivos CPI, componentes de aeronaves, intercambiadores de calor, etc.
Los grados 1 a 4 mencionados anteriormente están hechos de titanio puro. La siguiente sección trata de los diferentes grados de aleaciones de titanio.
Grado 5 (Ti6Al4V)
Las aleaciones de titanio de grado 5 contienen un 4% de vanadio y un 6% de aluminio. No son tan fuertes como otras aleaciones, pero tienen alta resistencia a la corrosión y conformabilidad. Son ideales para generación de energía, aplicaciones marinas y marinas, y estructuras críticas de aeronaves.
Grado 6 (Ti 5 Al-2.5Sn)
Este tipo de titanio tiene buena estabilidad, resistencia y soldabilidad, especialmente a altas temperaturas, lo que lo hace adecuado para su uso en la fabricación de estructuras de aviones y motores a reacción.
Clase 7 (Ti-0,15Pd)
Este grado de titanio es similar al grado 2. La única diferencia es el contenido de paladio, que se añade para mejorar la resistencia a la corrosión. La aleación de titanio de grado 7 tiene una excelente conformabilidad y soldabilidad. Es ideal para fabricar equipos de procesamiento químico.
Clase 11 (Ti-0,15Pd)
El titanio de grado 11 es bastante similar al de grado 7. Sin embargo, es más dúctil y tiene menor tolerancia a otros contaminantes. Tiene una resistencia inferior al Grado 7 y se utiliza en las industrias 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. Se utiliza en carcasas e intercambiadores de calor, componentes de barcos y aviones, etc.
Grado 23 (T6Al4V-ELI)
El titanio de grado 23, también conocido como intersticial extra bajo o TAV-EIL, tiene propiedades similares al titanio de grado 5 pero es más puro. Tiene buena resistencia a la fractura y biocompatibilidad, pero es relativamente difícil de mecanizar. Se utiliza en la fabricación de pasadores ortopédicos, tornillos, brackets quirúrgicos y aparatos de ortodoncia.
¿Cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para mecanizar titanio?
El uso de herramientas de corte en el mecanizado CNC de titanio generalmente no es una buena idea. Vea cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para fresar titanio o utilizar otras técnicas de mecanizado CNC.
Considere la cantidad de hojas de herramientas de corte.
Es necesario aumentar el número de canales de fresado para mejorar los tiempos del ciclo del producto. Con el titanio, más dientes significan menos vibraciones. Por ejemplo, una fresa de extremo de 10 flautas es estrecha para cargas de viruta ideales para la mayoría de los materiales, pero es perfecta para usar con titanio. Esto se debe principalmente a la necesidad de reducir las intervenciones radiales.
Evite cortes interrumpidos y mantenga la hoja afilada
Debido a su bajo módulo de elasticidad, el titanio es fuerte y elástico. Esto significa que necesitamos una herramienta afilada para eliminar las virutas de la superficie de manera eficiente y sin fricción.
Evite los cortes interrumpidos tanto como sea posible, ya que esto puede introducir virutas en sus herramientas con bordes afilados, lo que podría provocar una falla prematura de la herramienta.
Considere recubrir las herramientas de corte
Los recubrimientos pueden mejorar significativamente la capacidad de sus herramientas para resistir el calor generado por el titanio. Un recubrimiento adecuado es TiAlN (nitruro de aluminio y titanio). Proporciona lubricación para evitar la formación de bordes acumulados, excoriación y soldadura por viruta y es particularmente adecuado para las temperaturas encontradas durante el mecanizado.
Intente utilizar cortadores de alto avance al mecanizar titanio.
Las fresas de alto avance son adecuadas para profundidades de contacto bajas en el mecanizado axial y radial de titanio. Estas herramientas están diseñadas específicamente para realizar esta tarea de manera efectiva.
Acabado de superficies para piezas mecanizadas de titanio.
Varias 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 tratamientos superficiales incluyen:
- pulido
- Anodizado
- cromado
- Recubrimiento en polvo
- Recubrimiento PVD
- cepillar
Aplicaciones de piezas mecanizadas de titanio
Las piezas fabricadas en titanio son duraderas, resistentes a la corrosión y estéticas. Gracias a estas propiedades, pueden utilizarse en innumerables industrias.
Industria marítima/navegación
En comparación con la mayoría de los metales naturales, el titanio tiene una mayor resistencia a la corrosión. Esta durabilidad lo hace ideal para fabricar ejes de hélice, robots submarinos, equipos de amarre, válvulas de bola, intercambiadores de calor marinos, tubos de combustión, bombas, revestimientos de tubos de escape y sistemas de refrigeración integrados.
Aeroespacial
Debido a sus numerosas propiedades deseables, el titanio es un material muy buscado en la industria aeroespacial. Estas propiedades incluyen su alta relación resistencia-peso, excelente resistencia a la corrosión e idoneidad para ambientes extremadamente calurosos. Las piezas de titanio en la industria aeroespacial incluyen componentes de asientos, componentes de turbinas, piezas de eje, válvulas, carcasas y filtros, y piezas de sistemas de generación de oxígeno.
Industria automobilística
En el sector de la automoción, el titanio frente al aluminio es siempre un tema muy debatido, siendo el aluminio la ventaja por su disponibilidad y relación coste-beneficio. Sin embargo, el titanio todavía se utiliza en la fabricación de piezas de automóviles. Las principales aplicaciones del titanio y sus aleaciones en la industria automotriz son la fabricación de válvulas, resortes de válvulas, sellos, soportes de parada automática, tuercas superiores, pasadores de pistones de motores, resortes de suspensión, pistones de pinzas de freno, balancines de motor y bielas de componentes internos. motores de combustión.
Medicina y odontología
Debido a su alta resistencia a la corrosión, baja conductividad eléctrica y valores de pH fisiológico, el titanio tiene numerosas aplicaciones en la industria médica. Las piezas de titanio utilizadas en 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
Concluyendo
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 trabajar con él.
¿Cuál es la velocidad de avance al fresar titanio?
Al mecanizar titanio, esta plaquita debe cortarse a una velocidad de 40 a 150 m/min y un avance de 0,03 a 0,15 mm por diente.
¿Cómo hacer que el titanio esté libre de estrés después del procesamiento?
Se pueden aplicar técnicas de alivio de tensiones a las aleaciones de titanio sin comprometer su ductilidad o resistencia. Las piezas forjadas se fabrican calentando el metal a temperaturas entre 595 y 705 °C (1100 y 1300 °F) durante una o dos horas antes de dejarlo enfriar al aire.
