A usinagem CNC de peças de titânio tornou-se cada vez mais popular nas indústrias aeroespacial, médica, automotiva e de energia. As ligas de titânio têm muitas propriedades exclusivas e costumam ser a melhor escolha para peças usinadas CNC com aplicações especiais. O titânio tem uma relação resistência/peso impressionante, sendo 40% mais leve que o aço e apenas 5% mais fraco. Apesar de sua popularidade, o titânio é um dos metais mais difíceis de usinar. A AN-Prototype é especializada em serviços de usinagem CNC de titânio, não importa o quão desafiadores sejam seus requisitos especiais, nós atenderemos às suas necessidades. Fabricamos regularmente diferentes tipos de peças de titânio de forma rápida e econômica.
O titânio é um dos metais mais abundantes na crosta terrestre, possui propriedades desejáveis, é soldável (em atmosfera inerte) e pode ser usinado por CNC como o aço inoxidável. Quase todos os serviços de acabamento superficial, como jateamento de areia, pintura eletrostática a pó e eletroforese, produzem bons resultados quando aplicados a peças de titânio. No entanto, as peças de titânio nem sempre são projetadas e fabricadas da mesma forma que as peças de alumínio ou peças feitas de materiais de menor custo. O titânio custa cerca de 10 vezes mais que o alumínio 6061, portanto, é preciso garantir que a peça seja usinada na primeira tentativa. Infelizmente, a usinagem CNC de titânio é um grande desafio.
- O titânio é um metal biocompatível, não tóxico e resistente à corrosão.
- As peças de titânio não são magnéticas e possuem uma alta relação resistência/peso.
- O titânio tem alta resistência à oxidação.
- O titânio pode ser facilmente ligado a ferro, vanádio, alumínio, molibdênio e níquel para produzir peças metálicas fortes.
- O titânio é 100% reciclável e é um material metálico ecologicamente correto.
Por essas razões, as peças de titânio CNC são frequentemente usadas em indústrias como aeroespacial, automotiva e médica.
Aeroespacial: peças de motores de aeronaves, peças de fuselagem, rotores, pás de compressores, etc. De fato, a indústria aeroespacial impulsiona a produção de titânio: dois terços de todo o titânio produzido no mundo são usados em motores e estruturas de aeronaves.
Indústria médica: As peças de titânio incluem implantes cirúrgicos (como próteses de quadril de longa duração) e instrumentos. O metal também é usado para fabricar itens como cadeiras de rodas e muletas.
Propriedades Mecânicas do Titânio
- Densidade: 4.50 g / cm3
- Ponto de fusão: 1650-1670 ° C
- Ponto de ebulição: 3287 ° C
- Resistência à tração: 220 MPa
- Módulo de elasticidade: 116 GPa
- Módulo de cisalhamento: 43.0 GPa
- Dureza Brinell: 70
- Dureza, Vickers: 60
- Alongamento na ruptura: 54%
Tipos de titânio
O titânio está disponível em quase 40 graus, assim como em diversas outras ligas. Os graus 1 a 4 são considerados titânio comercialmente puro e têm requisitos variados para resistência à tração final. Grau 5 (Ti6Al4V ou Ti 6-4) é a liga de titânio mais comum, contendo 6% de alumínio e 4% de vanádio. Embora o titânio e suas ligas sejam frequentemente agrupados, existem algumas diferenças importantes entre eles que devem ser observadas antes de determinar o método ideal de usinagem CNC.
Titânio de Grau 1 a 4 – Os graus de titânio de 1 a 4 são considerados os mais puros. Esses graus não são ligados e permanecem em sua condição original. À medida que o grau aumenta, a resistência ao escoamento e a resistência à tração do titânio também aumentam. Isso significa que o titânio de grau 2 tem maior resistência à tração e ao escoamento do que o titânio de grau 1, e assim por diante. Embora o titânio de grau 2 não seja tão resistente quanto o titânio de grau 5, ele é leve e possui excelente resistência à corrosão, além de excelente conformabilidade. Esses graus têm uma alta relação resistência/peso. Além disso, são mais leves que o aço.
Titânio Grau 5 – O titânio grau 5, também conhecido como Ti 6-4, Ti-6AL-4V ou Ti6Al4V, é uma das ligas de titânio mais utilizadas em diversas aplicações. O titânio grau 5 é a liga de titânio mais resistente, apresentando boa resistência à corrosão e soldabilidade. Devido à sua capacidade de suportar altas e baixas temperaturas, o titânio pode ser escolhido em detrimento de outros metais, como o aço, para algumas aplicações. Comparado ao titânio grau 2, possui maior resistência à temperatura. Por isso, esse grau de liga é comumente utilizado em processamento químico, medicina, aeroespacial, indústria naval e outras aplicações.
Titânio Grau 9 – A liga de titânio grau 9 é conhecida por sua alta resistência. Sua resistência à tração é superior à das ligas de titânio grau 2 puras. Essa maior resistência, tanto em temperatura ambiente quanto em temperaturas elevadas, torna esse grau de liga mais popular em diversas aplicações. Essa liga também é conhecida como Ti-3AL-2.5V. A soldabilidade da liga de titânio grau 9 é melhor do que a da liga de titânio grau 5.
Por que escolher a usinagem CNC de titânio?
Para peças de titânio mais precisas e acessíveis, a usinagem CNC é quase sempre a melhor opção. Vamos analisar as desvantagens de outros processos de fabricação de peças de titânio.
Peças de titânio fundido: Fabricantes que trabalham com produção rápida raramente produzem peças de titânio por fundição. Isso ocorre porque o titânio aquecido reage violentamente com o oxigênio, e muitos refratários de fundição contêm traços de oxigênio.
Peças de titânio fundidas em grafite estampada: A solução é usar a fundição em grafite estampada (utilizando grafite isenta de oxigênio), mas isso produz peças com textura de superfície muito áspera, inadequadas para a maioria das aplicações médicas, aeroespaciais e industriais. Peças de titânio também podem ser fabricadas por fundição por cera perdida, mas esse método requer uma câmara de vácuo.
Impressão 3D de peças de titânio: Uma opção mais recente é usar a manufatura aditiva para peças de titânio. Algumas tecnologias de impressão 3D, como a Fusão Seletiva a Laser (SLM), a Fusão por Feixe de Elétrons (EBM) e a Deposição Direta de Energia (DED), podem processar materiais de titânio para impressão 3D. No entanto, esses sistemas de impressão 3D são caros e muitas indústrias ainda não certificaram o titânio impresso em 3D para peças de uso final críticas para a segurança.
Pode-se observar que, em comparação com outros processos de fabricação, a usinagem CNC é um método preciso, seguro, versátil e econômico de fabricação de peças de titânio.
Os desafios da usinagem CNC de titânio
Existem muitos desafios e problemas no fresamento CNC de titânio tradicional. Ao compreender quais são esses desafios, metalúrgicos e maquinistas podem encontrar soluções de usinagem que produzem peças usinadas de titânio de alta qualidade.
Acumulação de Calor
Um dos maiores obstáculos na usinagem CNC de titânio é manter tudo fresco. A baixa condutividade térmica do titânio permite que as peças metálicas acumulem calor rapidamente no local de usinagem. Isto aumenta o desgaste da ferramenta de usinagem e cria um efeito secundário de endurecimento da liga de titânio que agrava ainda mais o desgaste da ferramenta. Se não for resolvido, isto pode ter um efeito adverso na qualidade da superfície de corte.
Propriedades de "Fudge"
O baixo módulo de elasticidade do titânio faz com que ele tenha um efeito “pegajoso” durante a usinagem CNC e pode causar vibração intensa. Isso pode fazer com que os chips de titânio grudem na ferramenta. Esses obstáculos aumentam ainda mais o desgaste da ferramenta e afetam a qualidade da superfície acabada.
Deformação elástica
O comportamento elástico do titânio também pode fazer com que a peça seja deslocada por deformação elástica na peça não suportada durante a usinagem CNC. A peça dobra devido à força gerada pela ferramenta de corte e retorna à sua posição normal após a passagem da ferramenta de corte, resultando em maiores tolerâncias na peça final fabricada.
3 dicas úteis para usinagem CNC de titânio
Os desafios da usinagem CNC de titânio são suficientes para deixar muitos fabricantes rápidos cautelosos na fabricação deste material avançado. Mas o seu excelente desempenho significa que cada vez mais designers de produtos procuram peças de titânio de alta qualidade. Felizmente, os maquinistas especializados e fornecedores de ferramentas da AN-Prototype descobriram algumas maneiras importantes de tornar a usinagem CNC de titânio pelo menos um pouco mais fácil.
Dica 1 – Use as ferramentas certas
Com a crescente popularidade das peças de titânio, os projetistas de ferramentas estão criando soluções exclusivas para melhorar a usinabilidade do titânio. Materiais avançados para ferramentas, como ferramentas revestidas com nitreto de alumínio e titânio (TiAlN) resistentes ao calor ou carbonitreto de titânio (TiCN), podem prolongar a vida útil da ferramenta. Ao mesmo tempo, ferramentas com espaçamento irregular entre arestas de corte interrompem a interferência construtiva que causa vibração na ferramenta.
Em geral, os maquinistas devem escolher ferramentas de alta qualidade projetadas especificamente para titânio, e as ferramentas cegas devem ser inspecionadas e substituídas com frequência. Considere também usar uma ferramenta de diâmetro menor com mais arestas de corte. Isso ajuda a manter as taxas de remoção de metal enquanto reduz o acúmulo de calor.
Dica 2 - Mantenha a peça e a máquina CNC estacionárias
É fácil causar vibração na ferramenta durante a usinagem CNC de titânio, então faça tudo o que puder para reduzir a vibração e tornar a usinagem CNC de titânio mais fácil. Certifique-se de que as peças estejam bem apoiadas e fixadas para evitar a deformação da peça e prepare uma máquina CNC de alta qualidade. Você pode até considerar o uso de ferramentas de corte mais curtas para reduzir a deflexão da ferramenta.
Dica 3 - Ajustando Fresamento CNC, Parâmetros de Torneamento
A usinagem CNC de titânio requer um gerenciamento cuidadoso da temperatura. Uma das maneiras mais óbvias de manter a peça e a ferramenta resfriadas é aplicar um refrigerante consistente de alta pressão diretamente na área de corte. Ejetar cavacos para longe da zona de corte também evita que eles grudem na ferramenta de usinagem.
Ao mesmo tempo, também é importante prestar atenção especial ao avanço, velocidade do fuso e carga de cavacos. Isso significa proteger ferramentas e equipamentos contra estresse excessivo, evitando permanecer na mesma posição por muito tempo.
Serviços de usinagem CNC de titânio
AN-Prototype oferece um serviço completo de usinagem CNC de titânio para fabricar peças personalizadas de titânio em geometrias orgânicas complexas com tolerâncias restritas em titânio grau 1, titânio grau 2 e titânio grau 5. AN-Prototype garante qualidade consistente e tempo de resposta rápido a preços sempre competitivos. Você pode aplicar até 6 opções diferentes de pós-tratamento/acabamento de superfície, incluindo jateamento de areia, revestimento em pó, alisamento e polimento, eletroforese, anodização e muito mais.
