Dicas Profissionais de Usinagem CNC para Titânio — Aeroespacial, Automotivo e 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 vive à altura de seu nome.

O titânio tem propriedades de material desejáveis, e também é relativamente fácil de trabalhar. É soldável (em atmosfera inerte) e pode ser usinado CNC como aço inoxidável. Também é propício a virtualmente todos os processos de acabamento superficial: jateamento de esferas, revestimento em pó e eletroforese todos produzem bons resultados quando aplicados no titânio. Claro, existem metais com um grau maior de usinabilidade que titânio, mas o titânio oferece uma boa combinação de conformabilidade e desempenho mecânico.

Dito isso, 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 blocos de titânio custam cerca de 10 vezes mais que Alumínio 6061, você vai querer ter certeza de que suas peças são feitas direito 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 superficial.

O que é titânio?

Titânio é um metal de transição lustroso descoberto no Reino Unido no século 18. Tem aparência prateada e, apesar de sua baixa densidade, é extremamente forte. Isso o torna uma commodity valiosa em indústrias onde leveza é especialmente importante.

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

Na indústria de fabricação, o titânio é frequentemente ligado com 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 resistência-peso
• Ductilidade
• Boa usinabilidade
• Opções de tratamento superficial
• Reciclável

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

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

No mundo médico, 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 usinar CNC titânio?

Para obter as peças de titânio mais precisas e acessíveis, a usinagem CNC é quase sempre a melhor técnica de fabricação. Para entender por que, vamos olhar as alternativas.

Fabricantes raramente fazem peças de titânio por fundição. Isso é porque titânio aquecido reage violentamente com oxigênio, e muitos materiais refratários usados na fundição contêm quantidades traço de oxigênio.

Uma solução alternativa é usar fundição de grafite compactado — usando um molde de grafite livre de oxigênio — mas isso produz peças com textura de superfície muito rugosa, não adequada para a maioria das aplicações médicas, aeroespaciais e industriais. Também é possível fazer peças de titânio com fundição de cera perdida, mas isso requer uma câmara de vácuo.

Uma opção mais nova é o uso de manufatura aditiva para peças de titânio. Algumas tecnologias de impressão 3D, como Fusão a Laser Seletiva (SLM), Fusão por Feixe de Elétrons (EBM) e 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 titânio impresso em 3D para peças de uso final críticas de segurança.

Comparado às alternativas, a usinagem CNC é uma maneira precisa, segura, versátil e acessível de fazer peças de titânio.

Coisas a considerar ao usinar titânio

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

Acúmulo de calor

Ligas de titânio podem ser mais duras que materiais de usinagem comuns como ligas de alumínio. Isso pode resultar em desgaste aumentado da ferramenta e, simultaneamente, um acúmulo de calor aumentado no ponto de contato.

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

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

Galhamento (Galling)

Uma questão mais proeminente com titânio comercialmente puro que ligas de titânio é galhamento e acúmulo de aresta.

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

Falha em abordar este problema também pode agravar a questão do acúmulo de calor, acelerando o embotamento das ferramentas de corte.

Fixação da peça

Titânio e suas ligas usináveis são menos rígidos que outros metais comuns, e eles, portanto, requerem uma fixação apertada durante a usinagem CNC.

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

Acabamentos superficiais para titânio usinado

Peças de titânio usinadas CNC podem ser melhoradas com uma variedade de tratamentos de acabamento superficial — para fins funcionais ou estéticos.

Acabamentos superficiais incluem:

• Alisamento
• Polimento
• Jateamento de esferas
• Escovamento
• Pintura
• Cromagem
• Metalização
• Revestimento PVD
• Revestimento em pó
• Eletroforese

Graus comuns de titânio

Grau de Titânio	Resistência	Resistência à Corrosão	Conformabilidade	Usos
1	Baixa	Alta	Alta	Fuselagens, trocadores de calor
2	Média	Alta	Alta	Fuselagens, motores de aeronaves, marinho
3	Alta	Alta	Média	Fuselagens, motores de aeronaves
4	Alta	Alta	Média	Fuselagens, motores de aeronaves, médico, hidráulica
5 (6AL-4V)	Média	Alta	Alta	Fuselagens, motores de turbina, médico

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