Es difícil trabajar con el titanio de las máquinas CNC y sus aleaciones, pero también tienen algunas ventajas debido a sus propiedades únicas, como la alta relación resistencia-peso o la resistencia a la corrosión. Este manual está diseñado para aquellos que desean una comprensión más profunda sobre la mejor manera de fresarlos o cortarlos: aborda los problemas típicos que se encuentran al hacerlo, como el desgaste de las herramientas, la gestión térmica y la optimización de los parámetros de corte, entre otros. Además, este artículo analiza la relevancia de la elección de herramientas, estableciendo consideraciones junto con los métodos avanzados utilizados durante el mecanizado, haciendo así que cada principiante, además del operador experimentado, mejore sus habilidades al tratar con titanio. Con estos puntos críticos en mente, uno puede manejar cualquier proyecto que implique material desafiante pero satisfactorio.
¿Cuáles son los mejores enfoques para el titanio mecanizado?
Selección de herramientas adecuadas para mecanizar titanio
Es importante elegir herramientas diseñadas para usarse en situaciones de alto rendimiento al mecanizar titanio. Se recomiendan herramientas de carburo, especialmente aquellas con mayor porcentaje de cobalto, porque tienen más dureza que otras y también resisten mejor el desgaste. Además, sería mejor si se utilizara un instrumento que tuviera un filo afilado para minimizar las fuerzas de corte, reduciendo así también la producción de calor durante este proceso. Además, artículos recubiertos como los que tienen titanio los recubrimientos de nitruro (TiN) o carbonitruro de titanio (TiCN) funcionan aún mejor debido a sus propiedades de lubricación mejoradas, además de prolongar eventualmente la vida útil de la herramienta; Por último, el diseño geométrico de las herramientas debe ser adecuado para la eliminación de virutas mientras se trabaja con titanio, evitando así la formación de bordes de acumulación.
Importancia del refrigerante en el fresado de titanio
El refrigerante juega un papel fundamental en molienda titanio al reducir la fricción entre la pieza de trabajo y la herramienta y al mismo tiempo reducir las temperaturas en estos puntos. Esto es vital porque si no se hace así, se puede producir deformación térmica en ambas partes, es decir, la pieza de trabajo y los bordes cortantes de las máquinas utilizadas aquí. Además, los refrigerantes ayudan a despejar el paso de las virutas, evitando así posibles riesgos de desgaste o rotura que puedan suponer en su salida; Aún así, una aplicación más adecuada de refrigerantes puede mejorar la calidad del acabado de la superficie y prolongar la vida útil de varios tipos de cortadores, lo que conduce a niveles más altos de eficiencia durante este tipo particular de trabajo de metales.
Avances y velocidades óptimos al trabajar con aleaciones de titanio
Es necesario conocer los avances y velocidades correctos necesarios cuando se trabaja con aleaciones de titanio, ya que no hacerlo podría conducir a malos resultados, ya que los niveles de productividad permanecerán bajos mientras que los instrumentos de corte se desgastan rápidamente, encareciendo así el mecanizado. Por lo general, es una buena idea reducir la velocidad del husillo, que debe oscilar entre 30 y 50 SFM (pies de superficie por minuto) para que el calor producido durante la operación sea manejable. Por otro lado, la velocidad de avance podría estar entre 0.002 y 0.006 pulgadas por diente; esto depende de las propiedades del material junto con el diámetro de la herramienta utilizada; todos estos factores contribuyen a lograr una formación efectiva de viruta, así como a preservar la integridad de la pieza de trabajo contra la fragilidad y, al mismo tiempo, mantener las vibraciones minimizadas para que no se produzcan vibraciones; y aún más, uno debe monitorear lo que sucede en tiempo real y luego ajustarlo en consecuencia porque a veces las cosas pueden no salir bien debido a diferentes variables involucradas al mecanizar titanio.
¿Cuáles son las diferencias entre el mecanizado de titanio y acero?
Acero vs. Cortadores de titanio
Al comparar las fresas utilizadas para mecanizar acero y titanio, hay una serie de cosas que las diferencian en términos de rendimiento. En términos generales, las cortadoras de acero son más robustas y pueden manejar velocidades más altas durante el mecanizado, lo que las hace adecuadas para diversas aplicaciones. Sin embargo, este no es el caso del titanio, ya que necesita herramientas especiales de carburo o recubiertas diseñadas para operar a velocidades más bajas y velocidades de avance más altas para que la generación de calor pueda gestionarse de manera efectiva. Además, el acero maneja mejor la abrasividad, mientras que las geometrías afiladas y los diseños de vanguardia son necesarios debido a la formación de bordes acumulada causada por el titanio. Por lo tanto, elegir qué material de corte utilizar es fundamental porque afecta directamente la vida útil de la herramienta, el acabado de la superficie y la eficiencia general del proceso de mecanizado.
Gestión de la generación de calor durante el mecanizado de titanio
La generación de calor durante el mecanizado del titanio se controla principalmente mediante la velocidad del husillo, el avance y la elección de las herramientas de corte. Reducir la velocidad del husillo (30-50 SFM) ayuda a evitar la acumulación de calor, mientras que mantener los avances entre 0.002 y 0.006 pulgadas por diente garantiza que las virutas se eliminen bien. Además, siempre se deben emplear herramientas recubiertas o de carburo de buena calidad capaces de resistir el choque térmico. También es importante utilizar métodos de refrigeración eficaces, como sistemas de refrigeración de alta presión o lubricantes adecuados, ya que ayudan a reducir las temperaturas en el filo, prolongando así la vida útil de la herramienta y mejorando la precisión del mecanizado.
Comprender la vida útil de las herramientas en diferentes materiales
Las variaciones en la dureza, la conductividad térmica y la abrasividad entre los materiales influyen significativamente en la duración de las herramientas. Por ejemplo, el acero, al ser menos abrasivo y generar niveles manejables de calor, tiene una vida útil más larga, que generalmente excede varios cientos de horas de operaciones de corte. Sin embargo, por el contrario, cuando se mecaniza titanio, su relación resistencia-peso se vuelve problemática, lo que provoca un endurecimiento por trabajo y una vida útil más corta de las herramientas, con un promedio de solo 20 a 40 horas. Además, la elección del material de la herramienta de corte junto con su geometría afecta directamente a la durabilidad, por lo que las herramientas recubiertas y de carburo están especialmente diseñadas para materiales resistentes como el titanio, por lo que son necesarias para mejorar la eficiencia y la precisión en el mecanizado.
¿Cuáles son los mejores dispositivos para el mecanizado CNC de titanio?
Seleccionar el cortador más adecuado para titanio
Al seleccionar una fresa para el mecanizado de titanio, es importante elegir materiales de alto rendimiento como carburo o carburo recubierto que tengan una excelente resistencia al desgaste. La geometría de la herramienta debe preferir bordes de corte afilados con un ángulo de ataque positivo que ayude a reducir las fuerzas de corte y también la generación de calor. Además, las herramientas que tienen canales de refrigerante también pueden mejorar la evacuación de virutas y la eficiencia de refrigeración. Para obtener mejores resultados, utilice cortadores diseñados específicamente para mecanizado de alta velocidad, ya que aumentan las velocidades de avance y también mejoran la vida útil de la herramienta.
Ventajas de las herramientas de carburo en el mecanizado CNC
Las herramientas de carburo ofrecen varios beneficios durante el mecanizado CNC, especialmente cuando se trata de metales difíciles de mecanizar como el titanio. En primer lugar, exhiben una dureza y resistencia al desgaste superiores, minimizando así el desgaste de la herramienta y alargando su vida útil. En segundo lugar, estas herramientas permanecen afiladas durante más tiempo que las normales, garantizando así una precisión constante durante períodos prolongados también en las superficies de acabado. En tercer lugar, debido a su conductividad térmica, el carburo disipa mejor el calor, resolviendo así los problemas asociados con la expansión/contracción térmica. Por último, pero no menos importante, sus formas se pueden modificar para optimizar los cortes, lo que los hace lo suficientemente versátiles para adaptarse a diversas aplicaciones en diferentes industrias.
Uso de recubrimientos de nitruro de aluminio y titanio
Los recubrimientos como el nitruro de aluminio y titanio (TiAlN) mejoran enormemente el rendimiento de corte en el mecanizado CNC. Dichos recubrimientos ofrecen una mayor dureza junto con resistencia a la oxidación, lo que permite que las herramientas sobrevivan a temperaturas más altas y al mismo tiempo mantengan su capacidad operativa durante un período prolongado de tiempo. Cuando se aplican a las cortadoras, estos recubrimientos reducen la fricción entre ellas y la pieza de trabajo, lo que genera acabados más suaves en las superficies, así como velocidades de avance más rápidas durante los ciclos de corte. Además, los recubrimientos de TiAlN también promueven un mejor flujo de viruta durante el proceso de mecanizado, lo cual es esencial cuando se trabaja con materiales de titanio o cualquier otro material que produzca virutas largas que podrían causar atascos dentro de los ejes del husillo de la máquina, etc. En conclusión, el recubrimiento de TiAlN mejora la herramienta. vida útil, maquinabilidad y también eficiencia durante aplicaciones difíciles de cortar.
¿Qué hace que el titanio sea difícil de mecanizar?
Comprender la resistencia y la ligereza del titanio
El titanio tiene un alto nivel de dureza porque sus cristales están muy juntos, lo que lo hace capaz de resistir la deformación y el desgaste. Su relación fuerza-peso también es impresionante. Significa que el titanio se puede utilizar en las industrias aeroespacial, automotriz, médica, etc. La relación resistencia-peso del titanio es aproximadamente 3 veces mayor que la del aluminio y casi igual a la del acero, por lo que ofrece resistencias equivalentes con un peso mucho menor. Por lo tanto, esta combinación única de propiedades permite que este material funcione bien en condiciones severas y al mismo tiempo permite diseños más livianos.
Problemas con el endurecimiento por trabajo en titanio
En el titanio, el endurecimiento por trabajo surge cuando se le aplica deformación plástica, lo que provoca un aumento tanto en los niveles de dureza como de resistencia que exhibe. Al mecanizar estos metales, esta condición se vuelve bastante difícil debido al hecho de que durante las operaciones de corte las capas superficiales endurecidas pueden dar lugar a mayores tasas de desgaste de la herramienta así como a menores eficiencias de corte que se logran. Además, las zonas endurecidas por trabajo podrían producir virutas inesperadamente, complicando así los procesos de evacuación de virutas, llegando incluso a romper las piezas mecanizadas de las propias herramientas. Por lo tanto, implica que se deben utilizar avances, velocidades y refrigerantes adecuados, entre otras cosas, junto con las herramientas de corte pertinentes para abordar estos problemas de forma eficaz.
Prevención de la corrosión durante el mecanizado con titanio
Si los fluidos reactivos entran en contacto con el titanio durante el mecanizado o si se alcanzan temperaturas elevadas, se puede producir corrosión en el metal sobre el que se está trabajando. Una forma de abordar este problema implica el uso de fluidos de corte no reactivos que minimicen por completo las reacciones químicas que se producen entre ellos y cualquier otra sustancia, incluidos metales como la aleación de grado Ti-6Al-4V comúnmente utilizada para aplicaciones aeroespaciales que involucran materiales de alta resistencia que tienen buena resistencia. contra fracturas a temperatura ambiente, etcétera… Además, reducir las temperaturas de mecanizado mediante la adopción de métodos de enfriamiento efectivos también ayudaría en gran medida a reducir las posibilidades de que se produzca corrosión alrededor de las superficies mecanizadas dentro de estas regiones, ya que tienden a volverse más vulnerables cuando se exponen directamente a fluidos de corte calientes. Otra forma de prevenir la corrosión es mantener a raya la humedad y los contaminantes durante el proceso de mecanizado. Finalmente, seleccionar materiales para herramientas que sean resistentes a la corrosión no solo mejorará el rendimiento general sino que también extenderá su vida útil mientras se usan en ambientes corrosivos en contacto con aleaciones a base de titanio como el grado Ti-6Al-4V comúnmente utilizado para aplicaciones aeroespaciales que involucran alta -metales resistentes que tienen buenas propiedades de ductilidad adecuadas para operaciones de conformado, etc.
¿Cuál es la presión adecuada del refrigerante?
Consejos para utilizar refrigerantes de manera eficiente
- Ajustes de presión: Mantenga la presión del refrigerante entre 70 y 100 PSI para que penetre bien en el área de corte.
- Tasa de flujo: Ajuste los caudales hasta obtener un suministro constante de refrigerante que debería ser suficiente para cada trabajo realizado, generalmente entre 0.5 y 2 galones por minuto, dependiendo del tipo de operación de mecanizado que se realice.
- Tipo de refrigerante: Opte siempre por refrigerantes sintéticos o semisintéticos porque tienden a tener mejores propiedades de lubricidad y enfriamiento y, al mismo tiempo, son menos propensos al crecimiento bacteriano.
- Control de la temperatura: Verifique con frecuencia la temperatura de sus refrigerantes con el objetivo de garantizar que no exceda los 120 °F, lo que podría provocar la vaporización y volverlos ineficaces en este estado.
- Método de aplicación: Puede intentar utilizar sistemas de suministro dirigido que funcionen a altas presiones para entregar más refrigerante directamente a la zona de corte donde es necesario mejorar la disipación de calor, además de mejorar la eliminación de virutas mediante este método.
Equilibrio del volumen y la presión del refrigerante
Es necesario equilibrar el volumen y la presión cuando se utilizan refrigerantes durante los procesos de mecanizado; de lo contrario, las cosas no saldrán bien. Si hay demasiado volumen, no sólo se desperdiciará sino que también reducirá la visibilidad durante el trabajo, reduciendo así la accesibilidad durante el procesamiento; por el contrario, si se utiliza poca cantidad, se produce una refrigeración insuficiente, lo que provoca un rápido desgaste de la herramienta, además de daños térmicos. Mantenga una cantidad suficiente para que se cumpla el requisito de caudal específico por operación, que debe poder lubricar adecuadamente y mantener lo suficientemente frío alrededor del filo en todo momento. De inmediato, ajuste las presiones en consecuencia para una penetración efectiva sin salpicar la superficie que se está cortando, logrando así la máxima eficiencia de enfriamiento junto con la velocidad de eliminación del material. Por lo tanto, la mejor manera es encontrar un equilibrio adecuado entre estos dos factores para mejorar la vida útil de la herramienta y la calidad del producto.
¿Cómo deshacerse de los metales más rápido?
Procedimientos más efectivos para mayores tasas de eliminación de metales
Es necesario considerar muchas cosas al aspirar a altas tasas de eliminación de metal. Éstos son algunos de ellos:
- Geometría de la herramienta de corte: Optimice la formación y la estabilidad de la viruta mediante el uso de herramientas de corte diseñadas teniendo en cuenta materiales específicos.
- Velocidades de husillo y tasas de avance: Estas dos variables dictan la rapidez con la que se puede eliminar el material, por lo que es importante encontrar el equilibrio adecuado entre ellas; Los datos empíricos deben servir de base para cualquier cambio realizado junto con los indicadores de desempeño del seguimiento.
- Elección del material de la herramienta: Se deben preferir las herramientas hechas de carburo o aquellas recubiertas con algún otro material avanzado porque tienen niveles de dureza más altos que las ordinarias, lo que aumenta la resistencia al desgaste y permite un mecanizado más rápido sin comprometer la vida útil de la herramienta.
- Accesorios para piezas de trabajo: Sujete firmemente las piezas de trabajo utilizando métodos de fijación resistentes durante las operaciones de mecanizado realizadas a altas velocidades de avance para reducir las marcas de vibración causadas por vibraciones que pueden afectar negativamente la precisión dimensional, especialmente cuando se trata de piezas delicadas que tienen paredes delgadas o nervaduras, etc.
- Estrategia de mecanizado: Puede utilizar estrategias como el fresado trocoidal, en el que la fresa sigue una trayectoria que no es circular sino que se asemeja a un arco para garantizar que se corten secciones más grandes a la vez, ahorrando así tiempo y manteniendo la integridad de la superficie y la precisión dimensional. Alternativamente, se podría emplear el corte a alta velocidad, lo que implica hacer funcionar las máquinas muy rápido, creando así más energía térmica, lo que lleva a reacciones oxidativas alrededor de las virutas, ablandándolas y facilitando su eliminación.
Controlar la profundidad del corte y a qué velocidad se debe recorrer la superficie
Para controlar eficazmente la profundidad de corte y la velocidad de la superficie en las operaciones de mecanizado, es necesario encontrar un equilibrio que permita la máxima eficiencia sin comprometer la vida útil de la herramienta ni la calidad de la pieza de trabajo. La profundidad del corte debe variar según las propiedades de los materiales con los que se trabaja, así como las capacidades que poseen las herramientas de corte que se utilizan y el acabado requerido. Una mayor profundidad aumentará la velocidad a la que se eliminan los metales, pero también podría causar mayores niveles de desgaste e incluso fallas si no hay un control estricto.
También se deben optimizar las velocidades en superficie; esto se refiere a la velocidad a la que un borde pasa a través de una pieza de trabajo. Esto puede determinarse por el diámetro de la herramienta y la velocidad del husillo; Las velocidades de superficie incorrectas provocan malos acabados porque calientan demasiado las cosas. Los mejores resultados de todos los tiempos se logran cuando se realizan pruebas en tiempo real con frecuencia junto con su ajuste en función de registros de rendimiento anteriores para llegar a valores óptimos para lograr una eliminación eficiente del metal durante el mecanizado y una larga vida útil esperada de la precisión del cortador.
Impacto de los avances y las velocidades en la eficiencia de la eliminación
Los avances y las velocidades determinan la rapidez con la que se pueden eliminar los metales al mecanizarlos, lo que influye directamente en las tasas de productividad. La velocidad de avance es la distancia que avanza una herramienta de corte en el material durante una revolución, mientras que la velocidad del husillo se refiere al número de revoluciones realizadas por minuto (rpm) por cualquier pieza giratoria determinada, como el eje de un motor o el husillo del cabezal de un torno. Es importante optimizar estas cantidades ya que el aumento de la velocidad de avance generalmente aumenta la producción, pero esto debe equilibrarse con las velocidades apropiadas del husillo para no destruir las herramientas demasiado rápido debido a los altos niveles de abrasión causados por la fricción entre las virutas producidas durante el proceso de corte. y superficie de la herramienta. Por el contrario, tasas más bajas pueden dar lugar a tiempos más prolongados para los ciclos sin ninguna mejora significativa en la calidad, por lo que se necesitan modificaciones precisas en los avances y velocidades, lo que mejora un mejor control de la viruta y logra un buen acabado superficial, además de extender aún más la vida útil de la herramienta. Se deben realizar verificaciones periódicas de los estados de corte para tener los mejores parámetros para diversas aplicaciones de mecanizado.
Fuentes de referencia
Preguntas Frecuentes (FAQ)
P: ¿Cuáles son los principales problemas relacionados con el fresado de aleaciones de titanio?
R: La alta resistencia, dureza y calor inducido por el mecanizado de los materiales hacen que sean difíciles de procesar. Esto puede provocar desgaste de la herramienta y reducción de la eficiencia del mecanizado.
P: En el proceso de mecanizado de titanio, ¿cuál es la estrategia de grueso a fino?
R: La estrategia de grueso a fino significa comenzar en la sección más gruesa del titanio y avanzar hacia secciones más delgadas; mantiene la estabilidad y disminuye el riesgo de deflexión de la herramienta.
P: ¿Por qué las velocidades deben ser altas al mecanizar titanio?
R: Se necesitan altas velocidades durante una operación de corte de titanio para permitir una evacuación adecuada de la viruta y evitar el sobrecalentamiento. Las velocidades adecuadas pueden prolongar la vida útil de la herramienta y mejorar la productividad en los procesos de corte.
P: ¿Qué materiales se utilizan para las herramientas de corte en el corte de titanio?
R: Las marcas de herramientas como Kennametal se pueden usar junto con fresas recubiertas con nitruro de aluminio o cualquier otro material resistente diseñado específicamente para velocidades de avance altas mientras se trabaja en este metal debido a su durabilidad a temperaturas elevadas.
P: ¿Cómo ayudan los chaflanes al mecanizar titanio?
R: Los chaflanes se emplean para reducir la concentración de tensiones y al mismo tiempo proporcionar un mejor acabado superficial después del mecanizado. Facilitan la obtención de bordes precisos y suaves, lo cual es fundamental debido a su dureza cuando se trata de metales como el titanio.
P: Mencione algunos consejos para reducir el desgaste de las herramientas durante el mecanizado de titanio.
R: Para evitar el desgaste de las herramientas al trabajar con este material, se recomienda emplear la técnica de fresado ascendente, mantener la carga de viruta delgada y utilizar métodos de alta velocidad. Además, controlar la profundidad de corte axial junto con una refrigeración adecuada puede reducir en gran medida la tasa de desgaste.
P: ¿Cuál es un problema común que se enfrenta al mecanizar titanio y cómo se puede resolver?
R:Un problema común que se encuentra durante el trabajo con máquinas de Ti incluye la producción a altas temperaturas junto con el desgaste acelerado de las herramientas. Esto se puede superar seleccionando implementos de corte adecuados, adoptando prácticas de enfriamiento efectivas y empleando procedimientos correctos para operaciones que involucran trabajo en metal.
P: ¿Qué grados de ti se mecanizan comúnmente y cuáles son sus características?
R: El titanio de grado cinco (Ti-6Al-4V) es la aleación procesada con mayor frecuencia debido a su relación resistencia-peso, que es mayor que la de otros metales de peso similar. La forma pura también se puede utilizar cuando se necesita una alta biocompatibilidad y resistencia química.
P: ¿Cómo afecta la dureza del titanio al proceso de corte?
R: Debido a que tiene un mayor nivel de dureza en comparación con muchos materiales, el mecanizado de este metal puede ser muy exigente, lo que provoca un desgaste más rápido de las herramientas que requieren diseños especiales para poder cortar de manera efectiva.
