Mecanizado CNC de titanio

Introducción

El titanio es un material muy valorado por su excepcional relación resistencia-peso., resistencia superior a la corrosión, y biocompatibilidad. Estas propiedades lo hacen indispensable en sectores que van desde el aeroespacial y los dispositivos médicos hasta la ingeniería automotriz y marina.. CNC (Control numérico por computadora) El mecanizado de titanio requiere conocimientos y técnicas especializados debido a las características únicas del material.. Esta guía profundiza en los consejos esenciales., desafíos, y grados de titanio para una eficacia Mecanizado CNC.

1. ¿Por qué elegir titanio para piezas de mecanizado CNC??

El titanio se prefiere para el mecanizado de piezas CNC debido a sus excelentes propiedades.:

• Relación fuerza-peso: El titanio ofrece una de las relaciones resistencia-peso más altas de cualquier metal., haciéndolo ideal para aplicaciones que requieren durabilidad y ligereza.
• Resistencia a la corrosión: Forma naturalmente una capa protectora de óxido., que resiste la corrosión en ambientes hostiles.
• Biocompatibilidad: El titanio es resistente a la corrosión., Tiene alta biocompatibilidad y propiedades no tóxicas, lo que lo hace ideal para su uso en la industria médica..
• No magnético: Este metal no tiene características magnéticas..
• Industrias comunes: Aeroespacial, médico, automotor, y los sectores marinos utilizan ampliamente el titanio por sus capacidades de alto rendimiento..

2. Desafíos a considerar al mecanizar titanio

Si bien el mecanizado CNC de titanio ofrece muchas ventajas, también presenta varios desafíos:

• Alta reactividad química y irritación
  La alta reactividad química del titanio puede hacer que los gases reaccionen con su superficie durante el mecanizado., conduciendo a la oxidación, fragilidad, y menor resistencia a la corrosión. Además, su bajo módulo de elasticidad lo hace "gomoso,"Haciendo que se adhiera a las herramientas de corte y provocando daños en las herramientas y acabados superficiales deficientes..
• Acumulación de calor y fuerzas de corte
  La baja conductividad térmica del titanio hace que el calor se acumule en el punto de corte., lo que lleva a un rápido desgaste de la herramienta y posibles daños en la superficie., especialmente con aleaciones más duras. Para mitigar esto, use RPM más bajas con una carga de viruta mayor y aplique refrigerante a alta presión para mantener temperaturas de corte más frías. Las elevadas fuerzas de corte necesarias para el mecanizado de titanio también contribuyen al desgaste de la herramienta., vibración, y calidad superficial reducida.
• Tensiones residuales y endurecimiento
  La estructura cristalina de las aleaciones de titanio puede aumentar las fuerzas de corte, lo que resulta en tensiones residuales que pueden causar que las piezas se deformen, grieta, o debilitarse con el tiempo, impactando la durabilidad y precisión de los componentes mecanizados.

3. Consejos útiles para el mecanizado de titanio

Para superar estos desafíos, Se pueden emplear varias estrategias.:

• Selección de herramientas: Opte por herramientas de carburo o cerámica con geometría adecuada y recubrimientos diseñados para titanio..
• Parámetros de corte: Ajustar velocidad, tasa de alimentación, y profundidad de corte para controlar el calor y minimizar el desgaste de la herramienta.
• Refrigerante y lubricación: Utilice refrigerante de alta presión para gestionar eficazmente el calor y mejorar la vida útil de la herramienta..
• Técnicas de sujeción de piezas: Emplear accesorios rígidos para minimizar la vibración y el ruido..
• Estrategia de mecanizado: Emplee fresado ascendente y cortes ligeros y profundos para reducir el calor y la carga de herramientas..
• Gestión de chips: Garantice una eliminación eficiente de virutas para evitar el endurecimiento por trabajo y mantener la calidad de la superficie..

Estos consejos ayudan a mantener la vida útil de la herramienta., mejorando la eficiencia, y logrando el acabado deseado.

4. Diferentes grados de titanio para mecanizado CNC

El titanio viene en varios grados y aleaciones., cada uno adecuado para aplicaciones específicas con ventajas y desventajas únicas. A continuación se ofrece una descripción concisa de los grados clave de titanio.:

Grados de titanio puro

• Calificación 1 (Bajo contenido de oxígeno):

El titanio más blando y dúctil., conocido por su excelente maquinabilidad, dureza al impacto, resistencia a la corrosión, y formabilidad. Sin embargo, Tiene menor resistencia en comparación con otros grados.. Se utiliza en medicina., automotor, y aplicaciones aeroespaciales.

• Calificación 2 (Contenido de oxígeno estándar):

Conocido como “titanio caballo de batalla”.,"ofrece un equilibrio de fuerza, resistencia a la corrosión, formabilidad, y soldabilidad. Comúnmente utilizado en dispositivos médicos y aeroespaciales para motores de aviones..

• Calificación 3 (Contenido medio de oxígeno):

Menos popular que las calificaciones 1 y 2, pero ofrece buenas propiedades mecánicas, alta resistencia a la corrosión, y maquinabilidad. Se utiliza en medicina., marina, y campos aeroespaciales.

• Calificación 4 (Alto contenido de oxígeno):

Presenta alta resistencia y resistencia a la corrosión, pero es difícil de mecanizar, Requiere más refrigerante y velocidades de alimentación más altas.. Se utiliza en recipientes criogénicos., componentes del fuselaje, intercambiadores de calor, y equipos IPC.

Grados de aleación de titanio

• Calificación 5 (Ti6Al4V):

Una aleación ampliamente utilizada con 6% aluminio y 4% vanadio, ofreciendo alta resistencia a la corrosión y conformabilidad, aunque no el más fuerte. Ideal para generación de energía, marina, y estructuras aeroespaciales críticas.

• Calificación 6 (De 5 Al-2.5Sn):

Conocido por su estabilidad., fortaleza, y soldabilidad a altas temperaturas, haciéndolo adecuado para estructuras de aviones y motores a reacción..

• Calificación 7 (De-0.15PD):

Similar a Grado 2 pero con paladio añadido para una mayor resistencia a la corrosión. Es excelente para equipos de procesamiento químico debido a su buena conformabilidad y soldabilidad..

• Calificación 11 (De-0.15PD):

Me gusta grado 7 pero más dúctil y con menor tolerancia a impurezas. Tiene una resistencia ligeramente menor y se utiliza en la fabricación de productos marinos y de clorato..

• Calificación 12 (Ti0.3Mo0.8Ni):

Contiene 0.8% níquel y 0.3% molibdeno, ofreciendo una soldabilidad superior, resistencia a altas temperaturas, y resistencia a la corrosión. Utilizado en intercambiadores de calor., marina, y componentes de aviones.

• Calificación 23 (T6Al4V-ELI):

También conocido como intersticial extra bajo o TAV-EIL, el grado 23 El titanio comparte propiedades similares al grado. 5 pero es mas puro. Tiene buena tenacidad a la fractura., biocompatibilidad, y pobre maquinabilidad relativa. Se utiliza en la producción de clavos ortopédicos., tornillos, grapas quirúrgicas, y aparatos de ortodoncia.

5. Comparación de grados de titanio para mecanizado

La maquinabilidad varía entre los grados., con titanio puro (Grados 1-4) siendo más mecanizable que los grados aleados. Al seleccionar un grado, considere los requisitos específicos de su aplicación, como la resistencia a la corrosión, fortaleza, y rentabilidad.

6. Herramientas y equipos para mecanizar titanio.

• Máquinas CNC: Las máquinas CNC de alto par capaces de realizar movimientos precisos son esenciales.
• Tipos de herramientas: Fresas finales, ejercicios, y las inserciones deben estar hechas de materiales que resistan la naturaleza abrasiva del titanio., como carburos recubiertos o cerámicas.

7. ¿Cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para mecanizar titanio?

Elegir las herramientas de corte adecuadas para mecanizar titanio es crucial debido a las propiedades únicas del metal., como alta resistencia, baja conductividad térmica, y reactividad química. Estas características hacen que el titanio sea un desafío para mecanizar., Requiere materiales de herramientas específicos., geometrías, y recubrimientos para lograr resultados óptimos. Aquí encontrará una guía para seleccionar las herramientas de corte adecuadas para el mecanizado de titanio.:

1. Seleccione el material de herramienta apropiado

• Herramientas de carburo: Las herramientas de carburo son la opción más común para el mecanizado de titanio debido a su dureza., tenacidad, y resistencia al desgaste. Se prefieren los grados con alto contenido de cobalto ya que ofrecen mejor resistencia al calor y retención de bordes..
• Herramientas de carburo recubiertas: Aplicar recubrimientos como nitruro de aluminio y titanio (TiAlN) o nitruro de cromo y aluminio (AlCrN) a herramientas de carburo mejora la resistencia al calor y reduce el desgaste de la herramienta. Estos recubrimientos ayudan a disipar el calor del filo y minimizar las reacciones químicas con el titanio..
• Herramientas Cermet: Compuesto de cerámica y metal., Las herramientas cermet proporcionan una excelente resistencia al desgaste y pueden manejar velocidades de corte más altas.. Son adecuados para operaciones de acabado donde se genera menos calor..
• Diamante cerámico y policristalino (PCD) Herramientas: Para aplicaciones específicas de acabado de alta velocidad, Las herramientas de cerámica o PCD pueden ser efectivas.. Sin embargo, Son frágiles y no ideales para operaciones de desbaste debido a su falta de dureza..

2. Elija la geometría de herramienta adecuada

• Bordes cortantes afilados: Utilice herramientas con puntas, Ángulos de ataque positivos para minimizar las fuerzas de corte y reducir la generación de calor.. Las herramientas afiladas también ayudan a prevenir el endurecimiento y la irritación., que son problemas comunes al mecanizar titanio.
• Ángulo de hélice óptimo: Seleccionar herramientas con el ángulo de hélice correcto mejora la evacuación de virutas y reduce la vibración, Lo cual es crucial para mantener la calidad del acabado superficial y la vida útil de la herramienta.. Un ángulo de hélice más alto suele ser más eficaz para reducir la vibración..
• Núcleo fuerte y diseño rígido: Las fresas con núcleos más gruesos y números de flautas reducidos son más fuertes y menos propensas a deformarse, lo que ayuda a mantener la precisión y reducir el riesgo de rotura durante cortes pesados.

3. Considere recubrimientos y tratamientos para herramientas

• Recubrimientos TiAlN y AlCrN: Estos recubrimientos están diseñados para soportar altas temperaturas y reducir la afinidad química entre la herramienta y el titanio., Disminuyendo las posibilidades de acumulación de borde. (HABLAR) formación y irritación.
• Carbono tipo diamante (contenido descargable) Recubrimientos: Para aplicaciones específicas, Los recubrimientos DLC pueden ofrecer un rendimiento mejorado al reducir la fricción y aumentar la resistencia al desgaste., especialmente en aleaciones de titanio no ferrosos.

4. Optimizar los parámetros de corte

• Velocidades de corte más bajas: La baja conductividad térmica del titanio significa que el calor permanece concentrado cerca del área de corte.. Usar velocidades de corte más bajas (típicamente 30-60 metros por minuto) ayuda a gestionar la acumulación de calor y prolonga la vida útil de la herramienta.
• Velocidades de alimentación moderadas: Equilibrar las velocidades de avance con la velocidad de corte es esencial. Una velocidad de avance moderada ayuda a mantener el espesor de la viruta, lo cual es necesario para una disipación eficiente del calor y evitar el endurecimiento por trabajo..
• Refrigerante de alta presión: El uso de sistemas de refrigeración de alta presión es fundamental para el mecanizado de titanio.. Ayudan a eliminar el calor y las virutas de la zona de corte., evitando daños en las herramientas y garantizando mejores acabados superficiales.

5. Emplear la estrategia de ruta de herramienta adecuada

• Fresado trocoidal: Esta estrategia de fresado avanzada implica tomar profundidades de corte radiales más pequeñas y profundidades axiales altas., que minimiza la generación de calor y distribuye uniformemente las fuerzas de corte, mejorando la vida útil de la herramienta.
• Perforación de picoteo: Al perforar titanio, La perforación por penetración se puede utilizar para romper virutas y evacuarlas del agujero., reduciendo el riesgo de obstrucción de virutas y acumulación de calor.
• Compromiso constante del cortador: Mantenga un ángulo de compromiso de corte constante para evitar cambios repentinos en la carga., lo que puede causar vibraciones y afectar la vida útil de la herramienta y la calidad de la pieza..

6. Garantice una sujeción adecuada del trabajo y la rigidez de la máquina

• Sujeción estable: Utilice alta precisión, Soluciones rígidas de sujeción de piezas para minimizar las vibraciones y garantizar la estabilidad durante el mecanizado.. La reducción de la vibración no sólo mejora el acabado de la superficie sino que también evita que la herramienta se astille..
• Máquinas herramienta rígidas: Las máquinas CNC con alta rigidez y capacidad de amortiguación son esenciales para mecanizar titanio de forma eficaz. Ayudan a minimizar las vibraciones., mantener la estabilidad de la herramienta, y proporciona un control preciso sobre las fuerzas de corte.

8. Acabados superficiales para piezas mecanizadas de titanio

una gama de acabado superficial Las técnicas pueden mejorar los productos de titanio mecanizados por CNC por razones funcionales y estéticas.. El titanio se puede acabar utilizando métodos como el pulido., Recubrimiento en polvo, revestimiento PVD, Cepillado, anodizado, y granallado para lograr acabados superficiales deseados que cumplan con estándares industriales específicos.

9. Técnicas avanzadas para el mecanizado de titanio

• Mecanizado criogénico: Utiliza nitrógeno líquido para enfriar el área de corte., Reducir el desgaste de las herramientas y mejorar la calidad de las piezas..
• Mecanizado asistido por ultrasonidos: Mejora las tasas de eliminación de material y reduce el desgaste de las herramientas mediante la aplicación de vibraciones ultrasónicas..
• 5-Mecanizado de ejes: Ideal para crear geometrías complejas y garantizar una alta precisión en piezas de múltiples lados.

10. Control de Calidad en el Mecanizado CNC de Titanio

Mantener tolerancias estrictas y precisión es crucial al mecanizar titanio. Las medidas de control de calidad incluyen:

• Máquinas de medición de coordenadas (MMC): Para mediciones precisas y cumplimiento de las especificaciones.
• Tratamientos post-mecanizado: Tratamiento térmico, acabado superficial, e inspección garantizan que el producto final cumpla con las especificaciones.

11. Aplicaciones comunes de piezas de titanio mecanizadas

El titanio se usa ampliamente en todas las industrias para componentes que requieren resistencia., propiedades ligeras, y resistencia a la corrosión:

Industria Marina/Naval

La excepcional resistencia a la corrosión del titanio lo hace ideal para aplicaciones marinas.. Se utiliza comúnmente en la producción de ejes de hélice., robótica submarina, aparejo, válvulas de bola, intercambiadores de calor marinos, tuberías del sistema contra incendios, zapatillas, revestimientos de la chimenea de escape, y sistemas de refrigeración a bordo.

Aeroespacial

La alta relación resistencia-peso del titanio, resistencia a la corrosión, y la tolerancia al calor lo convierten en un material preferido en el sector aeroespacial.. Se utiliza para componentes de asientos., piezas de turbina, ejes, valvulas, carcasas, filtros, y piezas del sistema de generación de oxígeno.

Automotor

Si bien el aluminio suele ser el preferido en el sector automovilístico debido a su disponibilidad y rentabilidad., El titanio todavía se utiliza para piezas de alto rendimiento.. Estos incluyen válvulas, resortes de válvula, retenedores, pistones de pinza de freno, pasadores del pistón del motor, resortes de suspensión, soportes de tope, balancines del motor, y bielas.

Médico y Dental

El titanio es muy valorado en el campo médico por su resistencia a la corrosión., baja conductividad eléctrica, y biocompatibilidad. Se utiliza en tornillos óseos., implantes dentales, tornillos craneales para fijación, varillas espinales, conectores, platos, y alfileres ortopédicos.

12. Tendencias futuras en el mecanizado de titanio

• Avances en materiales y recubrimientos para herramientas: Nuevos materiales y recubrimientos extenderán la vida útil de la herramienta y mejorarán la eficiencia del mecanizado.
• Innovaciones en técnicas de mecanizado y automatización: La automatización mejorará la productividad y la coherencia.
• Prácticas de mecanizado sostenibles y rentables: Centrarse en minimizar los residuos y el consumo de energía.

13. Elija DEZE para mecanizar piezas de titanio

DEZE ofrece experiencia en mecanizado CNC de titanio con equipos avanzados, maquinistas expertos, y un compromiso con la calidad, Garantizar componentes de alta calidad adaptados a sus requisitos específicos..

14. Conclusión

Las propiedades únicas del titanio lo convierten en un material valioso para el mecanizado CNC. A pesar de los desafíos, Seguir las mejores prácticas y utilizar técnicas avanzadas puede producir resultados excepcionales.. Ya sea para componentes aeroespaciales o dispositivos médicos, Elegir el grado correcto y emplear estrategias de mecanizado efectivas son clave para el éxito de los proyectos de mecanizado de titanio..

Referencia de contenido：https://dz-machining.com/titanium-vs-aluminum/

Preguntas frecuentes

¿Es el titanio más difícil de mecanizar que el acero??

Sí, El titanio es más difícil de mecanizar que el acero., principalmente debido a su alto punto de fusión y tendencia a estirarse en lugar de romperse.. Esta maleabilidad hace que sea más difícil mecanizar con precisión..

¿Cuál es la velocidad de avance de fresado del titanio??

Para fresar titanio, una velocidad de corte de 40 a 150 Se recomienda m/min, con una velocidad de avance que oscila entre 0.03 a 0.15 mm por diente.

¿Cómo se alivia la tensión en el titanio después del mecanizado??

Las aleaciones de titanio pueden aliviar tensiones sin perder su resistencia o ductilidad.. Este proceso implica calentar el metal para 595-705 °C (1100-1300 °F) durante una o dos horas, seguido de enfriamiento por aire.