Domine a usinagem CNC de titânio:dicas, desafios e classes de materiais

O titânio é um material notável de usinagem CNC. Pode suportar altas temperaturas e é resistente à corrosão química. Além disso, é leve e possui diversas outras qualidades, o que o torna único e desejável para os fabricantes.

As peças de titânio usinadas em CNC são extremamente duráveis, mas pode ser um desafio usinar titânio devido à sua alta resistência à tração. Neste artigo, forneceremos ótimas informações sobre usinagem CNC de titânio, como escolher as ferramentas de corte certas para usinar titânio e dicas úteis para garantir uma usinagem bem-sucedida.

Por que escolher titânio para peças de usinagem CNC?

Os principais benefícios do titânio CNC como material de fabricação incluem sua biocompatibilidade superior, alto grau de resistência à corrosão e a maior relação resistência-peso de qualquer metal. Este metal também possui excelente ductilidade e boa usinabilidade. Outras razões para escolher titânio para peças de usinagem CNC incluem:

• Durabilidade:O titânio é altamente durável e ideal para a fabricação de peças usinadas CNC sujeitas a condições de trabalho adversas ou extremas.
• Não magnético:Este metal não possui características magnéticas. Também possui excelente resistência à oxidação, tornando-o consequentemente resistente a forças corrosivas.
• Não tóxico:o titânio é resistente à corrosão, possui alta biocompatibilidade e propriedades não tóxicas, tornando-o ideal para uso na indústria médica.

Essas qualidades do titânio conferem-lhe aplicação em vários setores, incluindo os setores aeroespacial, médico e automotivo.

Desafios a serem considerados ao usinar titânio

Embora o titânio CNC seja um excelente material para muitos usos, os fabricantes muitas vezes enfrentam desafios ao usiná-lo. Esses desafios incluem;

Alta reatividade química e escoriações

Ao usinar ligas de titânio, alguns gases podem reagir com elas, causando problemas como oxidação superficial e fragilização. Pode enfraquecer os componentes e reduzir a sua resistência à corrosão.

Além disso, este metal possui baixo módulo de elasticidade comparado à sua alta resistência, tornando-o, conseqüentemente, um material pegajoso para usinar. Por ser pegajoso, o titânio pode aderir à ferramenta de corte CNC, resultando em falhas e danos. Além dos danos à ferramenta, o desgaste muitas vezes compromete a qualidade do acabamento superficial do titânio.

Acúmulo de calor e forças de corte

Manter uma temperatura baixa durante a usinagem de titânio é um dos desafios mais difíceis. A razão é que o titânio tem baixa condutividade térmica, o que faz com que a peça de metal acumule calor onde o ferramental é rápido. Isto se desgasta mais rapidamente e pode impactar negativamente a qualidade das superfícies cortadas se não for manuseado, especialmente ao usinar ligas de titânio mais duras.

Usar uma carga de cavacos maior e um RPM mais baixo na máquina CNC é essencial para essas ligas de titânio mais tenazes. Um refrigerante de alta pressão também pode ajudar suas ferramentas de corte a trabalhar com mais eficiência e criar peças de titânio de maior qualidade.

Além disso, as ligas de titânio necessitam de altas forças de corte, o que as torna difíceis de cortar. Essas forças de corte geralmente causam desgaste da ferramenta, peças defeituosas e alta vibração, impactando, consequentemente, a qualidade do produto e o acabamento superficial.

Tensões residuais e de endurecimento

Devido à sua estrutura cristalina, as ligas de titânio não são extremamente flexíveis, o que pode causar problemas durante a usinagem. Sua estrutura cristalina pode aumentar a força de corte durante a usinagem, diminuindo a facilidade de usinagem e aumentando as chances de tensões residuais. Essas tensões podem fazer com que a posição torça, rache ou dure menos tempo.

Dicas úteis para usinagem de titânio

Muitas oficinas mecânicas hesitam em trabalhar com este material de ponta devido às dificuldades da usinagem do titânio. No entanto, devido às suas qualidades excepcionais, muitos fabricantes estão optando por utilizar titânio para produzir peças de alta qualidade. Felizmente, maquinistas CNC qualificados e fabricantes de ferramentas desenvolveram dicas úteis sobre titânio para máquinas.

Fixe as peças com segurança

Qualquer coisa que você possa fazer para diminuir a vibração tornará a usinagem do titânio mais fácil, porque o titânio já é propenso a criar vibração na ferramenta. Para evitar deflexão na peça de trabalho, fixe as peças com segurança. Além disso, utilize máquinas CNC de primeira linha com arranjos de ferramentas extremamente rígidos. Para minimizar a deflexão da ferramenta, você pode até considerar a adoção de ferramentas de corte mais curtas.

Escolha a ferramenta de corte certa

Devido à crescente demanda por titânio, os fabricantes de ferramentas estão desenvolvendo novas estratégias para aumentar a usinabilidade do titânio. Ferramentas de corte com revestimentos feitos de nitreto de titânio (TiCN) ou nitreto de alumínio e titânio resistente ao calor (TiAlN) podem durar mais.

No geral, os maquinistas devem escolher ferramentas específicas de titânio de qualidade superior e inspecionar e substituir regularmente equipamentos desgastados. Além disso, considere usar uma ferramenta com diâmetro menor e mais arestas de corte para ajudar a garantir que a taxa de remoção da peça permaneça estável e, ao mesmo tempo, limitar o acúmulo de calor.

Considere os parâmetros de corte

O controle de temperatura deve ser usado com cuidado ao usinar titânio. Aplicar refrigeração constante e de alta pressão direcionada à região de corte é uma das maneiras mais simples de manter a peça e a ferramenta frias. Os cavacos não grudam nas ferramentas de usinagem se você os retirar da região de corte.

Além disso, ao trabalhar com titânio, é crucial considerar as taxas de avanço, velocidades do fuso e cargas de cavacos. Isto implica limitar o estresse colocado nas ferramentas e equipamentos e evitar permanecer muito tempo no mesmo lugar. Uma estratégia de corte alternativa, como aumentar a profundidade de corte axial e diminuir o engate radial, também pode valer a pena ser investigada para aumentar a eficácia do corte e reduzir as temperaturas de usinagem.

Evite o superaquecimento usando um sistema de resfriamento de alta pressão

O acabamento em titânio exige que uma porcentagem muito pequena do raio da ferramenta esteja em contato, um avanço super nítido e muito pequeno por dente. Porém, isso fará com que o calor seja difícil de remover da área de trabalho. Se for deixado, acabará por arruinar nossas ferramentas de corte, e os efeitos do calor tornarão a manutenção das tolerâncias um desafio. Portanto, ao cortar titânio, use a melhor configuração de refrigeração possível.

Uma ajuda eficaz é um sistema de refrigeração de alta pressão. Um fuso também pode ser essencial, dependendo da aplicação. Aumentar a concentração do líquido refrigerante também pode ser benéfico ao trabalhar com titânio.

Diferentes classes de titânio para usinagem CNC

Existem diferentes graus de titânio e tipos de ligas de titânio, cada um com sua aplicação, méritos e deméritos ideais. Vamos examinar essas notas em detalhes.

Grau 1 (titânio puro com baixo teor de oxigênio)

Entre os tipos de titânio mais utilizados, esta é a liga de titânio mais macia e dúctil. O titânio grau 1 possui excelente usinabilidade, resistência ao impacto, resistência à corrosão e conformabilidade. Por outro lado, sua resistência é inferior quando comparado a outros tipos de titânio. Esta classe encontra aplicação nas indústrias médica, automotiva e aeroespacial.

Grau 2 (titânio puro com conteúdo de oxigênio padrão)

Isso também é conhecido como titânio burro de carga. Possui alta resistência à corrosão, resistência, conformabilidade, soldabilidade, ductilidade e baixa resistência. O titânio grau 2 encontra aplicação nas indústrias médica e aeroespacial para a produção de motores de aeronaves.

Grau 3 (titânio puro com teor médio de oxigênio)

Embora não seja tão popular comercialmente quanto os graus 1 e 2, este titânio possui boas propriedades mecânicas. Possui alta resistência à corrosão, bem como usinabilidade e resistência. Ele encontra aplicação nas indústrias médica, marítima e aeroespacial.

Grau 4 (titânio puro com alto teor de oxigênio)

Este tipo de titânio possui alta resistência e resistência à corrosão. No entanto, não é fácil de usinar, muitas vezes exigindo grandes quantidades de refrigerante e taxa de avanço. O titânio grau 4 encontra aplicação em vasos criogênicos, equipamentos CPI, componentes de fuselagem, trocadores de calor, etc.



Os graus 1-4 acima são todos titânio puro, a próxima seção é sobre os diferentes graus de liga de titânio.

Grau 5 (Ti6Al4V)

A liga de titânio grau 5 contém 4% de vanádio e 6% de alumínio. Não é tão forte quanto outras ligas, mas possui alta resistência à corrosão e conformabilidade. É ideal para geração de energia, aplicações offshore e marítimas e estruturas críticas de fuselagem.

Grau 6 (Ti 5 Al-2,5Sn)

Esse tipo de titânio apresenta boa estabilidade, resistência e soldabilidade, principalmente em altas temperaturas, o que lhes confere aplicação na produção de fuselagens e motores a jato.

Grau 7 (Ti-0,15Pd)

Este grau de titânio é semelhante ao grau 2, com a única diferença sendo o seu teor de paládio, adicionado para melhorar a sua resistência à corrosão. A liga de titânio grau 7 possui excelente conformabilidade e soldabilidade. É ideal para uso na produção de equipamentos de processamento químico.

Grau 11 (Ti-0,15Pd)

O titânio grau 11 é bastante semelhante ao grau 7. Porém, é mais dúctil, com menor tolerância a outras impurezas. Possui resistência inferior ao grau 7 e encontra aplicação na indústria naval e de fabricação de clorato.

Grau 12 (Ti0,3Mo0,8Ni)

O titânio grau 12 é bastante caro e contém 0,8% de níquel e 0,3% de molibdênio, o que lhe confere excelente soldabilidade, resistência em altas temperaturas e resistência à corrosão. Ele encontra aplicação em trocadores de calor e cascos, componentes marítimos e de aeronaves, etc.

Grau 23 (T6Al4V-ELI)

Também conhecido como intersticial extra baixo ou TAV-EIL, o titânio grau 23 compartilha propriedades semelhantes ao grau 5, mas é mais puro. Possui boa tenacidade à fratura, biocompatibilidade e baixa usinabilidade relativa. É utilizado na produção de pinos ortopédicos, parafusos, grampos cirúrgicos e aparelhos ortodônticos.

Como escolher as ferramentas de corte certas para usinar titânio？

Usar qualquer ferramenta de corte na usinagem CNC com titânio geralmente é uma má ideia. Veja como escolher as ferramentas de corte certas para fresar titânio ou ao usar outras técnicas de usinagem CNC.

Leve em consideração o número de canais da ferramenta de corte

Você deve aumentar o número de canais da fresa de topo para obter os tempos de ciclo do produto. Para o titânio, mais dentes equivalem a menos vibração. Por exemplo, uma fresa de topo de 10 canais, embora resistente às cargas de cavacos, ideal para a maioria dos materiais, é perfeita para uso com titânio. Isto se deve principalmente à necessidade de reduzir os engates radiais.

Evite cortes interrompidos e mantenha a ponta afiada

Devido ao seu baixo módulo de Young, o titânio é forte e elástico. Isso significa que para remover lascas da superfície com eficiência e sem esfregar, precisamos de uma ferramenta afiada.

Evite cortes interrompidos tanto quanto possível, pois eles podem martelar lascas em suas ferramentas com arestas vivas, possivelmente levando à falha precoce da ferramenta.

Leve em consideração o revestimento da ferramenta de corte

Os revestimentos podem melhorar muito a capacidade do seu ferramental de suportar o calor produzido pelo titânio. TiAlN (nitreto de alumínio e titânio) é um revestimento adequado a ser considerado. Ele confere lubricidade para combater arestas postiças, escoriações e soldagem de cavacos e é especialmente adequado às temperaturas experimentadas na usinagem.

Experimente fresas de alto avanço ao usinar titânio

As fresas de alto avanço são adequadas para manter o engajamento baixo ao trabalhar com titânio axial e radialmente. Essas ferramentas são feitas especificamente para executar essa tarefa com eficácia.

Acabamentos de superfície para peças usinadas de titânio

Uma variedade de técnicas de acabamento de superfície, incluindo polimento de titânio, pode aprimorar produtos de titânio usinados em CNC por razões funcionais e estéticas. Esses acabamentos de superfície incluem:

• Polimento
• Anodização
• Cromagem
• Revestimento em pó
• Revestimento PVD
• Escovar

Aplicações de peças usinadas em titânio

As peças usinadas em titânio são duráveis, resistentes à corrosão e estéticas. Essas qualidades lhes conferem aplicações em diversos setores.

Indústria Marinha/Naval

Comparado com a maioria dos metais naturais, o titânio tem maior resistência à corrosão. Essa resistência o torna ideal para a produção de eixos de hélice, robótica subaquática, equipamentos de amarração, válvulas de esfera, trocadores de calor marítimos, tubulações de sistemas de incêndio, bombas, revestimentos de chaminés de exaustão e sistemas de resfriamento integrados.

Aeroespacial

Devido às suas inúmeras qualidades desejáveis, o titânio é um material muito procurado na indústria aeroespacial. Essas qualidades incluem sua alta relação resistência/peso, excelente resistência à corrosão e capacidade em ambientes extremamente quentes. As peças de titânio na indústria aeroespacial incluem componentes de assento, componentes de turbina, eixo, válvula, carcaça e peças de filtro, bem como peças para sistemas de geração de oxigênio.

Automotivo

No setor automotivo, o titânio versus o alumínio é um argumento cada vez mais intenso, com o alumínio em vantagem devido à sua disponibilidade e relação custo-benefício. Mesmo assim, o titânio ainda é encontrado na produção de peças automotivas. Os principais usos automotivos do titânio e suas ligas são na produção de válvulas, molas de válvulas, retentores, suportes de parada de automóveis, porcas de orelha suspensas, pinos de pistão de motor, molas de suspensão, pistões de pinças de freio, balancins de motores e bielas de motores com combustão interna.

Médico e Odontológico

A indústria médica encontra diversas aplicações para o titânio devido à sua alta resistência à corrosão, baixa condutividade elétrica e valores fisiológicos de pH. As peças feitas de titânio usadas na indústria médica incluem parafusos ósseos cônicos, retos ou auto-roscantes, parafusos para implantes dentários, parafusos cranianos para sistemas de fixação craniana, hastes de fixação espinhal, conectores e placas, pinos ortopédicos, etc.

Escolha WayKen para usinagem de peças de titânio

WayKen é uma empresa especializada em usinagem CNC, com grande especialidade em usinagem de titânio. Oferecemos serviços de usinagem CNC de titânio de alta qualidade para indústrias a preços altamente competitivos. Com usinagem de 5 eixos e equipamentos de máquinas de precisão, nossa equipe de projetistas e engenheiros está sempre pronta para receber e processar seu pedido no menor tempo possível, reduzindo o tempo de lançamento no mercado.

Conclusão

O titânio e suas ligas requerem usinagem cuidadosa para uma produção ideal de peças. É um metal muito diferente de seus equivalentes como o aço e o latão. Requer o uso de ferramentas corretas, conhecimento e paciência. É por isso que muitas vezes é melhor terceirizar projetos de usinagem CNC de titânio para profissionais como WayKen, que garantem peças de alta qualidade com precisão.

Perguntas frequentes

O titânio é mais difícil de usinar do que o aço?

O titânio é mais difícil de usinar que o aço, principalmente devido ao seu alto ponto de fusão. Também é muito maleável e muitas vezes estica antes de quebrar, dificultando a usinagem.

Qual é a taxa de avanço do fresamento de titânio?

Ao trabalhar com titânio, esta pastilha deve ser cortada a uma velocidade de 40 a 150 m/min com avanço de 0,03 a 0,15 mm por dente.

Como você alivia a tensão do titânio após a usinagem?

Técnicas de alívio de tensão podem ser usadas em ligas de titânio sem comprometer sua ductilidade ou resistência. Os forjados são produzidos aquecendo o metal a temperaturas entre 595 e 705 °C (1100 e 1300 °F) por uma a duas horas antes do resfriamento ao ar.