Dominando a Usinagem de Titânio: Técnicas Especializadas e Seleção de Ferramentas para Ligas

Na indústria de manufatura atual, o titânio e suas ligas tornaram-se essenciais em aplicações aeroespaciais, médicas, automotivas e de armas. Este metal popular é resistente à ferrugem e produtos químicos, é reciclável e extremamente forte para seu peso. No entanto, existem vários desafios que devem ser considerados ao usinar titânio e selecionar as ferramentas e parâmetros adequados para o trabalho.

Variedades de Titânio

O titânio está disponível em muitas variedades, incluindo quase 40 graus ASTM, bem como várias ligas adicionais. Os graus 1 a 4 são considerados titânio comercialmente puro com requisitos variados de resistência à tração máxima. O Grau 5 (Ti6Al4V ou Ti 6-4) é a combinação mais comum, ligada com 6% de alumínio e 4% de vanádio. Embora o titânio e suas ligas sejam frequentemente agrupados, existem diferenças fundamentais entre eles que devem ser observadas antes de determinar a abordagem ideal de usinagem.

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Preocupações com Titânio

Fixação da Peça

Embora o titânio possa ter propriedades de material mais desejáveis que o aço médio, ele também se comporta de forma mais flexível e muitas vezes não é tão rígido quanto outros metais. Isso exige uma fixação segura das peças de titânio e uma configuração de máquina o mais rígida possível. Outras considerações incluem evitar cortes interrompidos e manter a ferramenta em movimento em todos os momentos de contato com a peça. Permanecer em um furo perfurado ou parar a ferramenta próximo a uma parede perfilada fará a ferramenta roçar – criando calor excessivo, endurecendo o material por trabalho e causando desgaste prematuro da ferramenta.

Geração de Calor

O calor é um inimigo formidável e a geração de calor deve ser considerada ao selecionar velocidades e avanços. Enquanto os graus comercialmente puros de titânio são mais macios e gomosos que a maioria de suas ligas, a adição de elementos de liga geralmente aumenta a dureza do titânio. Isso aumenta as preocupações com calor gerado e desgaste da ferramenta. Manter um avanço por dente maior e evitar roçamento desnecessário ajuda no desempenho da ferramenta em ligas de titânio mais duras e minimiza a quantidade de endurecimento por trabalho produzido. Escolher um RPM menor, combinado com um avanço por dente maior, pode proporcionar uma redução significativa de temperatura em comparação com opções de velocidade mais alta. Devido às suas baixas propriedades de condução, manter as temperaturas ao mínimo colocará menos estresse na ferramenta e reduzirá o desgaste. O uso de refrigerante de alta pressão também é um método eficaz para reduzir a geração de calor ao usinar titânio.

Estas tampas de comando de válvulas foram feitas sob medida em titânio para Mitsubishi Evos.
Foto cortesia de @RebootEng (Instagram)

Galling e Aresta de Acúmulo

O próximo obstáculo a considerar é que o titânio tem uma forte tendência a aderir à ferramenta de corte, criando aresta de acúmulo. Este é um problema complicado que pode ser reduzido usando quantidades abundantes de refrigerante de alta pressão direcionado diretamente na superfície de corte. O objetivo é remover cavacos o mais rápido possível para evitar recorte de cavacos e manter as canaletas limpas e livres de detritos. Galling é uma grande preocupação nos graus comercialmente puros de titânio devido à sua natureza "gomosa". Isso pode ser abordado usando as estratégias mencionadas anteriormente, como manter o avanço em todos os momentos de contato com a peça e usar bastante refrigerante de alta pressão.

Soluções para Titânio

Embora as preocupações primárias ao usinar titânio e suas ligas possam mudar, os métodos para mitigá-los permanecem relativamente constantes. As ideias principais são evitar galling, geração de calor, endurecimento por trabalho e deflexão da peça ou ferramenta. Use muito refrigerante de alta pressão, mantenha velocidades baixas e avanços altos, mantenha a ferramenta em movimento quando em contato com a peça e use uma configuração o mais rígida possível.

Além disso, selecionar um revestimento de ferramenta adequado pode ajudar a tornar seu trabalho bem-sucedido. Com o alto calor gerado durante operações de usinagem de titânio, ter um revestimento que possa lidar adequadamente com a temperatura é fundamental para manter o desempenho durante uma operação. O revestimento adequado também ajudará a evitar galling e evacuar cavacos efetivamente. Revestimentos como Aluminum Titanium Nitride (AlTiN Nano) da Harvey Tool produzem uma camada de óxido em altas temperaturas e aumentam a lubrificidade da ferramenta.

Soluções de Ferramentas

A Helical Solutions oferece a linha de ferramentas HVTI-6 otimizada para Fresagem de Alta Eficiência (HEM) em Titânio e suas ligas. A HVTI-6 da Helical apresenta seu revestimento Aplus que oferece lubrificidade adicional e resistência a alta temperatura para vida útil prolongada e velocidades e avanços mais rápidos.

À medida que o titânio e suas muitas ligas continuam a crescer em uso em várias indústrias, mais usinadores serão encarregados de cortar este material difícil. No entanto, gerenciamento de calor e evacuação adequada de cavacos, quando combinados com o revestimento correto, permitirão uma execução bem-sucedida.