Antes, el titanio era un material que sólo utilizaban unos pocos talleres selectos y que rara vez tocaba el maquinista medio, pero ahora se utiliza con mucha más frecuencia y lo han utilizado muchos maquinistas a lo largo de su carrera. El mecanizado del titanio no es similar al de materiales estándar como el aluminio y el acero en la industria. Sin embargo, debido a sus enormes beneficios, cada vez más talleres empiezan a interesarse por estos trabajos.

En este artículo, vamos a cubrir las prácticas exitosas para cnc mecanizado de titanio, cómo seleccionar las herramientas de corte adecuadas, y las cosas que deben ser considerados por los maquinistas. wanto saber más acerca de otros procesos de mecanizado, por favor vaya a Fabricante de componentes torneados página.

Mecanizado del titanio: Consideraciones clave

El mecanizado CNC del titanio es un proceso complejo debido a su resistencia, que lo hace adecuado para las aplicaciones más exigentes y, al mismo tiempo, difícil de mecanizar. Es vital comprender los detalles del proceso de mecanizado para obtener el mejor resultado y prolongar la vida útil de la herramienta.

1. Selección de herramientas de corte

El mecanizado del titanio requiere tener en cuenta las herramientas de corte. Dado que el titanio es resistente al calor y duro, es crucial elegir herramientas que puedan soportar estas propiedades. Las herramientas de acero rápido revestido con tungsteno, carbono y vanadio son adecuadas por su retención de la dureza a temperaturas de hasta 600°C. Estas herramientas permiten un mejor corte y reducen las posibilidades de que se astillen los bordes, mejorando los procesos de mecanizado.

2. Importancia de los revestimientos de herramientas

El recubrimiento de las herramientas de corte es importante, y aplicar el tipo correcto de recubrimiento mejorará el rendimiento de las herramientas de corte durante el mecanizado del titanio. Los recubrimientos como el nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) reducen la generación de calor al crear una capa de óxido de aluminio en la superficie de la herramienta. Esta capa minimiza la conducción del calor y la interacción química entre la herramienta y la pieza de trabajo, aumentando la vida útil de la herramienta y la evacuación de virutas.

3. Garantizar la estabilidad en el mecanizado

La estabilidad durante el mecanizado del titanio es vital para reducir las vibraciones y aumentar la precisión del corte. Debido a la flexibilidad del titanio y a las elevadas fuerzas, es probable que se produzcan vibraciones, lo que va en detrimento de la calidad de la superficie mecanizada. Trabaje con fresas de diámetro de núcleo más gigante para mejorar la estabilidad y garantizar la menor distancia entre la nariz del husillo y la punta de la herramienta. Utilizar avances y velocidades de mecanizado constantes también reduce el calor y el endurecimiento por deformación de la herramienta, manteniendo así su funcionalidad y durabilidad.

4. Ventajas del fresado a escala

El fresado ascendente tiene varias ventajas cuando se utiliza en el mecanizado de titanio a medida. En el fresado ascendente, el espesor de la viruta parte de uno mayor y se reduce gradualmente, mientras que en el fresado descendente ocurre lo contrario. Esto ayuda a mejorar la transferencia de calor a las virutas en lugar de a la pieza de trabajo, minimizando así el estrés térmico y el desgaste de la herramienta. El fresado ascendente mejora el cizallamiento y la evacuación adecuada de la viruta detrás de la fresa, mejorando la eficacia del mecanizado y del acabado superficial.

El conocimiento de estas estrategias es crucial para el éxito del mecanizado del titanio. Así, la selección de las herramientas adecuadas, los recubrimientos apropiados, la estabilidad y la estrategia de fresado adecuada permitirán a los maquinistas obtener las dimensiones deseadas y la eficiencia de los componentes de titanio bajo los requisitos industriales.

Grados comunes utilizados para el mecanizado CNC

Analicemos algunas de las calidades más comunes utilizadas en el mecanizado cnc de titanio.

Grado 1: Titanio comercialmente puro que no contiene más de 0,3% de Oxígeno.

Algunos de los tipos más comunes son el titanio de grado 1, de gran ductilidad y bajo contenido en oxígeno. Tiene buena maquinabilidad, alta tenacidad al impacto y gran resistencia a la corrosión, y se aplica en las industrias médica, automovilística y aeroespacial. Sin embargo, el titanio de grado 1 tiene algunos inconvenientes; su resistencia es inferior a la de los demás grados de titanio y, por tanto, no puede utilizarse en zonas donde se apliquen tensiones.

Grado 2 (Titanio comercialmente puro que contiene una cantidad estándar de oxígeno)

El segundo grado de titanio también se conoce como el titanio caballo de batalla debido a su contenido medio de oxígeno, alta resistencia a la corrosión, conformabilidad, soldabilidad y ductilidad. Se utiliza mucho en la industria médica y aeroespacial, sobre todo en piezas de motores de aviones, debido a sus características mecánicas que le permiten soportar las condiciones aplicadas.

Grado 3 (titanio puro con una cantidad moderada de oxígeno)

Se considera que el titanio de grado 3 tiene propiedades mecánicas moderadas, como corrosión, trabajabilidad y resistencia. No se utiliza tan comúnmente en aplicaciones comerciales como los Grados 1 y 2. Sin embargo, se utiliza en los sectores médico, naval y aeroespacial, donde se requiere un rendimiento constante de las piezas y los conjuntos.

Grado 4 (Titanio puro con alto contenido en oxígeno)

El titanio de grado 4 es uno de los materiales más potentes y químicamente estables para el mecanizado cnc de titanio. es apreciado por su capacidad para trabajar en entornos agresivos. No obstante, tiene un alto contenido en oxígeno, lo que dificulta bastante su mecanizado. Utiliza mucho refrigerante y tiene altas velocidades de avance durante el mecanizado. Este grado se utiliza en recipientes criogénicos, equipos de procesamiento químico y piezas de fuselaje en las que son esenciales una gran resistencia y tenacidad.

Grado 5 (Ti6Al4V)

Ti6Al4V es una aleación de titanio alfa-beta con 6% Al y 4% V; este material tiene buenas propiedades mecánicas, como alta resistencia, formabilidad razonable y buena resistencia a la corrosión. Se utiliza en centrales eléctricas, plataformas marinas, barcos y piezas de barcos, productos aeroespaciales de alta resistencia, etc. El titanio de grado 5 se aplica en todas las áreas en las que se necesita un alto rendimiento en diversas condiciones del entorno.

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

La aleación de titanio de grado 6 tiene buena estabilidad y alta resistencia y puede unirse rápidamente, sobre todo a altas temperaturas de funcionamiento. Esto hace que sea ideal para su uso en fuselajes, motores a reacción y otras piezas y componentes aeroespaciales en los que la resistencia del material es de máxima consideración. Gracias a su capacidad para soportar altas temperaturas y condiciones de tensión, es adecuado para condiciones rigurosas.

Grado 7 (Ti-0,15Pd)

Si se compara el Grado 2 con el Grado 7, este último contiene paladio para mejorar las propiedades anticorrosivas, sobre todo en aplicaciones químicas. Tiene buenas características de conformado y soldadura y, por su resistencia a los agentes corrosivos, se utiliza mucho en equipos de procesamiento químico donde la resistencia y la durabilidad son esenciales.

Grado 11 (Ti-0,15Pd)

Al igual que el titanio de grado 7 anterior, la aleación de titanio de grado 11 tiene mayor ductilidad y menor aceptación de impurezas. Se utiliza en aplicaciones marinas y en la fabricación de cloratos por su naturaleza no corrosiva y su compatibilidad con el agua salada. El titanio de grado 11 es menos potente que el titanio de grado 7, por lo que se utiliza cuando se necesita flexibilidad y resistencia a la corrosión.

Grado 12 (Ti 0,3 Mo 0,8 Ni)

La aleación de titanio de grado 12 contiene molibdeno y níquel y es soldable; tiene una gran resistencia a altas temperaturas y una buena resistencia a la corrosión. Se utiliza en carcasas e intercambiadores de calor, piezas marinas, piezas aeronáuticas y otras industrias por su resistencia mecánica, que le permite soportar el entorno.

Grado 23 (Ti6Al4V-ELI)

El titanio extra bajo intersticial o titanio de grado 23 no es precisamente como el de grado 5 y tiene mejor biocompatibilidad y resistencia a la fractura que el de grado 5. Gracias a su gran pureza, puede utilizarse en aplicaciones médicas como implantes ortopédicos, grapas quirúrgicas y aparatos de ortodoncia, donde la compatibilidad con los tejidos corporales y la resistencia son primordiales.

Ventajas de elegir titanio para piezas de mecanizado CNC

De todos estos materiales, el titanio destaca en el mecanizado CNC por las peculiaridades que lo hacen adecuado para industrias específicas. Su mayor biocompatibilidad lo hace muy importante en medicina, ya que garantiza que los implantes no sean expulsados del cuerpo. Esta cualidad es muy resistente a la corrosión, lo que hace que el titanio sea muy valioso en las industrias naval y de procesamiento químico, donde la capacidad del material para durar mucho tiempo es primordial.

Otra propiedad del titanio es su elevada relación resistencia-peso, muy útil en las industrias aeroespacial y del automóvil, donde la reducción del peso al tiempo que se aumenta la resistencia es significativa para mejorar el rendimiento y la eficacia de los equipos. Su alta ductilidad permite geometrías complejas y perfiles complejos necesarios para usos específicos en diversas industrias. Sin embargo, el titanio es fácil de mecanizar, por lo que las piezas pueden fabricarse con gran precisión y alta fiabilidad para alcanzar los niveles de tolerancia deseados.

Desafíos del mecanizado de titanio

No es fácil trabajar con aleaciones de titanio porque es probable que se planteen los siguientes retos al mecanizar el material. Presenta una elevada reactividad química y un agrietamiento que conduce a la formación de defectos superficiales como la oxidación y la fragilización durante el proceso de mecanizado, lo que compromete la calidad y la fiabilidad del componente.

El control del aumento de temperatura y de las fuerzas es crucial porque el titanio tiene una baja conductividad térmica; el calor se acumula en la zona de corte, lo que provoca un rápido desgaste de la herramienta y puede influir en el acabado superficial. Además, presenta tensiones residuales y de endurecimiento** tras la operación de mecanizado, y estas tensiones provocan inestabilidad dimensional y, en ocasiones, el fallo de la pieza.

Valiosos consejos para un mecanizado eficaz del titanio

Sin embargo, hay que controlar algunos factores críticos para optimizar el mecanizado del titanio, ya que no es fácil. La sujeción de las piezas ayuda a minimizar las vibraciones y las vibraciones de la herramienta y, por tanto, mejora la precisión y el acabado superficial de las piezas. El uso de herramientas muy precargadas y de herramientas de corte corto reduce la cantidad de desviación, por lo que se consigue precisión incluso en una pieza problemática.

Seleccionar herramientas de corte específicas para titanio con mejores recubrimientos, como TiCN o TiAlN, mejora la resistencia al desgaste. Aumenta la durabilidad de las herramientas y la eficacia y el coste del proceso. Por lo tanto, es necesario controlar el estado de las herramientas y, si es necesario, sustituirlas por otras nuevas para mantener la alta calidad de las piezas mecanizadas y no aumentar la tasa de desgaste de las herramientas durante la producción prolongada.

El control de los parámetros de corte, como las velocidades de avance, las velocidades del husillo y las cargas de viruta, es vital para minimizar la generación de calor y el desgaste de la herramienta. La aplicación de un suministro adecuado de refrigerante en la zona de corte ayuda al flujo de virutas y mantiene temperaturas de corte más bajas, reduciendo así el fallo de las herramientas y la rugosidad superficial.

La optimización de los parámetros de corte, como la profundidad de corte axial y la profundidad de corte radial, aumenta la tasa de arranque de material y reduce las fuerzas de corte y la generación de calor, haciendo del mecanizado del titanio un proceso fiable. Así pues, puede decirse que el mecanizado del titanio no es una tarea fácil. Aún así, debido a sus propiedades específicas y a los métodos de mecanizado correctos, es ineludible en industrias que requieren piezas mecanizadas por CNC de alta resistencia, alta temperatura y gran fiabilidad.

Diferencias entre el mecanizado de titanio y otros materiales

En la categoría de los metales, el titanio posee una de las características más notables: su resistencia. Por ello, todas aquellas industrias que requieren elementos y piezas de alta resistencia deben utilizarlo en condiciones duras. Esto lo hace aún más deseable en diferentes sectores debido a su gran resistencia al calor y a la corrosión.

Resistencia y durabilidad

En comparación con otros metales, el titanio tiene una mayor resistencia a la tracción y se utiliza en aplicaciones en las que se requiere una gran resistencia a altas temperaturas. Mientras que el acero puede clasificarse según los elementos de aleación, y sus características pueden diferir significativamente del material primario, el titanio puede utilizarse en su forma pura o como aleación, la más popular de las cuales es el Grado 5 (Ti 6Al-4V), que representa el 50% del consumo de titanio en el mundo.

Consideraciones económicas

No obstante, el titanio tiene su principal desventaja: el coste sigue siendo considerablemente superior al de otros materiales como el acero o el aluminio. Estos materiales suelen ser utilizados por ingenieros y fabricantes, donde el factor coste cobra gran importancia y la aplicación no requiere la mayor calidad del material. Por ejemplo, el acero es soldable, fuerte y resistente a la corrosión, lo que lo hace ideal para su uso en estructuras y en el hogar.

Comparación con el acero

El acero inoxidable y otras aleaciones de acero son apreciados por su soldabilidad, resistencia y variedad de usos, desde artículos domésticos hasta la construcción. Sin embargo, el acero inoxidable es más pesado que el titanio. Por ello, al igual que el titanio, fuerte y ligero, no puede utilizarse cuando el peso es un factor importante.

Comparación con el aluminio

El aluminio es similar al titanio en que ofrece una elevada relación resistencia-peso y es muy resistente a la corrosión, aunque no tan caro. Se prefiere en los casos en que hay que realizar grandes trabajos a menor coste y en los que la fabricación de estructuras es fácil. El aluminio es más conductor eléctrico y térmico que la mayoría de los demás metales. Por tanto, puede utilizarse en aplicaciones de transferencia de calor y electricidad, pero no es tan fuerte ni resistente al calor como el titanio.

Resistencia a la corrosión

Cabe destacar que el titanio tiene una resistencia a la corrosión muy alta entre todos los metales conocidos, y se prefiere su uso cuando esta característica es crucial. El titanio, cuando se expone al aire, desarrolla una capa de óxido que aumenta su durabilidad y resistencia a las atmósferas corrosivas. Esta característica de autorreparación hace que el titanio sea muy adecuado en situaciones que requieren un uso a largo plazo y poco o ningún mantenimiento.

Aplicaciones de las piezas mecanizadas de titanio

Las piezas mecanizadas de titanio son las preferidas porque son duraderas, anticorrosivas y tienen un aspecto agradable. Estas propiedades las hacen adecuadas para su uso en muchas industrias y campos.

Industria naval

El titanio es uno de los materiales más resistentes a la corrosión, por lo que resulta muy adecuado para su uso en la industria naval. Algunas áreas de aplicación son ejes de hélices, robótica submarina, equipos de aparejo, válvulas de bola, intercambiadores de calor marinos, tuberías de sistemas contra incendios, bombas, revestimientos de chimeneas de escape y sistemas de refrigeración a bordo. Esto hace posible la durabilidad y eficacia de varias piezas y accesorios marinos.

Aeroespacial:

En la industria aeroespacial, el titanio es muy apreciado por su elevada relación resistencia-peso, su excelente resistencia a la corrosión y su capacidad para soportar temperaturas extremas. Estos atributos lo hacen adecuado para piezas aeroespaciales críticas, como asientos, turbinas, ejes, válvulas, carcasas, piezas de filtrado y generación de oxígeno. En estas aplicaciones, cabe destacar el uso de material de titanio que ofrece las ventajas de baja densidad, alta resistencia y un rendimiento aceptable bajo grandes esfuerzos.

Automóvil:

Aunque el aluminio suele ser el material preferido en la industria del automóvil por su disponibilidad y rentabilidad, el titanio sigue desempeñando un papel importante en la producción de piezas de automoción de alto rendimiento. En los motores de combustión interna, se fabrican con titanio y sus aleaciones válvulas, muelles de válvulas, retenes, soportes de freno de coche, tuercas de orejas colgantes, bulones de pistón de motor, muelles de suspensión, pistones de pinzas de freno, balancines de motor y bielas. El titanio de estas piezas aumenta la eficacia y la durabilidad de los automóviles, por lo que se incorpora al proceso de fabricación.

Médico y dental:

Las industrias médica y dental confían en el titanio por su excelente resistencia a la corrosión, baja conductividad eléctrica y compatibilidad con niveles fisiológicos de pH. El titanio se aplica en la fabricación de diversos dispositivos e implantes médicos, como tornillos óseos cónicos, rectos o autorroscantes para aplicaciones ortopédicas y dentales, tornillos craneales para sistemas de fijación craneal, barras, conectores y placas de fijación espinal, y clavos ortopédicos. El titanio se utiliza en estas funciones vitales por su compatibilidad con el cuerpo humano y su resistencia, que garantizan la seguridad del paciente y la longevidad del equipo.

En conclusión

De las observaciones anteriores se puede concluir que, aunque el titanio es un material que no es fácil de mecanizar, los problemas asociados a él pueden superarse utilizando herramientas y técnicas adecuadas. CNM ofrece asesoramiento y servicios en mecanizado de magnesiomecanizado de titanio para que sus operaciones sean prácticas y eficaces. Seleccione CNM para su Mecanizado de titanio en China socio en el dominio de las peculiaridades de titanio mecanizado y aumentar los resultados de su trabajo.