Mecanizado CNC de titanio: Todo lo que debe saber
El titanio es un excelente material de mecanizado con una amplia variedad de propiedades, favorecido para el mecanizado CNC debido a su excelente resistencia a la corrosión, resistencia al calor, durabilidad y buena biocompatibilidad para una amplia gama de aplicaciones médicas y de aviación aeroespacial. En este artículo se tratan conocimientos importantes sobre el mecanizado de titanio, incluyendo cómo elegir las herramientas, por qué el titanio es difícil de mecanizar, consejos para el mecanizado CNC de titanio y aplicaciones.
¿Qué es el titanio?
El titanio es un metal de transición de brillo blanco plateado que se descubrió en Inglaterra en 1791. Dos de las características más importantes del titanio son su relación fuerza-peso y su resistencia a la corrosión. Además, tiene una excelente biocompatibilidad y es inocuo incluso cuando se utiliza en grandes cantidades, lo que lo hace valioso en el campo médico. En la fabricación, el titanio suele alearse con aluminio, vanadio, circonio y molibdeno.
¿Por qué elegir titanio para el mecanizado CNC de piezas?
Aunque el titanio es caro de mecanizar, sigue siendo un material de fabricación popular. A continuación se enumeran las principales ventajas del titanio como material de mecanizado:
Resistencia a la corrosión: El titanio reacciona fácilmente con el oxígeno para formar una fina capa de óxido en su superficie, lo que le confiere una resistencia natural a la corrosión.
Relación resistencia/peso: La densidad del titanio es de 4,51 g/cm3, 57% del acero, lo que lo hace menos denso; el titanio pesa menos del doble que el aluminio y es tres veces más resistente.
Biocompatibilidad: El titanio tiene una gran biocompatibilidad. En el cuerpo humano, resiste la corrosión de las secreciones y no es tóxico, lo que lo convierte en un material ideal para la industria médica.
Durabilidad: El titanio tiene una resistencia muy alta, la resistencia específica de la aleación de titanio es 3,5 veces la del acero inoxidable, 1,3 veces la de la aleación de aluminio y 1,7 veces la de la aleación de magnesio.
No magnético: El titanio es no magnético, no se verá afectado por interferencias magnéticas, es un escáner médico, aviones, satélites, radares materiales importantes.
¿Por qué mecanizar titanio por CNC?
Debido a las características de la aleación de titanio, tales como alta resistencia y baja conductividad térmica, hay problemas tales como la dificultad de corte y mecanizado, baja eficiencia de mecanizado, y el desgaste de la herramienta grave, por lo que el coste de producción es alto. Sin embargo, con la mejora continua de corte CNC molienda tecnología de procesamiento de moldeo, el costo sigue disminuyendo, el proceso de mecanizado CNC es maduro y de alta precisión, sigue siendo la corriente principal actual de procesamiento de aleación de titanio.
¿Por qué es difícil mecanizar el titanio?
Temperatura Concentración
La conductividad térmica de la mayoría de las aleaciones de titanio es muy baja, sólo 1/7 de la del acero, 1/16 de la del aluminio y 1/25 de la del cobre. Por tanto, el calor generado durante el corte de aleaciones de titanio no se transfiere rápidamente a la pieza ni es arrastrado por las virutas, sino que se concentra en la zona de corte.
La temperatura generada en la punta de la herramienta puede alcanzar los 1.000°C, lo que provoca un rápido desgaste y agrietamiento del filo de la herramienta y la acumulación de virutas, acortando la vida útil de la herramienta.
Deformación elástica
El módulo de elasticidad de la aleación de titanio no es muy elevado, por ejemplo, el módulo de elasticidad del Ti-6Al-4V (titanio grado 5) es de sólo 110 Gpa, mientras que el módulo de elasticidad del acero 45 es de 210 Gpa, y el módulo elástico de aceros inoxidables como el 304 y el 316 también ronda los 200 Gpa. Por lo tanto, es fácil que se produzca una deformación elástica al mecanizar la aleación de titanio.
Vibración
La elasticidad de las aleaciones de titanio puede ser beneficiosa para el rendimiento de la pieza, pero la deformación elástica de la pieza durante el proceso de corte es una causa importante de vibración.
El mecanizado de aleaciones de titanio genera aproximadamente 10 veces más vibraciones que el acero. Como el calor del corte se concentra en la sección de corte, produce virutas irregulares y provoca fluctuaciones en la potencia de corte.
Consejos útiles para el mecanizado de titanio
Refrigeración
Utilice refrigerante para reducir las altas temperaturas de corte. El refrigerante de aceite insoluble es adecuado para el corte pesado de baja velocidad, y el refrigerante de corte soluble es adecuado para el corte de alta velocidad. Los métodos de corte a baja temperatura, como el uso de nitrógeno líquido (-180°C) o CO2 líquido (-76°C) como fluido de corte, pueden reducir eficazmente la temperatura de la zona de corte, mejorar la calidad de las superficies mecanizadas y prolongar la vida útil de las herramientas de corte.
Selección de herramientas de corte adecuadas
La selección de los herramientas de corte puede mejorar considerablemente la eficacia del mecanizado. Dado que el calor de la aleación de titanio depende principalmente del filo de corte y del refrigerante que se dispersa, en lugar de descargarse a través de las virutas como en el caso del acero, la pequeña parte del filo de corte debe soportar grandes tensiones térmicas y mecánicas. Mantener el filo de corte afilado reduce las fuerzas de corte. En caso necesario, pueden utilizarse herramientas recubiertas para minimizar la pegajosidad de la aleación y romper las virutas excesivamente largas.
Avance constante o aumento del avance
Durante el corte, la dureza de las aleaciones de titanio aumenta, lo que acelera el desgaste de la herramienta. Por lo tanto, mantener un avance constante es esencial para minimizar el endurecimiento por deformación. Si el rendimiento del equipo lo permite, intente aumentar la velocidad de avance para minimizar la posibilidad de acumulación de calor y endurecimiento por deformación.
Cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para mecanizar titanio？
Cuando se mecaniza titanio con CNC, a menudo es un reto utilizar las herramientas de corte adecuadas, y estos son los factores que deben tenerse en cuenta:
Número de filos en las herramientas de corte
En el caso del titanio, cuanto mayor sea el número de filos, menor será el patrón de vibración. Para conseguir ciclos de mecanizado más cortos, debe aumentar el número de filos de viruta de su fresa. Por ejemplo, una fresa de 10 filos tiene una carga de viruta baja para la mayoría de los materiales, pero es ideal para el titanio. Esto reduce principalmente el compromiso radial.
Geometría de la herramienta
La selección de la geometría adecuada de la herramienta, incluidos el ángulo de corte, el ángulo delantero y el ángulo trasero, puede reducir la fuerza de corte y el calor de corte. Cuando se mecaniza aleación de titanio, por lo general se debe seleccionar un ángulo frontal más pequeño, lo que puede mejorar significativamente la resistencia de su filo de corte y la resistencia al astillado; la selección de un ángulo trasero más grande puede reducir el área de contacto entre la parte posterior de la herramienta y la superficie de transición y la superficie de mecanizado.
Fresa de alto avance
Las fresas de alto avance son adecuadas para mantener un bajo compromiso al mecanizar titanio axial y radial. Las fresas de alto avance son ideales para minimizar la interacción al mecanizar titanio en dirección radial utilizando un CNC de 5 ejes.
Recubrimientos para herramientas de corte
Los recubrimientos pueden ser eficaces para reducir la fricción y mejorar la resistencia a altas temperaturas de las herramientas de corte.TiAlN (Titanium Aluminum Nitride PVD Coating) es un excelente recubrimiento utilizado en una amplia gama de herramientas de corte. Es lubricante, evita la acumulación de virutas, el desgaste y la soldadura de virutas, y es ideal para las temperaturas utilizadas en el fresado CNC de aleaciones de titanio.
Mantiene el filo afilado y evita interrupciones del corte
Debido a su bajo módulo de Young, el titanio tiene una gran resistencia y elasticidad. Esto significa que, para eliminar las virutas de la superficie de forma eficaz y sin fricción, debemos utilizar herramientas afiladas. Intente evitar el corte intermitente, ya que este tipo de corte presiona las virutas contra la herramienta afilada y puede provocar un fallo prematuro de la herramienta.
Acabados superficiales para piezas mecanizadas de titanio
- Electroforesis
- Granallado
- Pulido
- Cromado
- Pintura
- Revestimiento PVD
- Recubrimiento en polvo
Aplicaciones de las piezas mecanizadas de titanio
Las piezas mecanizadas de titanio son duraderas, resistentes a la corrosión y estéticamente agradables. Estas propiedades las hacen adecuadas para su uso en una gran variedad de industrias
Aeroespacial
El titanio es un material indispensable en la industria aeroespacial por su ligereza, su excelente tenacidad a bajas temperaturas y su resistencia a altas temperaturas. En la industria aeroespacial, el titanio se utiliza en la fabricación de carcasas de motores de cohetes, carcasas de satélites artificiales, naves espaciales, contenedores de temperaturas ultrabajas y depósitos de almacenamiento de naves espaciales tripuladas. En la fabricación aeronáutica, el titanio y sus aleaciones desempeñan un papel importante en la fabricación de discos de turbina de avión, palas, remaches, carcasas, componentes estructurales del fuselaje, etc.
Química
El titanio se utiliza a menudo en la industria petroquímica para fabricar intercambiadores de calor, reactores, tanques de almacenamiento y otros equipos debido a su alto nivel de resistencia a la corrosión y al calor. Especialmente en algunas ocasiones en las que se requiere una alta resistencia a la corrosión, el titanio es más utilizado.
Médico
El titanio se utiliza ampliamente en dispositivos médicos por su excelente biocompatibilidad, amagnetismo y resistencia a la corrosión. El titanio de uso médico se emplea en la fabricación de articulaciones artificiales, huesos artificiales, implantes dentales, marcapasos y otros dispositivos médicos. Estos productos de titanio tienen una buena compatibilidad con los huesos y tejidos humanos y pueden implantarse en el cuerpo durante largos periodos de tiempo sin reacciones adversas.
Automoción
El titanio tiene un peso ligero, buena resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión, por lo que su uso está cada vez más extendido en la industria del automóvil, incluida la fabricación de componentes de motor, bielas, cigüeñales, sistemas de escape y piezas de carrocería y chasis. El uso de aleaciones de titanio para fabricar piezas puede reducir significativamente el peso de los automóviles, mejorar la eficiencia del combustible y prolongar la vida útil.
Marina
La resistencia a la corrosión del titanio le permite funcionar de forma estable en el agua de mar durante largos períodos de tiempo. Submarinos de titanio hecho, no sólo puede resistir la corrosión del agua de mar (de acuerdo a los experimentos, el titanio en el fondo del mar durante 20 a 50 años no se corroe), pero también resistente a la presión profunda, su profundidad de inmersión que los submarinos de acero inoxidable aumentó en 80%. Al mismo tiempo, el titanio es no magnético, no será encontrado por las minas, tiene un muy buen papel anti-guardián. A menudo se utiliza en la fabricación de equipos de desalinización, equipos de perforación de petróleo en alta mar, planta de energía de conversión de energía térmica del océano.
Deportes y artículos de uso diario
La resistencia a la corrosión y la estética del titanio lo hacen ideal para su uso en artículos deportivos y de uso general. El titanio se consume en grandes cantidades en el sector mundial de fabricación de equipos de golf, con más de 6.000 toneladas de titanio utilizadas en la fabricación de equipos de golf de titanio cada año. Además, el titanio se utiliza ampliamente en raquetas de tenis, raquetas de bádminton, bastones de esquí, palas de nieve, bastones de alpinismo, clavos de trekking, trineos, máscaras de esgrima, cañas de pescar, bicicletas, monturas de gafas, utensilios de comida, relojes, artesanía y otros artículos domésticos.
El titanio tiene una amplia gama de aplicaciones que abarcan la industria aeroespacial, química, médica, automovilística, naval, deportiva y las necesidades diarias. Con el progreso continuo de la ciencia y la tecnología y la mejora continua del rendimiento de los materiales de titanio, las aplicaciones del titanio seguirán ampliándose.
Calidades comunes de titanio para mecanizado CNC
En el mecanizado CNC, los tipos de titanio y aleaciones de titanio se clasifican principalmente según sus composiciones y aplicaciones, los tipos comunes son Titanio de grado 1titanio de grado 2, titanio de grado 3, titanio de grado 4, titanio de grado 5, titanio de grado 6, titanio de grado 7, titanio de grado 23, etc. Si quiere saber más sobre el titanio, no se pierda nuestro blog - qué es el titanio: la guía definitiva .
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Conclusión
Al leer este blog, debe haber adquirido una comprensión global de mecanizado cnc de titanio. El mecanizado del titanio y sus aleaciones requiere una atención especial y una manipulación delicada para garantizar la producción óptima de la pieza. A diferencia de metales comunes como el acero y el cobre, el mecanizado de titanio presenta sus propios retos y requiere el uso de las herramientas adecuadas, técnicas especializadas y paciencia suficiente. Por este motivo, a menudo es mejor subcontratar proyectos de mecanizado CNC de titanio a un equipo especializado como DEKdonde podemos garantizar la alta calidad y precisión de las piezas.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el coste del mecanizado CNC de titanio?
El coste del mecanizado CNC de titanio puede variar en función de varios factores, como la complejidad de la pieza, su tamaño, las tolerancias requeridas, la cantidad producida y el grado de titanio utilizado.
¿Qué tipos de herramientas de corte se utilizan habitualmente para mecanizar titanio?
Herramientas de acero rápido (HSS); plaquitas de metal duro; plaquitas cerámicas y herramientas de diamante policristalino (PCD)
¿Cuál es la velocidad de corte del titanio?
Cuando se mecaniza titanio con CNC, se recomiendan velocidades de corte bajas. Las temperaturas de la punta de la herramienta pueden aumentar fácilmente con velocidades de corte más altas, lo que puede comprometer las herramientas.
¿Se deforma el titanio al mecanizarlo?
El titanio puede alabearse durante el mecanizado debido a su baja conductividad térmica y alta resistencia, que provocan acumulación de calor y tensiones residuales. Para minimizar el alabeo son necesarias técnicas de refrigeración y mecanizado adecuadas.
