Dicas para usinagem CNC de titânio:aeroespacial e muito mais

Com sua excelente relação resistência-peso e resistência à corrosão, o titânio é um dos metais mais úteis e populares para engenheiros industriais, arquitetos e designers de produtos de consumo. É nomeado após os Titãs da mitologia grega antiga, afinal, e geralmente faz jus ao seu nome.

O titânio tem propriedades materiais desejáveis ​​e também é relativamente fácil de trabalhar. É soldável (em uma atmosfera inerte) e pode ser CNC usinado como aço inoxidável. Também é propício para praticamente todos os acabamentos de superfície processos:jateamento de esferas, revestimento em pó e eletroforese produzem bons resultados quando aplicados em titânio. É claro que existem metais com maior grau de usinabilidade que o titânio, mas o titânio oferece uma boa combinação de conformabilidade e desempenho mecânico.

Dito isto, projetar e fabricar peças de titânio nem sempre é o mesmo que para peças de alumínio ou peças feitas de materiais de baixo custo. E como os blanks de titânio custam cerca de 10 vezes mais que o Alumínio 6061, você deve garantir que suas peças sejam feitas corretamente na primeira vez.

Este post discute os fundamentos da usinagem CNC de titânio, incluindo as aplicações mais adequadas, considerações de usinagem e opções de acabamento de superfície.

O que é titânio?

O titânio é um metal de transição brilhante descoberto no Reino Unido no século XVIII. Tem uma aparência prateada e, apesar de sua baixa densidade, é extremamente forte. Isso o torna uma mercadoria valiosa em indústrias onde a redução de peso é especialmente importante.

Além de sua boa relação resistência-peso, o titânio também é altamente resistente à corrosão – da água do mar, cloro e ácidos – e não é tóxico mesmo em grandes quantidades. Isso o torna particularmente útil no mundo médico, para implantes e outros dispositivos médicos.

Na indústria de manufatura, o titânio é frequentemente ligado a elementos como ferro, alumínio e vanádio.

Por que usar titânio?

Apesar de seu preço premium, o titânio é um material incrivelmente popular. Razões para usar titânio incluem:

• Alta resistência
• Resistência à corrosão
• Boa relação força/peso
• Ductilidade
• Boa usinabilidade
• Opções de tratamento de superfície
• Reciclável

Por essas razões, o titânio é usado regularmente em indústrias como aeroespacial, automotiva e médica.

As peças aeroespaciais de titânio incluem peças de motores de aeronaves, peças de fuselagem, rotores e lâminas de compressores. De fato, o setor aeroespacial impulsiona a produção de titânio:dois terços de todo o titânio produzido no mundo vai para motores e fuselagens de aeronaves.

No mundo médico, as peças de titânio incluem implantes cirúrgicos (como substituições de quadril de longo prazo) e instrumentos. O metal também é usado para itens como cadeiras de rodas e muletas.

Por que máquina CNC de titânio?

Para obter as peças de titânio mais precisas e acessíveis, a usinagem CNC é quase sempre a melhor técnica de fabricação. Para entender o porquê, vejamos as alternativas.

Os fabricantes raramente fazem peças de titânio fundindo . Isso ocorre porque o titânio aquecido reage violentamente com o oxigênio, e muitos materiais refratários usados ​​na fundição contêm vestígios de oxigênio.

Uma solução alternativa é usar uma fundição de grafite compactada - usando uma fundição de grafite sem oxigênio - mas isso produz peças com uma textura de superfície muito áspera, não adequada para a maioria das aplicações médicas, aeroespaciais e industriais. Também é possível fazer peças de titânio com fundição por cera perdida, mas isso requer uma câmara de vácuo.

Uma opção mais recente é o uso de fabricação aditiva para peças de titânio. Um punhado de impressão 3D tecnologias, como a fusão seletiva a laser (SLM), a fusão por feixe de elétrons (EBM) e a deposição direta de energia (DED), podem processar materiais de impressão 3D de titânio. No entanto, esses sistemas de impressão 3D são muito caros e muitas indústrias ainda não certificaram o titânio impresso em 3D para peças de uso final de segurança crítica.

Em comparação com as alternativas, a usinagem CNC é uma maneira precisa, segura, versátil e acessível de fazer peças de titânio.

Aspectos a serem considerados ao usinar titânio

O titânio é um material excelente para muitas aplicações, mas possui características próprias que devem ser respeitadas durante o processo de usinagem CNC. Coisas a considerar ao usinar titânio incluem:

Acúmulo de calor

As ligas de titânio podem ser mais duras do que os materiais de usinagem comuns, como as ligas de alumínio. Isso pode resultar em maior desgaste da ferramenta e, simultaneamente, um aumento no acúmulo de calor no ponto de contato.

Para essas ligas de titânio mais duras, pode ser necessário reduzir o RPM da máquina CNC ao usar uma carga de cavacos maior. Um refrigerante de alta pressão também pode aliviar a tensão em suas ferramentas de corte e ajudar a produzir peças de titânio de alta qualidade.

Alguns titânios comercialmente puros (Graus 1–2) podem ser menos propensos a gerar excesso de calor, mas precauções ainda devem ser tomadas.

Garante

Um problema mais proeminente com o titânio comercialmente puro do que com as ligas de titânio é o desgaste e a aresta postiça.

As classes de titânio 1–2 podem se tornar gomosas durante a usinagem e podem acabar grudando na ferramenta de corte. No entanto, isso pode ser mitigado usando refrigeração de alta pressão e garantindo a remoção rápida de cavacos.

A falha em resolver esse problema também pode agravar a questão do acúmulo de calor, acelerando o embotamento das ferramentas de corte.

Retenção de trabalho

O titânio e suas ligas usináveis ​​são menos rígidos do que outros metais comuns e, portanto, exigem um aperto firme durante a usinagem CNC.

Além de uma configuração rígida da máquina, pode ser benéfico manter o movimento constante da ferramenta sem interromper o corte.

Acabamentos de superfície para titânio usinado

As peças de titânio usinadas em CNC podem ser melhoradas com uma variedade de tratamentos de acabamento de superfície - para fins funcionais ou estéticos.

Os acabamentos de superfície incluem:

• Suavização
• Polimento
• Jato de esferas
• Escovando
• Pintura
• Chroming
• Metalização
• revestimento PVD
• Revestimento em pó
• Eletroforese

Graus comuns de titânio

Grau de titânio	Força	Resistência à corrosão	Formabilidade	Usos
1	Baixo	Alto	Alto	Células de aeronaves, trocadores de calor
2	Médio	Alto	Alto	Células de aeronaves, motores de aeronaves, marinha
3	Alto	Alto	Médio	Estruturas de aeronaves, motores de aeronaves
4	Alto	Alto	Médio	Células de aeronaves, motores de aeronaves, médicos, hidráulicos
5 (6AL-4V)	Médio	Alto	Alto	Células de aeronaves, motores de turbina, médicos

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