Maximizando a Velocidade de Usinagem de Titânio: Técnicas Comprovadas e Melhores Práticas

Publicado em 19 de outubro de 2020 | Por Candy, WayKen Rapid Manufacturing

O titânio foi por muito tempo negligenciado devido às suas propriedades. No entanto, desenvolvimentos recentes em metalurgia e tecnologia de manufatura deram uma nova visão sobre o material. Atualmente, o titânio é cobiçado por sua excepcional relação peso-resistência (3 vezes melhor que o aço), resistência à corrosão, compatibilidade com tecido humano e desempenho excepcional em altas temperaturas. Peças de titânio aeroespaciais são especialmente populares por serem leves e fortes. No entanto, existem muitos problemas com a usinagem de titânio.

As Ligas de Titânio Mais Comuns

Existem vários elementos adicionados ao titânio para aumentar suas capacidades de desempenho. O titânio sofre transformação alotrópica a temperatura acima de 800°C. Elementos que diminuem a temperatura de usabilidade do titânio são chamados estabilizadores beta e os que a aumentam são estabilizadores alfa. Dependendo do conteúdo dos estabilizadores, as ligas de titânio são divididas em 4 grupos.

1. Titânio não ligado. Basicamente apenas titânio. A versão não ligada tem a melhor resistência à corrosão, mas baixa resistência.
2. Ligas alfa. Ligas alfa têm melhor resistência à fluência, então são usadas para desempenho em alta temperatura.
3. Ligas alfa-beta. Este grupo é o mais difundido por causa de suas ótimas propriedades. Estabilizadores alfa adicionam resistência ao calor e estabilizadores beta adicionam resistência à liga. A liga alfa-beta mais comum, Ti-6Al-4V, responde por quase 50% de todo o mercado de ligas de titânio.
4. Ligas beta. Essas ligas são mais duras que todos os grupos anteriores, no entanto, sua densidade também é maior.

7 Razões Pelas Quais o Titânio É Difícil de Usinar

Não vamos nos aprofundar na mecânica do fresamento, torneamento ou retificação de titânio, desgaste de ferramenta e geração de cavacos. Em vez disso, aqui está um resumo de 7 pontos do porquê o titânio é tão difícil de usinar.

1. O titânio mantém alta resistência mesmo em altas temperaturas e sua resistência à deformação plástica persiste mesmo em velocidades de corte. Isso torna as forças de corte muito maiores comparadas a qualquer aço.
2. Quando o cavaco se forma, ele é muito fino e a área de contato entre o cavaco e a ferramenta é três vezes menor que a do aço. Devido a isso, a ponta da ferramenta tem que suportar quase toda a força de corte.
3. Ligas de titânio têm alto coeficiente de atrito com materiais de ferramentas de corte. Isso aumenta a temperatura e as forças de corte.
4. A temperaturas acima de 500°C, o titânio reage quimicamente com a maioria dos materiais de ferramentas. Ah, e o titânio tem tendência a auto-inflamar quando cortado se o acúmulo de calor for muito alto, então usar fluido de corte ao usinar ligas de titânio é obrigatório.
5. Devido à baixa área de contato e finura dos cavacos, todo o calor durante o processo de corte vai para a ferramenta, o que reduz significativamente sua vida. Apenas fluidos de alta pressão podem acompanhar o acúmulo de calor.
6. Ligas de titânio têm módulo de elasticidade muito baixo. Isso pode causar vibração adicional, vibração da ferramenta e deflexão.
7. Em baixas velocidades de corte, o material pode grudar na aresta de corte e é extremamente ruim para o acabamento superficial.

Como você pode ver, há um número significativo de problemas. No entanto, engenheiros de manufatura em todo o mundo desenvolveram muitas estratégias para aumentar as velocidades de usinagem de titânio.

Aumentando Velocidades de Usinagem de Titânio com Ferramentas de Corte

A escolha da ferramenta de corte é o primeiro passo para um processo bem-sucedido de usinagem CNC de alumínio e titânio. A principal coisa a escolher é o material. Ao longo dos anos, várias ligas duras provaram ser boas no corte de titânio. Para ser bom na usinagem de peças de titânio, as ferramentas devem ter várias propriedades.

• As ferramentas devem ser duras em altas temperaturas.
• Devem ter alta resistência à vibração.
• Devem ter altas propriedades de fadiga, pois a geração de cavacos com titânio é um processo cíclico.
• Devem ser quimicamente neutras ao titânio quente.
• Devem ter alta resistência.
• Devem ter boa taxa de condutividade térmica para compensar a taxa lenta do titânio.

A faixa de material de ferramenta mais adequada que possui todas as propriedades acima são as ligas WC/Co. Outra solução possível são os aços de alta velocidade, pois são muito resistentes a lascamento. Ferramentas de diamante também mostraram bom desempenho contra desgaste de titânio. Você pode conferir nossas dicas de usinagem de diamante aqui.

Técnicas de Usinagem de Titânio em Alta Velocidade

Outra maneira viável de aumentar o desempenho da usinagem de titânio é aplicar estratégias especiais de usinagem. Nossos serviços de usinagem de titânio tornaram-se bastante proficientes em escolher os parâmetros de corte corretos para reduzir o tempo de usinagem ao mínimo. No entanto, além da otimização de parâmetros, existem algumas estratégias de usinagem não convencionais que podem aumentar muito as velocidades de corte de titânio.

Ferramentas com Ledge (Ledge Tools)

Essas ferramentas foram desenvolvidas pela General Electric. Elas usam ferramentas que têm uma saliência fina protuberante. Em vez de toda a ferramenta, apenas esta saliência fina corta o titânio. Como o cavaco também é muito fino, não há diferença, no entanto, a saliência desgasta mais lentamente e é mais fácil de afiar. O flanco da saliência desgasta rapidamente e então permanece constante durante o desgaste do resto, o que acontece mais lentamente com flancos constantes.

Insertos Rotativos (Rotary Inserts)

Insertos rotativos são usados para torneamento de titânio. Eram impossíveis antes devido à falta de precisão no design de máquinas-ferramenta. No entanto, o nível de tecnologia de manufatura agora torna seu uso possível. O princípio principal é que o inserto tem forma redonda e gira ao redor do fixador enquanto a ferramenta corta o material. Dessa forma, a transferência de calor é muito mais rápida e a ferramenta não aquece tanto. Assim, as velocidades de corte podem ser aumentadas.

Remoção de Metal Assistida por Ultrassom

Adicionar vibração ultrassônica à ferramenta de corte realmente facilita a formação de cavacos. O cavaco de titânio tem elasticidade muito ruim, piorada pelo endurecimento por deformação quando a aresta de corte começa a cortar o material. Ondas ultrassônicas incentivam a fratura do cavaco em vez de deformação, o que tem influência positiva na vida da ferramenta, acabamento superficial, características da ferramenta, previne acúmulo de material na aresta de corte e permite que o operador aumente as velocidades de corte.

Quer Saber Mais?

Escolher as dicas de usinagem e materiais brutos certos para sua próxima prototipagem rápida é realmente uma parte importante quando se espera desempenho. Na WayKen, ficaremos felizes em fornecer mais conselhos profissionais, sinta-se à vontade para nos contatar: info@waykenrm.com ou faça upload do seu arquivo CAD lá.