El titanio es un material de mecanizado CNC excepcional. Puede tolerar altas temperaturas y es resistente a la corrosión y a los productos químicos. Además, es liviano y tiene varias características adicionales que lo hacen único y valioso para los productores.
Las piezas de titanio mecanizadas por CNC son increíblemente duraderas, pero debido a la alta resistencia a la tracción del titanio, su fabricación puede resultar difícil. En esta publicación, cubriremos el mecanizado CNC de titanio, cómo elegir las herramientas de corte correctas para mecanizar titanio y consejos útiles para un mecanizado exitoso.
¿Qué es el titanio?
Titanium Es un hermoso metal de transición descubierto en el Reino Unido en el siglo XVIII. Tiene un aspecto plateado y es extremadamente fuerte a pesar de su pequeña densidad. Esto lo convierte en un producto deseable en empresas donde la reducción de peso es fundamental.
El titanio tiene una alta relación resistencia-peso, es muy resistente a la corrosión (del agua de mar, cloro y ácidos) y no es tóxico incluso en grandes cantidades. Esto lo hace muy valioso en el campo médico, donde se utilizan implantes y otros equipos médicos.
El titanio se alea frecuentemente con elementos como hierro, aluminio y vanadio en la industria industrial.
¿Por qué máquina CNC de titanio?
Las principales ventajas del titanio CNC como material de fabricación incluyen una excelente biocompatibilidad, alta resistencia a la corrosión y la relación resistencia-peso más alta de cualquier metal. Este metal también es muy maleable y mecanizable. Otros beneficios del uso de titanio para piezas de mecanizado de titanio de precisión CNC incluyen:
- No es tóxico
El titanio es resistente a la corrosión, tiene una excelente biocompatibilidad y no es tóxico, lo que lo convierte en un material perfecto para su uso en el sector médico.
- No magnético
Este metal no tiene propiedades magnéticas. También es resistente a los efectos corrosivos debido a su superior resistencia a la oxidación.
- Durabilidad
El titanio es extremadamente resistente, lo que lo hace perfecto para la producción de piezas mecanizadas por CNC sometidas a condiciones de trabajo duras o extremas.
¿Por qué elegir titanio para piezas de mecanizado CNC?
El mecanizado CNC suele ser la tecnología de fabricación óptima para obtener las piezas de titanio más precisas y económicas.
Para entender por qué, considere las alternativas.
Los fabricantes rara vez utilizan la fundición de piezas de titanio. Esto se debe a que el titanio calentado interactúa fuertemente con el oxígeno, y muchos materiales refractarios utilizados en la fundición contienen trazas de oxígeno. Una solución es utilizar la fundición de grafito apisonado, que produce piezas con una textura superficial muy rugosa, inadecuada para la mayoría de las aplicaciones médicas, aeronáuticas e industriales. Las piezas de titanio también pueden fundirse mediante fundición a la cera perdida. Sin embargo, esto requiere una cámara de vacío.
Para las piezas de titanio, un enfoque reciente es utilizar Fabricación aditivaLos materiales de titanio para impresión 3D pueden procesarse mediante diversos procedimientos, como la fusión selectiva por láser (SLM), la deposición directa de energía (DED) y la fusión por haz de electrones (EBM). Sin embargo, estas tecnologías de impresión 3D son costosas, y muchos sectores aún necesitan validar el titanio impreso en 3D para piezas de uso final de seguridad crítica. En comparación con las alternativas, el mecanizado CNC de tungsteno produce piezas de titanio precisas, seguras, adaptables y económicas.
¿Por qué es difícil mecanizar el titanio?
Aunque el titanio CNC es un material excelente para una variedad de aplicaciones, los productores frecuentemente encuentran dificultades al mecanizarlo. Estas son algunas de las razones por las que el titanio es difícil de mecanizar:
Endurecimiento y tensiones residuales
Las aleaciones de titanio no son muy flexibles debido a su estructura cristalina, que puede necesitar fijación durante el mecanizado. Su estructura cristalina puede mejorar la fuerza de corte durante el mecanizado, reduciendo la facilidad de mecanizado y aumentando la posibilidad de tensiones residuales.
Estas tensiones pueden hacer que la posición se tuerza, se agriete o dure un período más corto.
Mayor irritación y reactividad química
Algunos gases pueden reaccionar con las aleaciones de titanio durante el mecanizado, provocando oxidación y fragilización de la superficie. Tiene el potencial de degradar los componentes y reducir su resistencia a la corrosión.
Además, debido a su increíble resistencia y su bajo módulo de elasticidad, este metal es difícil de fabricar. El titanio, debido a su naturaleza pegajosa, puede adherirse a la herramienta de corte CNC, provocando fallas y daños. Además de causar daños a la herramienta, el irritamiento con frecuencia degrada la calidad del acabado superficial del titanio.
Fuerzas de corte y acumulación de calor
Una de las tareas más difíciles es mantener una temperatura fría mientras se corta titanio. Esto se debe a que el titanio tiene una conductividad térmica limitada, lo que hace que la pieza de metal se caliente donde el mecanizado es rápido. Esto se desgasta más rápido y puede tener un impacto severo en la calidad de las superficies cortadas si no se trata adecuadamente, especialmente cuando se mecanizan aleaciones de titanio más duras.
Estas aleaciones de titanio CNC más duras requieren una mayor carga de viruta y menos RPM en la máquina CNC. Un refrigerante a alta presión también puede hacer que sus herramientas de corte funcionen de manera más eficiente y produzcan piezas de titanio de mayor calidad.
Las aleaciones de titanio también requieren grandes fuerzas de corte, lo que dificulta su corte. Estas fuerzas de corte frecuentemente resultan en desgaste de herramientas, piezas defectuosas y alta vibración, lo que afecta la calidad del producto y el pulido de la superficie.
Consejos útiles para mecanizar titanio
Debido a las complejidades del mecanizado de titanio, muchos talleres mecánicos dudan en trabajar con este material de vanguardia. Sin embargo, debido a sus excelentes propiedades, muchos fabricantes utilizan titanio para fabricar piezas de alta calidad. Afortunadamente, los maquinistas CNC y los fabricantes de herramientas competentes han producido útiles puntas de titanio para máquinas.
Aquí están las puntas de titanio para mecanizar:
Elija la herramienta de corte adecuada
Debido a la creciente demanda de titanio, los fabricantes de herramientas están investigando formas únicas de mejorar la maquinabilidad del titanio. Las herramientas de corte con recubrimientos de nitruro de carbono de titanio (TiCN) o nitruro de aluminio y titanio resistente al calor (TiAlN) pueden persistir por más tiempo.
En general, los maquinistas deben seleccionar herramientas específicas de titanio de la más alta calidad e inspeccionar y reemplazar el equipo desgastado con regularidad. Además, intente utilizar una herramienta con un diámetro más pequeño y más hojas de corte para ayudar a mantener una tasa de remoción de piezas constante y al mismo tiempo limitar la acumulación de calor. Un bien prototipado rápido La empresa se asegurará de que esto se haga.
Sujete las piezas firmemente
Debido a que el titanio es propenso a la vibración de la herramienta, cualquier cosa que pueda hacer para reducir la vibración facilitará el mecanizado del titanio. Sujete las piezas firmemente para evitar que se desvíen. Además, utilice máquinas CNC de alta calidad con configuraciones de herramientas excepcionalmente rígidas. También podría considerar el uso de herramientas de corte más cortas para reducir la deflexión de la herramienta.
Utilice un sistema de refrigeración de alta presión
El acabado CNC de titanio requiere que un pequeño porcentaje del radio de la herramienta esté en contacto, así como un avance por diente muy bajo y afilado. Sin embargo, generará calor que será difícil de eliminar del área de trabajo. Si lo dejamos así, eventualmente destruirá nuestro equipo de corte y dificultará el mantenimiento de las tolerancias. Como resultado, al cortar titanio, utilice la mejor configuración de refrigerante disponible.
Un sistema de refrigeración de alta presión es una ayuda eficaz. Dependiendo de la aplicación, es posible que también se necesite un husillo. Cuando se trabaja con titanio, también puede resultar útil aumentar la concentración de refrigerante.
Considere los parámetros de corte
Al mecanizar titanio, el control de la temperatura debe utilizarse con precaución. Una de las formas más sencillas de mantener frías la pieza de trabajo y las herramientas es utilizar un flujo constante de refrigerante a alta presión dirigido a la región de corte. Si saca las virutas de la zona de corte, no se pegarán a su equipo de mecanizado.
Cuando trabaje con titanio, también debe considerar las velocidades de avance, las velocidades del husillo y las cargas de viruta. Esto incluye limitar la tensión ejercida sobre las herramientas y equipos y evitar permanecer en un lugar por mucho tiempo. Para aumentar la eficacia de corte y minimizar las temperaturas de mecanizado, puede valer la pena estudiar un enfoque de corte alternativo, como aumentar la profundidad de corte axial y disminuir el compromiso radial.
Diferentes grados de titanio para mecanizado CNC
Existen varios tipos de aleaciones de titanio y grados de titanio, cada uno con su aplicación, ventajas y desventajas adecuadas. Echemos un vistazo más de cerca a estos grados:
grado 1
Es titanio puro con bajo contenido de oxígeno. Es la aleación de titanio más blanda y dúctil entre los tipos de titanio más utilizados. El titanio de grado 1 es extremadamente mecanizable, resistente a los impactos, resistente a la corrosión y moldeable. Lo negativo es que tiene una resistencia menor que otros tipos de titanio. Este nivel se utiliza en las industrias médica, automotriz y aeroespacial.
grado 2
Es titanio puro con contenido de oxígeno estándar. A menudo se le conoce como titanio caballo de batalla. Es muy resistente a la corrosión, fuerte, conformable, soldable, dúctil y tiene baja resistencia. El titanio de grado 2 se utiliza en las industrias médica y aeroespacial para fabricar motores de aviones.
grado 3
Es titanio puro con contenido medio de oxígeno. Aunque se utiliza con menos frecuencia que los grados 1 y 2, este titanio ofrece excelentes cualidades mecánicas. Proporciona excelente resistencia a la corrosión, maquinabilidad y resistencia. Se utiliza en las industrias médica, marítima y aeroespacial.
grado 4
Es titanio puro con alto contenido de oxígeno. Este grado de titanio es sólido y resistente a la corrosión. Sin embargo, no es fácil de fabricar y requiere grandes cantidades de refrigerante y una alta velocidad de avance. El titanio de grado 4 se utiliza en contenedores criogénicos, equipos CPI, componentes de aviones, intercambiadores de calor y otras aplicaciones.
grado 5
También se conoce como Ti6Al4V. La aleación de titanio de grado 5 está compuesta por un 4 % de vanadio y un 6 % de aluminio. No es tan fuerte como otras aleaciones, pero es muy resistente a la corrosión y maleable. Es muy adecuada para la generación de energía, aplicaciones marítimas y en alta mar y estructuras cruciales para fuselajes de aeronaves.
grado 6
También se conoce como Ti 5 Al-2.5Sn. Este grado de titanio proporciona buena soldabilidad, estabilidad y resistencia, principalmente a altas temperaturas, lo que lo hace útil en la fabricación de estructuras de aviones y motores a reacción.
grado 7
También se conoce como Ti-0.15Pd. Este grado de titanio es comparable al grado 2, con la única diferencia de la adición de paladio para mejorar la resistencia a la corrosión. La aleación de titanio de grado 7 es muy moldeable y soldable. Es apropiado para su uso en la fabricación de equipos de procesamiento químico.
grado 11
También se conoce como Ti-0.15Pd. El titanio de grado 11 es bastante comparable al de grado 7. Sin embargo, es más dúctil y tiene una menor tolerancia a otras impurezas. Tiene una resistencia menor que el grado 7 y se utiliza en las industrias marítima y de producción de clorato.
grado 12
Esto también se conoce como Ti0.3Mo0.8Ni. El titanio de grado 12 es costoso y comprende un 0.3% de molibdeno y un 0.8% de níquel, lo que le confiere buena soldabilidad, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión. Se utiliza en intercambiadores de calor y carcasas, componentes marinos y aeroespaciales, etc.
grado 23
Esto también se conoce como T6Al4V-ELI o intersticial extra bajo. El titanio de grado 23 tiene cualidades similares al titanio de grado 5 pero es más puro. Tiene una alta tenacidad a la fractura, es biocompatible y tiene una maquinabilidad relativa baja. Se utiliza para fabricar clavos, tornillos, grapas quirúrgicas y aparatos de ortodoncia ortopédicos.
¿Cómo elegir las herramientas de corte adecuadas para mecanizar titanio?
Cuando se mecaniza titanio con CNC, utilizar cualquier herramienta de corte suele ser una mala idea. Aquí se explica cómo seleccionar las mejores herramientas de corte para fresar titanio u otras técnicas de mecanizado de titanio personalizadas, como el torno de titanio. vuelta:
Considere el número de flautas de la herramienta de corte
Para obtener tiempos de ciclo del producto, debe aumentar el número de canales de fresado. Más dientes = menos castañeteo en el caso del titanio. Por ejemplo, una fresa de extremo de 10 flautas, aunque ajustada para las cargas de viruta requeridas para la mayoría de los materiales, es ideal para usar con titanio. Esto se debe principalmente al requisito de limitar los acoplamientos radiales.
Considere los molinos de alto avance
Cuando se trabaja con Mecanizado CNC de 5 ejes y titanio orientado radialmente, los molinos de alto avance son ideales para minimizar la interacción. Estas herramientas están diseñadas expresamente para lograr ese propósito.
Considere el recubrimiento de herramientas de corte
Los recubrimientos pueden mejorar significativamente la capacidad de sus herramientas para soportar el calor producido por el titanio. El TiAlN (nitruro de aluminio y titanio) es un excelente recubrimiento que vale la pena considerar. Proporciona lubricidad para combatir las aristas acumuladas, el desgaste por rozadura y la soldadura por virutas y es particularmente adecuado para las temperaturas que se encuentran durante fresado CNC titanio.
Mantenga el filo afilado y evite cortes interrumpidos
El titanio es fuerte y elástico debido a su bajo módulo de Young. Esto significa que se requiere un instrumento afilado para eliminar una viruta de la superficie de manera eficiente y sin fricción.
Se deben evitar en la medida de lo posible los cortes interrumpidos, ya que pueden martillar virutas en las herramientas con bordes afilados, lo que podría provocar un fallo prematuro de la herramienta.
Acabados de superficie para titanio mecanizado
Las piezas CNC de titanio mecanizadas por CNC pueden beneficiarse de una variedad de tratamientos de acabado superficial, ya sea por razones funcionales o estéticas.
El acabado de superficies de titanio incluye:
- alisando
- Recubrimiento electrónico
- Voladura de cuentas
- Cepillado
- Pulido
- Cromado
- Pintura
- Recubrimiento PVD
- El recubrimiento en polvo
Aplicaciones de piezas mecanizadas de titanio
Los productos mecanizados con titanio son duraderos, resistentes a la corrosión y estéticamente agradables. Estas características les permiten ser utilizados en una amplia gama de industrias. Estas son algunas de sus aplicaciones en diversas industrias:
Médico y dental
El titanio tiene diversas aplicaciones en el sector médico debido a su fuerte y baja conductividad eléctrica, resistencia a la corrosión y valores de pH fisiológico. Las piezas médicas de titanio incluyen tornillos para huesos cónicos, autorroscantes o rectos, tornillos para implantes dentales, tornillos craneales para sistemas de fijación craneal, varillas de fijación espinal, clavos, conexiones y placas ortopédicas, etc.
Industria Marina/Naval
El titanio tiene una mayor resistencia a la corrosión que la mayoría de los metales naturales. Debido a su resistencia, es perfecto para la fabricación de ejes de hélice, robótica submarina, válvulas de bola, equipos de aparejo, intercambiadores de calor marinos, bombas, revestimientos de chimeneas de escape, tuberías de sistemas contra incendios y sistemas de refrigeración a bordo.
Motorium
El titanio versus el aluminio es un debate candente en la industria automotriz, donde el aluminio tiene ventaja debido a su disponibilidad y rentabilidad. No obstante, el titanio todavía se utiliza en la fabricación de piezas de automóviles. El titanio y sus aleaciones se utilizan principalmente en la fabricación de válvulas, resortes de válvulas, retenedores, soportes de tope de automóviles, tuercas colgantes, pasadores de pistón de motor, resortes de suspensión, pistones de pinzas de freno, balancines de motor y bielas para motores de combustión interna.
Aeroespacial
El titanio es un material popular en la industria aeronáutica debido a sus múltiples propiedades deseables. Estas características incluyen una alta relación resistencia-peso, una excepcional resistencia a la corrosión y rendimiento en entornos muy calientes. Los componentes de asiento, carcasa, eje, válvula, componentes de turbina y piezas de filtro, así como piezas para sistemas de generación de oxígeno, se fabrican todos de titanio en la industria aeroespacial.
Conclusión
Como sabrá, el mejor titanio para su producto está determinado por las características y aplicaciones que necesita. Si está desarrollando productos para usos médicos, debería considerar el titanio de grado 23. Alternativamente, si desea una pieza que funcione bien a altas temperaturas, debe considerar el titanio de grado 6.
Sólo tenga en cuenta que las aleaciones de titanio requieren un mecanizado preciso por parte de profesionales calificados. A diferencia de los metales de mecanizado libre como el latón C360 o el acero SS416, trabajar con titanio exige habilidad, paciencia y las herramientas adecuadas. No busques más que Servicios de mecanizado CNC de Zintilon para su próximo servicio CNC de titanio. ¡Póngase en contacto con nosotros hoy!
Preguntas Frecuentes
¿Qué RPM se necesitan para el mecanizado de titanio?
Es imprescindible utilizar máquinas de titanio adecuadas y potentes. Algunas de las recomendaciones para una buena fresadora CNC de titanio incluyen un par muy alto en las máquinas, que es necesario y puede oscilar entre 300 y 1500 Nm. Además, unas RPM bajas, y en la mayoría de las circunstancias, 3000 RPM, son suficientes porque se emplea una herramienta de corte de carburo con una velocidad de corte suave de 45-100 m/min. También se requiere refrigerante interno; cuanto mayor sea la temperatura, mejor.
¿Cuál es la velocidad de avance del fresado de titanio?
Esta plaquita debe cortarse a una velocidad de 40 a 150 m/min y una velocidad de avance de 0.03 a 0.15 mm por diente cuando se trabaja con titanio.
¿Es el titanio más difícil de mecanizar que el acero?
El titanio es más difícil de procesar que el acero debido a su alto punto de fusión. También es muy flexible y con frecuencia se expande antes de romperse, lo que dificulta su mecanizado.
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