Como aumentar a velocidade de usinagem de titânio

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

O titânio tem sido esquecido há muito tempo devido às suas propriedades. No entanto, os recentes desenvolvimentos em metalurgia e tecnologia de fabricação deram uma nova visão sobre o material. No momento, o titânio é cobiçado por sua excelente relação peso-resistência (3 vezes melhor que o aço), sua resistência à corrosão, compatibilidade com tecidos humanos e excelente desempenho em altas temperaturas. As peças aeroespaciais de titânio são especialmente populares por serem leves e fortes. Há, no entanto, muitos problemas com a usinagem de titânio.

As ligas de titânio mais comuns

Há uma série de elementos que são adicionados ao titânio para aumentar suas capacidades de desempenho. O titânio sofre uma transformação alotrópica a uma temperatura superior a 800 C. Os elementos que diminuem a temperatura de usabilidade do titânio são chamados de estabilizadores beta e os que a aumentam são chamados de 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 sem liga tem a melhor resistência à corrosão, mas baixa resistência.
2. Ligas alfa. As ligas alfa têm melhor resistência à fluência, por isso são usadas para desempenho em altas temperaturas.
3. Ligas alfa-beta. Este grupo é o mais difundido devido às suas grandes propriedades. Os estabilizadores alfa aumentam a resistência ao calor do material e os estabilizadores beta aumentam a resistência da liga. A liga alfa-beta mais comum, Ti-6Al-4V, representa quase 50% de todo o mercado de ligas de titânio.
4. Ligas beta. Essas ligas são mais duras do que todos os grupos anteriores, no entanto, sua densidade também é maior.

Pronto para iniciar seu novo projeto agora

7 razões pelas quais o titânio é difícil de usinar

Não nos aprofundemos na mecânica de fresamento de titânio, torneamento de titânio ou retificação de titânio, desgaste de ferramentas e mecânica de geração de cavacos. Em vez disso, aqui está um resumo de 7 pontos por que o titânio é tão trabalhoso para usinar.

1. 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 em comparação com qualquer aço.
2. Afinal, 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. Por isso, a ponta da ferramenta deve suportar quase toda a força de corte.
3. As ligas de titânio têm um alto coeficiente de atrito para os materiais da ferramenta de corte. Isso aumenta a temperatura de corte e as forças.
4. A uma temperatura acima de 500 graus centígrados, o titânio reage quimicamente com a maioria dos materiais das ferramentas. Ah, e o titânio tende a se auto-inflamar quando cortado se o acúmulo de calor for muito alto, portanto, usar refrigerante ao cortar ligas de titânio é uma necessidade absoluta.
5. Devido à baixa área de contato e à espessura dos cavacos, todo o calor durante o processo de corte vai para a ferramenta, o que diminui significativamente sua vida útil. Apenas refrigerantes de alta pressão podem acompanhar o acúmulo de calor.
6. As ligas de titânio têm um 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 da superfície.

Então, como você pode ver, há um grande número de problemas significativos. No entanto, os engenheiros de fabricação de todo o mundo criaram muitas estratégias para aumentar as velocidades de usinagem de titânio.

Aumento da velocidade de usinagem de titânio com ferramentas de corte

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

• As ferramentas devem ser duras em altas temperaturas.
• Eles devem ter uma alta resistência à tagarelice.
• Eles devem ter propriedades de alta fadiga porque a geração de cip com titânio é um processo cíclico.
• Eles devem ser quimicamente neutros ao titânio quente.
• Eles devem ter alta resistência.
• Eles devem ter uma boa taxa de condutividade térmica para compensar a taxa lenta de titânio.

A gama de materiais de ferramenta mais adequada que possui todas as propriedades mencionadas acima são as ligas WC/Co. Outra solução possível são os aços rápidos por serem muito resistentes ao lascamento. As ferramentas diamantadas também mostraram bom desempenho contra o desgaste do titânio. Você pode consultar nossas dicas de usinagem de diamante aqui.

Técnicas de usinagem de titânio de alta velocidade

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

Ferramentas do Ledge

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

Inserções do Rotary

As pastilhas rotativas são usadas para torneamento de titânio. Eles eram impossíveis antes devido à falta de precisão no projeto da máquina-ferramenta. No entanto, o nível de tecnologia de fabricação agora torna seu uso possível. O princípio principal é que o inserto da ferramenta tenha uma forma redonda e gire em torno do dispositivo de fixação à medida que a ferramenta corta o estoque. 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 facilita a formação de cavacos. O cavaco de titânio tem uma elasticidade muito ruim que é agravada pelo endurecimento por deformação quando a aresta de corte começa a cortar o material. As ondas ultrassônicas estimulam a fratura do cavaco em vez da deformação e isso tem uma influência positiva na vida útil da ferramenta, no acabamento superficial, nas características da ferramenta, evita o acúmulo de material na aresta de corte e permite que o maquinista aumente as velocidades de corte.

Quer saber mais?

Escolher as pontas de usinagem e matérias-primas certas para sua próxima prototipagem rápida é realmente uma parte importante quando você espera o desempenho. Na WayKen, teremos o maior prazer em fornecer mais conselhos profissionais, sinta-se à vontade para entrar em contato conosco:[email protected] ou envie seu arquivo CAD para lá.