El mecanizado CNC de piezas de titanio se ha vuelto cada vez más popular en las industrias aeroespacial, médica, automotriz y energética. Las aleaciones de titanio tienen muchas propiedades únicas y, a menudo, son la mejor opción para piezas mecanizadas por CNC con aplicaciones especiales. El titanio tiene una impresionante relación resistencia-peso, siendo un 40% más ligero que el acero y sólo un 5% más débil. A pesar de su popularidad, el titanio es uno de los metales más difíciles de mecanizar. AN-Prototype se especializa en servicios de mecanizado CNC de titanio; no importa cuán desafiantes sean sus requisitos especiales, cumpliremos con sus requisitos. Fabricamos regularmente diferentes tipos de piezas de titanio de forma rápida y rentable.
Titanio es uno de los metales más abundantes en la corteza terrestre, tiene propiedades materiales deseables, es soldable (en una atmósfera inerte) y puede mecanizarse mediante CNC como el acero inoxidable. Casi todos los servicios de acabado de superficies, como el chorro de arena, el recubrimiento en polvo y la electroforesis, producirán buenos resultados cuando se apliquen a piezas de titanio. Sin embargo, las piezas de titanio no siempre se diseñan y fabrican de la misma manera que las piezas de aluminio o las piezas fabricadas con materiales de menor coste. El titanio cuesta aproximadamente 10 veces más que el aluminio 6061, por lo que debes asegurarte de terminar la pieza en la primera pasada. Es frustrante que el mecanizado CNC de titanio sea un gran desafío.
- El titanio es un metal biocompatible, no tóxico y resistente a la corrosión.
- Las piezas de titanio no son magnéticas y tienen una alta relación resistencia-peso.
- El titanio tiene una alta resistencia a la oxidación.
- El titanio se puede alear fácilmente con hierro, vanadio, aluminio, molibdeno y níquel para producir piezas metálicas resistentes.
- El titanio es 100% reciclable y es un material metálico respetuoso con el medio ambiente.
Por estos motivos, las piezas de titanio CNC se utilizan a menudo en industrias como la aeroespacial, la automotriz y la médica.
Aeroespacial: piezas de motores de aviones, piezas de fuselaje, rotores, palas de compresores, etc. De hecho, la industria aeroespacial impulsa la producción de titanio: dos tercios de todo el titanio producido en el mundo se utiliza en motores y estructuras de aviones.
Industria médica: Las piezas de titanio incluyen implantes quirúrgicos (como reemplazos de cadera a largo plazo) e instrumentos. El metal también se utiliza para fabricar artículos como sillas de ruedas y muletas.
Propiedades mecánicas del titanio
- Densidad: 4.50 g / cm3
- Punto de fusión: 1650-1670 ° C
- Punto de ebullición: 3287 ° C
- Resistencia a la tracción: 220 MPa
- Módulo de elasticidad: 116 GPa
- Módulo de corte: 43.0 GPa
- Dureza Brinell: 70
- Dureza, Vickers: 60
- Elongación de rotura: 54%
Tipos de titanio
El titanio está disponible en casi 40 grados, así como en varias otras aleaciones. Los grados 1 a 4 se consideran titanio comercialmente puro y tienen diferentes requisitos de resistencia a la tracción máxima. El grado 5 (Ti6Al4V o Ti 6-4) es la aleación de titanio más común y contiene un 6% de aluminio y un 4% de vanadio. Aunque el titanio y sus aleaciones a menudo se agrupan, existen algunas diferencias clave entre ellos que deben tenerse en cuenta antes de determinar el método de mecanizado CNC ideal.
Titanio Grados 1-4 – Los grados de titanio 1 a 4 se consideran los más puros. Estos grados no están aleados y permanecen en sus perfectas condiciones. A medida que aumenta el grado, aumentan el límite elástico y la resistencia a la tracción del titanio. Esto significa que el titanio de grado 2 tiene mayor resistencia a la tracción y límite elástico que el titanio de grado 1, y así sucesivamente. Si bien el titanio de grado 2 no es tan fuerte como el titanio de grado 5, es liviano y tiene una excelente resistencia general a la corrosión, además de una excelente conformabilidad. Estos grados tienen una alta relación resistencia-peso. Además, son más ligeros que el acero.
Titanio Grado 5 – El titanio de grado 5, también conocido como Ti 6-4, Ti-6AL-4V o Ti6Al4V, es una de las aleaciones de titanio más utilizadas en una variedad de aplicaciones. El titanio de grado 5 es la aleación de titanio más resistente y tiene buena resistencia a la corrosión y soldabilidad. Debido a su capacidad para soportar temperaturas altas y bajo cero, se puede elegir el titanio frente a otros metales como el acero para algunas aplicaciones. En comparación con el titanio de grado 2, tiene una mayor resistencia a la temperatura. Es por eso que este grado de aleación se usa más comúnmente en aplicaciones de procesamiento químico, médicas, aeroespaciales, marinas y otras.
Titanio Grado 9 – La aleación de titanio de grado 9 es conocida por su alta resistencia. Su resistencia a la tracción es mayor que la de las aleaciones de titanio puro de grado 2. Esta mejor resistencia tanto a temperatura ambiente como elevada hace que este grado de aleación sea más popular en una variedad de aplicaciones. Este grado de aleación también se conoce como Ti-3AL-2.5V. La soldabilidad de la aleación de titanio de grado 9 es mejor que la de la aleación de titanio de grado 5.
¿Por qué elegir el mecanizado CNC de titanio?
Para obtener las piezas de titanio más precisas y asequibles, Mecanizado CNC es casi siempre la mejor opción. Reconozcamos los inconvenientes de otros procesos para fabricar piezas de titanio.
Piezas de titanio fundido: Los fabricantes rápidos rara vez fabrican piezas de titanio mediante fundición. Esto se debe a que el titanio calentado reacciona violentamente con el oxígeno y muchos refractarios de fundición contienen trazas de oxígeno.
Piezas de titanio de fundición de grafito estampado: La solución es utilizar fundición de grafito estampado (utilizando fundición de grafito libre de oxígeno), pero esto produce piezas con textura de superficie muy rugosa que no son adecuadas para la mayoría de las aplicaciones médicas, aeroespaciales e industriales. Las piezas de titanio también se pueden fabricar mediante fundición a la cera perdida, pero esto requiere una cámara de vacío.
Piezas de titanio de impresión 3D: Una opción más nueva es utilizar la fabricación aditiva para piezas de titanio. Algunas tecnologías de impresión 3D, como la fusión selectiva por láser (SLM), la fusión por haz de electrones (EBM) y la deposición directa de energía (DED), pueden procesar materiales de impresión 3D de titanio. Sin embargo, estos sistemas de impresión 3D son caros y muchas industrias aún tienen que certificar el titanio impreso en 3D para piezas de uso final críticas para la seguridad.
Se puede observar que, en comparación con otros procesos de fabricación, el mecanizado CNC es un método preciso, seguro, versátil y económico para fabricar piezas de titanio.
Los desafíos del mecanizado CNC de titanio
Existen muchos desafíos y problemas en el fresado CNC de titanio tradicional. Al comprender cuáles son estos desafíos, los metalúrgicos y maquinistas pueden encontrar soluciones de mecanizado que produzcan piezas de titanio mecanizadas de alta calidad.
Acumulación de calor
Uno de los mayores obstáculos en el mecanizado CNC de titanio es mantener todo fresco. La baja conductividad térmica del titanio permite que las piezas metálicas acumule calor rápidamente en el lugar de mecanizado. Esto aumenta el desgaste de la herramienta de mecanizado y crea un efecto secundario de endurecimiento de la aleación de titanio que agrava aún más el desgaste de la herramienta. Si no se aborda, esto puede tener un efecto adverso en la calidad de la superficie de corte.
Propiedades "dulces"
El bajo módulo de elasticidad del titanio hace que tenga un efecto "pegajoso" durante el mecanizado CNC y puede provocar vibraciones intensas. Esto puede hacer que las virutas de titanio se adhieran a la herramienta. Estos obstáculos aumentan aún más el desgaste de las herramientas y afectan la calidad de la superficie acabada.
Deformación elástica
El comportamiento elástico del titanio también puede provocar que la pieza de trabajo se desplace por deformación elástica en la pieza no soportada durante el mecanizado CNC. La pieza se dobla debido a la fuerza generada por la herramienta de corte y luego vuelve a su posición normal una vez que la herramienta de corte ha pasado, lo que resulta en mayores tolerancias en la pieza final fabricada.
3 consejos útiles para el mecanizado CNC de titanio
Los desafíos del mecanizado CNC de titanio son suficientes para hacer que muchos fabricantes rápidos desconfíen de fabricar este material avanzado. Pero su excelente rendimiento significa que cada vez más diseñadores de productos buscan piezas de titanio de alta calidad. Afortunadamente, los maquinistas expertos y proveedores de herramientas de AN-Prototype han descubierto algunas formas clave de hacer que el mecanizado CNC de titanio sea al menos un poco más fácil.
Consejo 1: utilice las herramientas adecuadas
Con la creciente popularidad de las piezas de titanio, los diseñadores de herramientas están ideando soluciones únicas para mejorar la maquinabilidad del titanio. Los materiales de herramientas avanzados, como las herramientas recubiertas de nitruro de titanio y aluminio (TiAlN) o carbonitruro de titanio (TiCN) resistentes al calor, pueden prolongar la vida útil de la herramienta. Al mismo tiempo, las herramientas con espacios desiguales entre los filos de corte interrumpen la interferencia constructiva que provoca la vibración de la herramienta.
En general, los maquinistas deben elegir herramientas de alta calidad diseñadas específicamente para titanio, y las herramientas desafiladas deben inspeccionarse y reemplazarse con frecuencia. También considere usar una herramienta de menor diámetro con más filos cortantes. Esto ayuda a mantener las tasas de eliminación de metal y al mismo tiempo reduce la acumulación de calor.
Consejo 2: Mantenga estacionarias la pieza de trabajo y la máquina CNC
Es fácil provocar vibraciones en las herramientas durante el mecanizado CNC de titanio, así que haga todo lo que pueda para reducir la vibración y facilitar el mecanizado CNC de titanio. Asegúrese de que las piezas estén bien soportadas y fijadas para evitar que la pieza de trabajo se deforme y disponga de una máquina CNC de alta calidad. Incluso podría considerar utilizar herramientas de corte más cortas para reducir la deflexión de la herramienta.
Consejo 3: ajuste de los parámetros de torneado y fresado CNC
El mecanizado CNC de titanio requiere una gestión cuidadosa de la temperatura. Una de las formas más obvias de mantener frías la pieza de trabajo y la herramienta es aplicar un refrigerante constante a alta presión directamente al área de corte. Expulsar las virutas lejos de la zona de corte también evita que se peguen a la herramienta de mecanizado.
Al mismo tiempo, también es importante prestar especial atención al avance, la velocidad del husillo y la carga de viruta. Esto significa proteger las herramientas y equipos de un estrés excesivo y evitar permanecer en la misma posición durante demasiado tiempo.
Servicios de mecanizado CNC de titanio
AN-Prototype ofrece un servicio completo de mecanizado CNC de titanio para fabricar piezas de titanio personalizadas en geometrías orgánicas complejas con tolerancias estrictas en titanio de grado 1, titanio de grado 2 y titanio de grado 5. AN-Prototype garantiza una calidad constante y un tiempo de respuesta rápido a precios siempre competitivos. Puede aplicar hasta 6 opciones diferentes de postratamiento/acabado de superficies, que incluyen chorro de arena, recubrimiento en polvo, alisado y pulido, electroforesis, anodizado y más.