Dominando a Usinagem CNC de Peças de Titânio em Grande Escala

O titânio pode ser usinado por CNC como aço inoxidável; como todos sabemos, tem propriedades de material desejáveis, e também é relativamente fácil de trabalhar. No estágio inicial da aplicação da tecnologia de fundição de precisão de liga de titânio, este processo era usado principalmente para produzir fundições de precisão comuns de tamanho médio com formas relativamente simples. A maioria das fundições deste tipo está dentro de 500 mm de tamanho, e a maioria das formas são em forma de haste, disco, plano, anel, etc. A maioria das espessuras de parede está na faixa de 6-10 mm, como as implantadas no corpo humano. Entre elas estão as próteses, as pás do motor, os suportes e outras estruturas. Como não há estruturas de processo complexas como ranhuras profundas, canais e nervuras, a tensão estrutural durante o vazamento é relativamente pequena, a alimentação é relativamente suficiente, e o processo de formação deste tipo de fundição é relativamente simples, então a qualidade de formação pode sempre ser mantida em condição de qualidade superior. Enquanto para usinagem CNC de titânio de grande tamanho, a usinagem perfeita não é tão simples, este artigo mostrará os métodos detalhados para fazer fundições de titânio grandes perfeitas.

Antes de conhecer os métodos de Usinagem CNC de precisão de titânio, primeiro, vamos conhecer os tipos de grande tamanho. À medida que o titânio se tornou mais popular por suas boas características, as pessoas começaram a colocá-lo em fundições complexas de paredes finas de maior tamanho. Existem dois tipos deles.

Peças de Titânio de Médio-Grande Porte

Esta fundição é um tipo de fundição que foi continuamente desenvolvida para atender às necessidades práticas de aplicação da indústria aeroespacial. Com o desenvolvimento gradual do campo aeroespacial, a aplicação desta tecnologia de formação de fundição tornou-se o objeto de pesquisa chave de várias grandes instituições de pesquisa. A maioria das fundições complexas de paredes finas de grande escala são estritamente controladas em 500-1000 mm de tamanho, com espessura de parede de 1-3 mm, e sua estrutura é relativamente complexa, tornando muito difícil a formação.

Peças de Titânio de Grande Porte

Tais fundições não podem ser comparadas com outras fundições em todos os aspectos de qualidade e desempenho. O tamanho deste tipo de fundição é principalmente acima de 1500 mm, a espessura mínima da parede é em torno de 1 mm, e a massa é principalmente em torno de 50-1000 kg. Este tipo de fundição é frequentemente usado para substituir a estrutura formada por muitos fixadores e montagem de peças, melhorando assim abrangentemente a estabilidade e precisão da estrutura da fundição e reduzindo significativamente custos, e acelerando a produção.

Qual é o Método Convencional para Usinar Titânio Grande?

Processos de usinagem de ligas de titânio envolvem operações de usinagem convencionais (torneamento, fresagem de face, corte de alta velocidade (HSC), fresagem, furação), operações de conformação (conformação a frio e a quente; hidroconformação, forjamento), e operações de usinagem alternativas (corte a laser, corte a jato de água, sinterização a laser direta de metal). Operações de usinagem de ligas de titânio são consideradas difíceis devido à sua resistência à tração relativamente alta, baixo limite de escoamento dúctil, 50% menor módulo de elasticidade (104 GPa), e condutividade térmica aproximadamente 80% menor que a do aço. O menor módulo de elasticidade pode causar um maior efeito de 'retorno elástico' e deflexão da peça. Portanto, configurações mais rígidas e maiores folgas para ferramentas são necessárias.

Por que é Difícil Usinar Titânio Grande?

O primeiro aspecto é as características das fundições de precisão de liga de titânio de grande escala em termos de estrutura da peça. Fundições de precisão de liga de titânio de grande escala são geralmente peças de estrutura integral. A altura livre na direção Z é geralmente acima de 650 mm, e a área que pode ser efetivamente suportada dentro do componente é pequena. A rigidez local da peça é relativamente ruim; a superfície da fundição tem estruturas de paredes finas relativamente muitas, a maioria da espessura das nervuras é 2-3 mm, e a usinabilidade é relativamente ruim; fundições de precisão de liga de titânio geralmente têm quatro degraus de diâmetro. Os furos focais e as alças de ranhura profunda são muito difíceis de processar por CNC, e os requisitos de precisão de construção como largura da ranhura, coaxialidade e diâmetro do furo também são muito altos.

O segundo aspecto é as características do branco da fundição. Embora o tamanho do branco da fundição de precisão de liga de titânio tenha sido basicamente fixado neste estágio, é difícil controlar o erro de precisão durante o processo de forjamento da fundição de liga de titânio, então é fácil aparecer no subsequente processo de usinagem CNC. Os seguintes dois problemas: por um lado, é difícil alcançar coordenação efetiva entre a superfície não usinada e a superfície usinada, e é fácil causar degraus de usinagem no processo de usinagem, o que aumenta muito a carga de trabalho real do trabalho de retífica do ajustador; por outro lado, aumentará a folga de usinagem da fundição. O problema de folga desigual leva a deformação séria das fundições durante operações de usinagem CNC.

O terceiro aspecto é a análise das características de deformação das peças. Se a distribuição de tensão das fundições de liga de titânio de grande escala não for uniforme, facilmente levará a problemas sérios de deformação das fundições de liga de titânio. Como a maioria das fundições de precisão de liga de titânio de grande escala são estruturas de quadro semi-fechadas, e há poucos suportes internos fortes, a extremidade traseira das fundições de precisão também mostrará uma estrutura aberta, a rigidez da estrutura da peça é ruim, e não há reforço para as nervuras de processo. Portanto, problemas de deformação como tensão de extremidade aberta, deslocamento na direção da altura e curvatura do perfil são propensos a ocorrer durante o processamento. Os principais fatores de deformação incluem remoção excessiva de materiais locais e liberação insuficiente de tensão interna; após fundição do branco, a distribuição da microestrutura das fundições de precisão não é uniforme o suficiente, o que leva ao problema de liberação desequilibrada de tensão térmica.

Apesar desses contratempos, existem técnicas que tornam a usinagem de titânio mais fácil.

Qual é o Método Perfeito para Usinar Titânio?

Com base nas características estruturais de fundições de liga de titânio de grande escala e nas dificuldades reais de processamento, um plano específico de tecnologia de processamento de controle numérico é formulado, incluindo fixação, posicionamento rápido, controle de deformação e controle de precisão dimensional.

Introdução Detalhada da Usinagem de Titânio

O primeiro é o esquema de aplicação da tecnologia de fixação.

Como a parte superior da estrutura de fundições de liga de titânio de grande escala está principalmente em estado livre, as aberturas em ambas as extremidades da fundição e os grandes furos no meio têm rigidez relativamente fraca. Geralmente, problemas de vibração são propensos a ocorrer durante a usinagem, o que afeta negativamente a qualidade da usinagem CNC. Diante deste problema, você pode optar por adicionar três conjuntos adicionais de ferramentas de suporte ajustáveis na plataforma de usinagem CNC para efetivamente melhorar a rigidez real da parte de usinagem CNC da fundição de precisão de liga de titânio para garantir a qualidade da superfície e o desempenho da base da fundição de precisão durante a usinagem CNC.

O segundo é o método de posicionamento rápido.

O trabalho de posicionamento rápido é definir um dispositivo de pino de posicionamento fixo na parte de ferramental da plataforma de processamento e definir uma estrutura de furo de posição na posição correspondente do boss técnico do processamento de fundição para garantir que a folga do furo e eixo possa ecoar, de modo a alcançar posicionamento rápido e preciso durante o processo de usinagem CNC. Ao mesmo tempo, o pino de posicionamento na extremidade de origem do ferramental precisa ser projetado para ser cilíndrico, e o pino de posicionamento distal precisa ser projetado para ser hexagonal, de modo a deixar folga extra para a deformação de usinagem da fundição com base em melhor fixação da fundição de precisão. Lança a base para operações de fixação subsequentes.

O terceiro é o processamento de controle de deformação.

A otimização de ferramentas de corte e parâmetros relacionados vem em primeiro lugar. Ao cortar fundições de precisão, a força de corte é um dos fatores que têm maior impacto na qualidade das fundições de precisão. A força de corte determina em grande parte o calor de corte e a deformação de processamento de fundições de liga de titânio e até afeta a eficiência real de corte. Portanto, no processo de trabalho de corte, uma ferramenta afiada com aresta afiada ou um ângulo de ataque relativamente grande é geralmente selecionado, e um método de processamento em camadas com pequena profundidade de corte é usado para reduzir a probabilidade do problema de deformação de fundições de precisão de liga de titânio durante o processo de usinagem CNC. O segundo é a realização de retífica sem tensão. Sob a influência de várias tensões de processamento, fundições de precisão de liga de titânio terão certos problemas de deformação. Neste caso, é necessário usar fixação sem tensão e retífica sem tensão, e outros métodos. Reduzir a deformação das fundições. Quando a fundição de precisão de liga de titânio de grande escala está em estado livre, a superfície inferior do boss de posicionamento é amortecida por componentes como juntas de cobre para garantir que as peças sejam fixadas sem tensão durante a operação de prensagem, e o boss de posicionamento não será deformado, de modo a eliminar o processo de usinagem. Problemas de tensão de fixação e deformação de fundição ocorrem no processo.

O quarto é o esquema de controle de precisão dimensional.

Antes do trabalho de usinagem CNC começar, é necessário medir a superfície usinada e a superfície não usinada de forma abrangente, de modo a facilitar a inspeção da deformação subsequente e da folga de usinagem e determinar a folga de usinagem do programa CNC através dos resultados da inspeção. No processo real de usinagem CNC, devido ao problema óbvio de cedência da faca na estrutura de paredes finas de fundições de precisão de liga de titânio de grande escala, a precisão de usinagem CNC de fundições de precisão é facilmente afetada, o que eventualmente leva a irregularidades locais e diferenças de tamanho de fundições de precisão.

Características das Peças de Titânio CNC

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

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

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