Maquinação CNC de titânio: Tudo o que precisa de saber

O titânio é um excelente material de maquinagem com uma grande variedade de propriedades, preferido para maquinagem CNC devido à sua excelente resistência à corrosão, resistência ao calor, durabilidade e boa biocompatibilidade para uma vasta gama de aplicações médicas e de aviação aeroespacial. Este artigo aborda conhecimentos importantes sobre a maquinagem de titânio, incluindo como escolher ferramentas, porque é que o titânio é difícil de maquinar, dicas para a maquinagem CNC de titânio e aplicações.

O que é o titânio?

O titânio é um metal de transição com um brilho branco prateado que foi descoberto em Inglaterra em 1791. Duas das caraterísticas mais importantes do titânio são a sua relação força/peso e a sua resistência à corrosão. Para além disso, tem uma excelente biocompatibilidade e é inofensivo mesmo quando utilizado em grandes quantidades, o que o torna valioso no campo da medicina. No fabrico, o titânio é frequentemente ligado com alumínio, vanádio, zircónio e molibdénio.

Porquê escolher o titânio para peças de maquinagem CNC?

Embora a maquinagem do titânio seja dispendiosa, este continua a ser um material de fabrico popular. Seguem-se as principais vantagens do titânio como material de maquinagem:

Resistência à corrosão: O titânio reage prontamente com o oxigénio para formar uma fina camada de óxido na sua superfície, resultando numa resistência natural à corrosão.

Relação resistência/peso: A densidade do titânio é de 4,51g/cm3, 57% do aço, o que o torna menos denso; o titânio é menos do dobro do peso do alumínio e três vezes mais forte.

Biocompatibilidade: O titânio tem uma elevada biocompatibilidade. No corpo humano, resiste à corrosão das secreções e não é tóxico, o que o torna um material ideal para a indústria médica.

Durabilidade: O titânio tem uma resistência muito elevada, a resistência específica da liga de titânio é 3,5 vezes superior à do aço inoxidável, 1,3 vezes superior à da liga de alumínio e 1,7 vezes superior à da liga de magnésio.

Não magnético: O titânio não é magnético, não será afetado por interferências magnéticas, é um material importante para scanners médicos, aviões, satélites e radares.

Porquê maquinação CNC de titânio?

Devido às caraterísticas da liga de titânio, como alta resistência e baixa condutividade térmica, existem problemas como corte e maquinação difíceis, baixa eficiência de maquinação e desgaste grave da ferramenta, pelo que o custo de produção é elevado. No entanto, com a melhoria contínua da tecnologia de processamento de moldagem de moagem de corte CNC, o custo continua a diminuir, o processo de usinagem CNC é maduro e de alta precisão, ainda é o atual processamento principal da liga de titânio.

Porque é que o titânio é difícil de maquinar?

Temperatura Concentração

A condutividade térmica da maioria das ligas de titânio é muito baixa, apenas 1/7 do aço, 1/16 do alumínio e 1/25 do cobre. Por conseguinte, o calor gerado durante o corte de ligas de titânio não é rapidamente transferido para a peça de trabalho ou transportado pelas aparas, mas concentra-se na área de corte.

A temperatura gerada na ponta da ferramenta pode atingir os 1.000°C, resultando num rápido desgaste e fissuração da aresta de corte da ferramenta e na acumulação de aparas, encurtando a vida útil da ferramenta.

Deformação elástica

O módulo de elasticidade da liga de titânio não é muito elevado, por exemplo, o módulo de elasticidade do Ti-6Al-4V (titânio de grau 5) é de apenas 110 Gpa, enquanto o módulo de elasticidade do aço 45 é de 210 Gpa, e o módulo de elasticidade do aço inoxidável, como o 304 e o 316, é também de cerca de 200 Gpa. Por conseguinte, a deformação elástica é fácil de ocorrer durante a maquinagem da liga de titânio.

Vibração

A elasticidade das ligas de titânio pode ser benéfica para o desempenho da peça, mas a deformação elástica da peça de trabalho durante o processo de corte é uma causa significativa de vibração.

A maquinagem de ligas de titânio gera aproximadamente 10 vezes mais vibrações do que o aço. Como o calor do corte se concentra na secção de corte, produz aparas irregulares e provoca flutuações na potência de corte.

Conselhos úteis para a maquinagem de titânio

Arrefecimento

Utilizar líquido de refrigeração para reduzir as temperaturas de corte elevadas. O líquido de arrefecimento de óleo insolúvel é adequado para corte pesado a baixa velocidade, e o líquido de arrefecimento de corte solúvel é adequado para corte a alta velocidade. Os métodos de corte a baixa temperatura, como a utilização de azoto líquido (-180°C) ou CO2 líquido (-76°C) como fluido de corte, podem reduzir eficazmente a temperatura da zona de corte, melhorar a qualidade das superfícies maquinadas e prolongar a vida útil das ferramentas de corte.

Seleção de ferramentas de corte adequadas

A seleção de ferramentas de corte pode melhorar significativamente a eficiência da maquinagem. Uma vez que o calor da liga de titânio depende principalmente da dispersão da aresta de corte e do líquido de refrigeração, em vez de ser descarregado através das aparas como no caso do aço, a pequena parte da aresta de corte tem de suportar grandes tensões térmicas e mecânicas. Manter a aresta de corte afiada reduz as forças de corte. Quando necessário, podem ser utilizadas ferramentas revestidas para minimizar a viscosidade da liga e para quebrar limalhas demasiado longas.

Avanço constante ou aumento da taxa de avanço

Durante o corte, a dureza das ligas de titânio aumenta, o que acelera o desgaste da ferramenta. Por conseguinte, manter um avanço constante é essencial para minimizar o endurecimento por trabalho. Se o desempenho do equipamento permitir, tente aumentar a taxa de avanço para minimizar a possibilidade de acumulação de calor e endurecimento por trabalho.

Como escolher as ferramentas de corte corretas para a maquinagem de titânio？

Na maquinação CNC de titânio, é muitas vezes difícil utilizar as ferramentas de corte corretas, e aqui estão os factores que devem ser considerados:

Número de arestas nas ferramentas de corte

No caso do titânio, quanto maior for o número de arestas, menor será o padrão de vibração. Para obter ciclos de maquinação mais curtos, é necessário aumentar o número de canais de apara na sua ferramenta de fresagem. Por exemplo, uma fresa de topo de 10 canais tem uma carga de apara baixa para a maioria dos materiais, mas é ideal para titânio. Isto reduz principalmente o empenhamento radial.

Geometria da ferramenta

A seleção da geometria adequada da ferramenta, incluindo o ângulo de corte, o ângulo frontal e o ângulo traseiro, pode reduzir a força de corte e reduzir o calor de corte. Ao maquinar liga de titânio, deve ser selecionado um ângulo frontal mais pequeno, o que pode melhorar significativamente a força da aresta de corte e a resistência à lascagem; a seleção de um ângulo traseiro maior pode reduzir a área de contacto entre a parte de trás da ferramenta e a superfície de transição e a superfície de maquinagem.

Fresa de alto avanço

As fresas de alto avanço são adequadas para manter um baixo engate na maquinação axial e radial de titânio. As fresas de alto avanço são ideais para minimizar a interação durante a maquinação de titânio na direção radial utilizando um CNC de 5 eixos.

Revestimentos para ferramentas de corte

Os revestimentos podem ser eficazes na redução da fricção e na melhoria da resistência a altas temperaturas das ferramentas de corte. O TiAlN (revestimento PVD de nitreto de alumínio e titânio) é um excelente revestimento utilizado numa vasta gama de ferramentas de corte. É lubrificante, evita a acumulação de aparas, o desgaste e a soldadura de aparas, e é ideal para as temperaturas utilizadas na fresagem CNC de ligas de titânio.

Mantém o fio de corte afiado e evita interrupções no corte

Devido ao seu baixo módulo de Young, o titânio tem uma elevada resistência e elasticidade. Isto significa que, para remover as limalhas da superfície de forma eficiente e sem fricção, é necessário utilizar ferramentas afiadas. Tente evitar o corte intermitente, uma vez que este tipo de corte pressiona as limalhas contra a ferramenta afiada e pode levar a uma falha prematura da ferramenta.

Acabamentos de superfície para peças maquinadas em titânio

• Eletroforese
• Jateamento de esferas
• Polimento
• Cromagem
• Pintura
• Revestimento PVD
• Revestimento em pó

Aplicações das peças maquinadas em titânio

As peças maquinadas em titânio são duráveis, resistentes à corrosão e esteticamente agradáveis. Estas propriedades tornam-nas adequadas para utilização numa variedade de indústrias

Aeroespacial

O titânio é um material indispensável na indústria aeroespacial devido à sua leveza, excelente tenacidade a baixas temperaturas e resistência a altas temperaturas. Na indústria aeroespacial, o titânio é utilizado no fabrico de carcaças de motores de foguetões, carcaças de satélites artificiais, naves espaciais, contentores de temperatura ultra baixa e tanques de armazenamento em naves espaciais tripuladas. No fabrico de aeronaves, o titânio e as suas ligas desempenham um papel importante no fabrico de discos de turbinas de aeronaves, lâminas, rebites, caixas, componentes estruturais da fuselagem, etc.

Química

O titânio é frequentemente utilizado na indústria petroquímica para fabricar permutadores de calor, reactores, tanques de armazenamento e outros equipamentos devido ao seu elevado nível de resistência à corrosão e ao calor. Especialmente em algumas ocasiões em que é necessária uma elevada resistência à corrosão, o titânio é mais amplamente utilizado.

Médico

O titânio é amplamente utilizado em dispositivos médicos devido à sua excelente biocompatibilidade, não magnética e resistência à corrosão. O titânio de qualidade médica é utilizado no fabrico de articulações artificiais, ossos artificiais, implantes dentários, pacemakers e outros dispositivos médicos. Estes produtos de titânio têm uma boa compatibilidade com os ossos e tecidos humanos e podem ser implantados no corpo durante longos períodos de tempo sem reacções adversas.

Automóvel

O titânio tem um peso leve, boa resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão, pelo que é cada vez mais utilizado na indústria automóvel, incluindo o fabrico de componentes de motores, bielas, cambotas, sistemas de escape, peças da carroçaria e do chassis. A utilização de ligas de titânio no fabrico de peças pode reduzir significativamente o peso dos automóveis, melhorar a eficiência do combustível e prolongar a vida útil.

Marinha

A resistência à corrosão do titânio permite-lhe funcionar de forma estável na água do mar durante longos períodos de tempo. Os submarinos fabricados em titânio, não só podem resistir à corrosão da água do mar (de acordo com experiências, o titânio no fundo do mar durante 20 a 50 anos não será corroído), mas também resistente à pressão profunda, a sua profundidade de mergulho do que os submarinos de aço inoxidável aumentou em 80%. Ao mesmo tempo, o titânio é não-magnético, não será encontrado por minas, tem um papel anti-guarda muito bom. Frequentemente utilizado no fabrico de equipamento de dessalinização, equipamento de perfuração de petróleo offshore, central eléctrica de conversão de energia térmica oceânica.

Desporto e bens de consumo diário

A resistência à corrosão e a estética do titânio tornam-no ideal para utilização em artigos desportivos e gerais. O titânio é consumido em grandes quantidades no sector global de fabrico de equipamento de golfe, com mais de 6.000 toneladas de titânio utilizadas no fabrico de equipamento de golfe em titânio todos os anos. Além disso, o titânio é largamente utilizado em raquetes de ténis, raquetes de badminton, bastões de esqui, pás de neve, bastões de alpinismo, espigões de trekking, trenós, máscaras de esgrima, varas de pesca, bicicletas, armações de óculos, utensílios alimentares, relógios, artesanato e outros artigos domésticos.

O titânio tem uma vasta gama de aplicações que abrangem a indústria aeroespacial, química, médica, automóvel, marítima, desportiva e necessidades diárias. Com o progresso contínuo da ciência e da tecnologia e a melhoria contínua do desempenho do material de titânio, as aplicações do titânio continuarão a expandir-se.

Graus comuns de titânio para maquinagem CNC

Na maquinagem CNC, os tipos de titânio e ligas de titânio são principalmente classificados de acordo com as suas composições e aplicações, os tipos comuns são Titânio de grau 1titânio de grau 2, titânio de grau 3, titânio de grau 4, titânio de grau 5, titânio de grau 6, titânio de grau 7, titânio de grau 23, etc. Se quiser saber mais sobre o titânio, então não pode perder o nosso blogue - o que é o titânio: o guia definitivo .

Escolha a DEK para maquinação de peças em titânio

A DEK é uma empresa de maquinação CNC profissional e experiente, especializada na maquinação de ligas de titânio. Com tecnologia de ponta Centros de maquinagem de 5 eixos e uma equipa de designers e engenheiros altamente qualificados, fornecemos maquinação CNC de alta qualidade de ligas de titânio a preços competitivos para uma vasta gama de indústrias. Algumas das nossas histórias de sucesso incluem impulsor, suportes e fixações da antena.

Conclusão

Ao ler este blogue, deve ter adquirido uma compreensão abrangente de maquinagem cnc de titânio. A maquinagem do titânio e das suas ligas requer uma atenção especial e um manuseamento delicado para garantir uma produção óptima da peça. Ao contrário dos metais comuns, como o aço e o cobre, a maquinagem do titânio tem os seus próprios desafios e requer a utilização das ferramentas certas, técnicas especializadas e bastante paciência. Por esta razão, é frequentemente preferível subcontratar projectos de maquinagem CNC de titânio a uma equipa especializada como a DEKonde podemos garantir a elevada qualidade e precisão das peças.

FAQs

Qual é o custo da maquinagem CNC de titânio?

O custo da maquinação CNC de titânio pode variar em função de uma série de factores, como a complexidade da peça, a sua dimensão, as tolerâncias exigidas, a quantidade produzida e o grau de titânio utilizado.

Que tipos de ferramentas de corte são normalmente utilizados para maquinar titânio?

Ferramentas de aço de alta velocidade (HSS); pastilhas de carboneto; pastilhas de cerâmica e ferramentas de diamante policristalino (PCD)

Qual é a velocidade de corte do titânio?

Na maquinação CNC de titânio, recomendam-se velocidades de corte baixas. As temperaturas da ponta da ferramenta podem ser facilmente aumentadas por velocidades de corte mais elevadas, o que pode comprometer as ferramentas.

O titânio deforma-se quando é maquinado?

O titânio pode deformar-se quando maquinado devido à sua baixa condutividade térmica e elevada resistência, que causam acumulação de calor e tensões residuais. São necessárias técnicas de arrefecimento e maquinagem adequadas para minimizar o empeno.