Generalidades del titanio
La elevada resistencia mecánica, su baja densidad y excelente resistencia a la corrosión son las principales propiedades que hacen del titanio un material excelente para sectores de alta tecnología como el aeronáutico, aeroespacial y médico. Sin embargo la dificultad de su mecanizado y su elevado coste le hacen no apto en otros muchos sectores.
La aleación más utilizada es Ti6AI4V, con porcentaje entre el 45% y el 60% del consumo mundial, actualmente hay nuevas aleaciones mejoradas como Ti54M, con una mejor maquinabilidad gracias a un grano más fino.
Dificultades del mecanizado:
- El titanio tiene una conductibilidad térmica muy baja y un elevado calor específico. Por lo que el calor producido en el mecanizado hace que se alcancen altas temperaturas que inciden directamente en la vida de la herramienta.
- Un área de contacto efectiva entre la viruta y la herramienta muy pequeña hace que las cargas termo mecánicas se concentren en la zona de la arista de corte, disminuyendo la duración de la herramienta. El cráter generado en la superficie de desprendimiento se encuentra más cerca de la arista de corte, lo que debilita el filo y en consecuencia disminuye la vida de la herramienta.
- El titanio posee un bajo módulo de elasticidad (110GPa) que da lugar a vibraciones perjudiciales para la pieza, pero sobre todo para la herramienta.
- La elevada reactividad química a elevadas temperaturas con la mayoría de los materiales utilizados para fabricar las herramientas de corte, provoca el desgaste prematuro de las mismas por mecanismos de difusión entre otros.
- La viruta se forma de segmentada con lo que se produce requerimientos cíclicos térmicos y mecánicos en la herramienta, lo que provoca un deterioro más rápido de la misma.
Herramientas:
Las herramientas de corte más utilizadas son las plaquitas de metal duro sin recubrir, en calidad K, también se emplean placas recubiertas en TIN, TICN,etc. sobre todo en fresado. Como alternativa para el desbaste se puede utilizar Hss sinterizado, con rendimiento comparable al metal duro y a un coste muy inferior.
Otra alternativa es el CBN y el PKD que tienen muy buenas prestaciones a la hora de mecanizar Titanio, permitiendo unas velocidades de corte de hasta 150 m/min, con lo que se mejora ampliamente las condiciones respecto al metal duro. Su uso no es muy extendido por el elevado coste de estos materiales.
Por otra parte la refrigeración en el punto de corte es vital para la obtención de buenas superficies, las presiones de trabajo del refrigerante entre 20-60 bares son perfectas para conseguir evitar la adhesión del material al filo de corte y la eliminación de las mismas en el momento en que son generadas. El Titanio es un material con una gran tendencia a inflamarse, arde rápidamente y genera mucho calor, por lo que es aconsejable un sistema anti-incendios con las sondas adecuadas.
La rigidez de todo el sistema, cabezal, guias, utillaje, etc. es muy importante para conseguir las mejores tasas de remoción del material.
Estrategias de mecanizado
Existen muchas técnicas de mecanizar titanio de manera efectiva, pero es un todo en el que si dejamos algo sin tener en cuenta nos arruinará el trabajo.
La estabilidad
es una de las claves, cuando la herramienta entra en contacto con el material cierra el circulo de herramienta, portaherramientas, husillo, columna, guias, mesa, fijación y pieza de trabajo, todas las partes involucradas deben de tener la necesaria rigidez, para no arruinar el trabajo.
La refrigeración
La presión y el volumen es importante, la alta presión de 70 a 100 bares ha demostrado proporcionar grandes beneficios, al ser el titanio químicamente reactivo, el bajar la temperatura con la refrigeración, vamos a favorecer las condiciones de corte y la vida de la herramienta se verá incrementada.
La herramienta
Es importante utilizar herramientas de corte diseñadas específicamente para el mecanizado de titanio. Estas herramientas suelen tener geometrías especiales y recubrimientos que ayudan a reducir la fricción y el desgaste. Las herramientas para el titanio requieren de filos agudos y es preferible que sean de paso fino (más dientes), para minimizar las vibraciones, Para un fresado radial una fresa de paso reducido y un empañe axial tan grande como permita la herramienta o la pieza y un empañe radial de un 30%, es la mejor solución para el fresado radial. Utilice el fresado en concordancia, viruta de gruesa a fina, generará menos calor. Una viruta delgada es incapaz de absorber y sacar este calor generado, que entonces se va a la herramienta de corte.
En titanio y otros metales, la vida de herramienta se pierde en momentos de cambios súbitos en fuerza. El peor de estos momentos a menudo ocurre cuando la herramienta entra en el material. Avanzar directamente en el material produce un efecto similar a golpear el filo de corte con un martillo.
Las entradas se deben de hacer suaves y progresivas, cree una trayectoria de herramienta en arco para la herramienta en el material, en lugar de penetrar en línea recta. En el fresado grueso-a-delgado, el arco de entrada del patrón de la herramienta debe de seguir la misma dirección (en el mismo sentido de las manecillas del reloj o en sentido opuesto) que la rotación de la herramienta.
El patrón de entrada en arco permite un incremento gradual en la fuerza de corte, previniendo la inestabilidad de la herramienta. La generación de calor y la creación de viruta también se produce gradualmente hasta que la herramienta está totalmente introducida en el corte.
Igualmente la salida de la herramienta es un momento delicado en el que se pueden causar daños en el material por el cambio brusco de fuerzas, se recomienda hacer una salida en chaflan de 45º para prevenir este efecto.
Estrategias de mecanizado trocoidales dan buenos resultados en el mecanizado de titanio, al reducir la generación de temperatura por el bajo empañe radial de la fresa.
Así mismo consideramos una buena alternativa el planeado con herramientas de alto avance o «turbo» el bajo ángulo de ataque entre 10-15º producir bajos espesores de viruta, lo que nos permite aumentar significativamente los avances.
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