Desde el descubrimiento del titanio en 1790, el ser humano lleva más de un siglo explorando sus extraordinarias propiedades. En 1910, se produjo por primera vez titanio metálico, pero el camino hacia el uso de aleaciones de titanio fue largo y desafiante. No fue hasta 1951 que la producción industrial se hizo realidad.
Las aleaciones de titanio son conocidas por su alta resistencia específica, resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la fatiga. Pesan sólo un 60 % más que el acero con el mismo volumen y, sin embargo, son más resistentes que el acero aleado. Debido a estas excelentes propiedades, las aleaciones de titanio se utilizan cada vez más en diversos campos, incluidos la aviación, el aeroespacial, la generación de energía, la energía nuclear, el transporte marítimo, los productos químicos y los equipos médicos.
Razones por las que las aleaciones de titanio son difíciles de procesar
Las cuatro características principales de las aleaciones de titanio (baja conductividad térmica, endurecimiento significativo por trabajo, alta afinidad por las herramientas de corte y deformación plástica limitada) son razones clave por las que estos materiales son difíciles de procesar. Su rendimiento de corte es sólo aproximadamente el 20% del del acero fácil de cortar.
Baja conductividad térmica
Las aleaciones de titanio tienen una conductividad térmica que es sólo aproximadamente el 16% de la del acero 45#. Esta capacidad limitada para disipar el calor durante el procesamiento conduce a un aumento significativo de la temperatura en el filo; de hecho, la temperatura de la punta durante el procesamiento puede exceder la del acero 45# en más del 100%. Esta temperatura elevada provoca fácilmente un desgaste difuso de la herramienta de corte.
Endurecimiento laboral severo
La aleación de titanio exhibe un importante fenómeno de endurecimiento por trabajo, lo que resulta en una capa de endurecimiento superficial más pronunciada en comparación con el acero inoxidable. Esto puede generar desafíos en el procesamiento posterior, como un mayor desgaste de las herramientas.
Alta afinidad con las herramientas de corte.
Adhesión severa con carburo cementado que contiene titanio.
Pequeña deformación plástica
El módulo elástico del acero 45 es aproximadamente la mitad, lo que produce una recuperación elástica significativa y una fricción severa. Además, la pieza de trabajo es susceptible a deformaciones por sujeción.
Consejos tecnológicos para el mecanizado de aleaciones de titanio.
Basados en nuestro conocimiento de los mecanismos de mecanizado de aleaciones de titanio y experiencias previas, a continuación presentamos las principales recomendaciones tecnológicas para el mecanizado de estos materiales:
- Utilice hojas con una geometría de ángulo positivo para minimizar las fuerzas de corte, reducir el calor de corte y disminuir la deformación de la pieza de trabajo.
- Mantener una velocidad de avance constante para evitar el endurecimiento de la pieza. La herramienta siempre debe estar en avance durante el proceso de corte. Para fresar, la profundidad de corte radial (ae) debe ser el 30% del radio de la herramienta.
- Emplear fluidos de corte de alta presión y alto flujo para garantizar la estabilidad térmica durante el mecanizado, evitando la degeneración de la superficie y daños a las herramientas debido a temperaturas excesivas.
- Mantener afilado el filo de la hoja. Las herramientas desafiladas pueden provocar acumulación de calor y un mayor desgaste, lo que aumenta significativamente el riesgo de falla de la herramienta.
- Mecanizar aleaciones de titanio en su estado más blando siempre que sea posible.Procesamiento de mecanizado CNCSe vuelve más difícil después del endurecimiento, ya que el tratamiento térmico aumenta la resistencia del material y acelera el desgaste de la hoja.
- Utilice un radio de punta grande o un chaflán al cortar para maximizar el área de contacto de la hoja. Esta estrategia puede reducir las fuerzas de corte y el calor en cada punto, ayudando a prevenir roturas locales. Al fresar aleaciones de titanio, la velocidad de corte tiene el impacto más significativo en la vida útil de la herramienta, seguida de la profundidad de corte radial.
Resuelva los problemas de procesamiento del titanio comenzando con la hoja.
El desgaste de la ranura de la hoja que ocurre durante el procesamiento de aleaciones de titanio es un desgaste localizado que ocurre a lo largo de la parte posterior y frontal de la hoja, siguiendo la dirección de la profundidad de corte. Este desgaste suele ser causado por una capa endurecida sobrante de procesos de mecanizado anteriores. Además, a temperaturas de procesamiento superiores a 800 °C, las reacciones químicas y la difusión entre la herramienta y el material de la pieza de trabajo contribuyen a la formación de desgaste en las ranuras.
Durante el mecanizado, las moléculas de titanio de la pieza de trabajo pueden acumularse delante de la hoja debido a la alta presión y temperatura, lo que lleva a un fenómeno conocido como filo acumulado. Cuando este borde reconstituido se desprende de la hoja, puede quitar la capa de carburo de la hoja. Como resultado, el procesamiento de aleaciones de titanio requiere el uso de geometrías y materiales de cuchilla especializados.
Estructura de herramienta adecuada para el procesamiento de titanio.
El procesamiento de aleaciones de titanio gira principalmente en torno a la gestión del calor. Para disipar el calor de manera efectiva, se debe aplicar con precisión y rapidez una cantidad significativa de fluido de corte a alta presión al filo. Además, existen diseños de fresas especializados disponibles que están diseñados específicamente para el procesamiento de aleaciones de titanio.
Partiendo del método de mecanizado específico
Torneado
Los productos de aleación de titanio pueden lograr una buena rugosidad superficial durante el torneado y el endurecimiento por trabajo no es severo. Sin embargo, la temperatura de corte es elevada, lo que provoca un rápido desgaste de la herramienta. Para abordar estas características, nos centramos principalmente en las siguientes medidas relacionadas con herramientas y parámetros de corte:
Materiales de herramientas:Según las condiciones existentes en la fábrica, se seleccionan los materiales de herramientas YG6, YG8 y YG10HT.
Parámetros de geometría de herramienta:ángulos delanteros y traseros de la herramienta adecuada, redondeo de la punta de la herramienta.
Al girar el círculo exterior, es importante mantener una velocidad de corte baja, una velocidad de avance moderada, una profundidad de corte más profunda y una refrigeración adecuada. La punta de la herramienta no debe estar por encima del centro de la pieza de trabajo, ya que esto puede provocar que se atasque. Además, al terminar y tornear piezas de paredes delgadas, el ángulo de deflexión principal de la herramienta generalmente debe estar entre 75 y 90 grados.
Molienda
El fresado de productos de aleación de titanio es más difícil que el torneado, porque el fresado es un corte intermitente y las virutas se adhieren fácilmente a la hoja. Cuando los dientes pegajosos vuelven a cortar la pieza de trabajo, las virutas pegajosas se desprenden y se quita un pequeño trozo de material de la herramienta, lo que provoca astillas, lo que reduce en gran medida la durabilidad de la herramienta.
Método de fresado:Generalmente se utiliza fresado hacia abajo.
Material de la herramienta:Acero rápido M42.
El fresado hacia abajo no se utiliza normalmente para procesar acero aleado. Esto se debe principalmente a la influencia del espacio entre el husillo de la máquina herramienta y la tuerca. Durante el fresado hacia abajo, cuando la fresa se acopla con la pieza de trabajo, la fuerza del componente en la dirección de avance se alinea con la dirección de avance misma. Esta alineación puede provocar un movimiento intermitente de la mesa de la pieza de trabajo, aumentando el riesgo de rotura de la herramienta.
Además, en el fresado hacia abajo, los dientes del cortador encuentran una capa dura en el filo, lo que puede causar daños a la herramienta. En el fresado inverso, las virutas pasan de delgadas a gruesas, lo que hace que la fase de corte inicial sea propensa a la fricción seca entre la herramienta y la pieza de trabajo. Esto puede exacerbar la adherencia de las virutas y el astillado de la herramienta.
Para lograr un fresado más suave de aleaciones de titanio, se deben tener en cuenta varias consideraciones: reducir el ángulo frontal y aumentar el ángulo posterior en comparación con las fresas estándar. Es aconsejable utilizar velocidades de fresado más bajas y optar por fresas de dientes afilados evitando fresas de dientes de pala.
tocando
Al roscar productos de aleación de titanio, pequeñas virutas pueden adherirse fácilmente a la hoja y a la pieza de trabajo. Esto conduce a una mayor rugosidad de la superficie y torsión. La selección y el uso inadecuados de los machos de roscar pueden causar endurecimiento por trabajo, dar como resultado una eficiencia de procesamiento muy baja y, en ocasiones, provocar la rotura de los machos.
Para optimizar el roscado, es recomendable priorizar el uso de un roscado omitido de un hilo en el lugar. El número de dientes del grifo debe ser menor que el de un grifo estándar, normalmente entre 2 y 3 dientes. Se prefiere un ángulo de corte más grande, midiendo la sección cónica generalmente de 3 a 4 longitudes de hilo. Para facilitar la eliminación de virutas, también se puede fresar un ángulo de inclinación negativo en el cono de corte. El uso de machos más cortos puede mejorar la rigidez del cono. Además, el cono inverso debe ser ligeramente más grande que el estándar para reducir la fricción entre el cono y la pieza de trabajo.
escariado
Al escariar aleaciones de titanio, el desgaste de la herramienta generalmente no es severo, lo que permite el uso de escariadores tanto de carburo como de acero de alta velocidad. Cuando se utilizan escariadores de carburo, es fundamental garantizar la rigidez del sistema de proceso, similar a la que se utiliza en la perforación, para evitar que el escariador se astille.
El principal desafío al escariar orificios de aleación de titanio es lograr un acabado suave. Para evitar que la hoja se pegue a la pared del agujero, se debe reducir cuidadosamente el ancho de la hoja del escariador utilizando una piedra de aceite, garantizando al mismo tiempo una resistencia suficiente. Normalmente, el ancho de la hoja debe estar entre 0,1 mm y 0,15 mm.
La transición entre el filo y la sección de calibración debe presentar un arco suave. Es necesario un mantenimiento regular después de que se produce el desgaste, asegurando que el tamaño del arco de cada diente permanezca constante. Si es necesario, la sección de calibración se puede ampliar para un mejor rendimiento.
Perforación
La perforación de aleaciones de titanio presenta desafíos importantes, que a menudo provocan que las brocas se quemen o rompan durante el procesamiento. Esto se debe principalmente a problemas como un rectificado inadecuado de la broca, una eliminación insuficiente de la viruta, una refrigeración inadecuada y una rigidez deficiente del sistema.
Para perforar eficazmente aleaciones de titanio, es esencial centrarse en los siguientes factores: garantizar un rectificado adecuado de la broca, utilizar un ángulo superior más grande, reducir el ángulo frontal del borde exterior, aumentar el ángulo posterior del borde exterior y ajustar el cono posterior para que sea De 2 a 3 veces más que una broca estándar. Es importante retraer la herramienta con frecuencia para eliminar las virutas rápidamente y, al mismo tiempo, controlar la forma y el color de las virutas. Si las virutas parecen plumosas o si su color cambia durante la perforación, indica que la broca se está desafilando y debe ser reemplazada o afilada.
Además, la plantilla de perforación debe fijarse firmemente al banco de trabajo, con la hoja guía cerca de la superficie de procesamiento. Es recomendable utilizar una broca corta siempre que sea posible. Cuando se emplea alimentación manual, se debe tener cuidado de no avanzar ni retroceder la broca dentro del agujero. Hacerlo puede hacer que la hoja del taladro roce contra la superficie de procesamiento, lo que provocará que se endurezca y se pierda el filo de la broca.
Molienda
Problemas comunes encontrados al rectificarPiezas de aleación de titanio CNCincluyen la obstrucción de la muela debido a virutas atascadas y quemaduras superficiales en las piezas. Esto ocurre porque las aleaciones de titanio tienen una mala conductividad térmica, lo que provoca altas temperaturas en la zona de molienda. Esto, a su vez, provoca unión, difusión y fuertes reacciones químicas entre la aleación de titanio y el material abrasivo.
La presencia de virutas pegajosas y muelas obstruidas reduce significativamente la relación de molienda. Además, la difusión y las reacciones químicas pueden provocar quemaduras en la superficie de la pieza de trabajo, lo que en última instancia reduce la resistencia a la fatiga de la pieza. Este problema es particularmente pronunciado cuando se rectifican piezas fundidas de aleaciones de titanio.
Para solucionar este problema, las medidas adoptadas son:
Elija el material de muela adecuado: carburo de silicio verde TL. Dureza de la muela ligeramente inferior: ZR1.
El corte de materiales de aleación de titanio debe controlarse mediante materiales de herramientas, fluidos de corte y parámetros de procesamiento para mejorar la eficiencia general del procesamiento.
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Hora de publicación: 29 de octubre de 2024