El titanio es un metal notable conocido por su alta resistencia, baja densidad y excelente resistencia a la corrosión. Como proveedor de piezas de titanio, he sido testigo de primera mano de la creciente demanda de titanio en diversas industrias, incluidas la aeroespacial, la médica y la automotriz. Sin embargo, mecanizar titanio puede ser una tarea desafiante debido a sus propiedades únicas, como la baja conductividad térmica y la alta reactividad química. Elegir las herramientas de corte adecuadas es fundamental para garantizar un mecanizado eficiente y preciso de piezas de titanio. En esta publicación de blog, analizaré las herramientas de corte adecuadas para piezas de titanio y brindaré algunas ideas basadas en mi experiencia en la industria.
Comprender los desafíos del mecanizado de titanio
Antes de profundizar en las herramientas de corte adecuadas, es fundamental comprender los desafíos asociados al mecanizado de titanio. El titanio tiene una conductividad térmica relativamente baja, lo que significa que el calor generado durante el proceso de corte tiende a acumularse en el filo. Esto puede provocar un rápido desgaste de la herramienta, una vida útil reducida y un acabado superficial deficiente. Además, el titanio es químicamente reactivo, especialmente a altas temperaturas, lo que puede hacer que el material de la pieza de trabajo se adhiera a la herramienta de corte, lo que resulta en filo acumulado (BUE) y acelera aún más el desgaste de la herramienta.
Otro desafío es la alta resistencia y tenacidad del titanio. Las fuerzas de corte son generalmente mayores al mecanizar titanio en comparación con otros metales, lo que requiere herramientas de corte con suficiente resistencia y rigidez. Además, la formación de viruta en el mecanizado de titanio suele ser continua y fibrosa, lo que puede provocar problemas de evacuación de viruta y dañar potencialmente la herramienta de corte o la pieza de trabajo.
Tipos de herramientas de corte para piezas de titanio
Herramientas de corte de carburo
Las herramientas de corte de carburo se utilizan ampliamente para mecanizar titanio debido a su alta dureza, resistencia al desgaste y estabilidad térmica. El carburo de tungsteno es el tipo más común de carburo utilizado en herramientas de corte. Puede soportar altas temperaturas de corte y proporciona buena resistencia contra la abrasión y el desgaste por cráter.
- Herramientas de carburo recubiertas: Las herramientas de carburo recubiertas son una excelente opción para el mecanizado de titanio. El recubrimiento, como nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN) o nitruro de aluminio y titanio (AlTiN), puede mejorar el rendimiento de la herramienta de varias maneras. Reduce la fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo, lo que ayuda a reducir las temperaturas de corte y prevenir la formación de BUE. El recubrimiento también proporciona una capa adicional de protección contra el desgaste, lo que prolonga la vida útil de la herramienta. Por ejemplo, las herramientas de carburo recubiertas de AlTiN son particularmente adecuadas para el mecanizado de titanio a alta velocidad porque pueden mantener su dureza y resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas.
- Herramientas de carburo sólido: Las herramientas de corte de carburo sólido están fabricadas íntegramente de carburo y ofrecen alta precisión y rigidez. Están disponibles en varias geometrías, como fresas, brocas e insertos, y pueden usarse para una amplia gama de operaciones de mecanizado de titanio, incluidos fresado, taladrado y torneado. Las fresas de carburo macizo, por ejemplo, pueden proporcionar un excelente acabado superficial y precisión dimensional al mecanizar componentes de titanio.
Herramientas de corte de cerámica
Las herramientas de corte de cerámica son otra opción para mecanizar titanio, especialmente para aplicaciones de alta velocidad y alta temperatura. Las cerámicas tienen una dureza y resistencia al desgaste extremadamente altas y pueden funcionar a velocidades de corte significativamente más altas que las herramientas de carburo.
- Cerámica a base de alúmina: Las cerámicas a base de alúmina, como los compuestos de alúmina y carburo de titanio (Al₂O₃-TiC), se utilizan comúnmente para el mecanizado de titanio. Tienen buena estabilidad química y pueden soportar altas temperaturas de corte sin un desgaste significativo. Sin embargo, las herramientas cerámicas son relativamente frágiles y requieren un manejo cuidadoso y parámetros de mecanizado adecuados para evitar la rotura de la herramienta.
- Cerámica de nitruro de silicio (Si₃N₄): Las cerámicas de nitruro de silicio ofrecen alta resistencia, tenacidad y resistencia al choque térmico. Son adecuados para operaciones de corte interrumpidas y pueden proporcionar una larga vida útil de la herramienta al mecanizar titanio. Los insertos cerámicos de Si₃N₄ se utilizan a menudo en aplicaciones de torneado y fresado donde se requiere una alta productividad.
Herramientas de corte de nitruro de boro cúbico (CBN)
El nitruro de boro cúbico es uno de los materiales más duros conocidos, sólo superado por el diamante. Las herramientas de corte CBN son extremadamente resistentes al desgaste y pueden utilizarse para el mecanizado de titanio a alta velocidad.
- Insertos de CBN: Las plaquitas de CBN se utilizan normalmente para el torneado de acabado y el mecanizado en duro de aleaciones de titanio. Pueden proporcionar un excelente acabado superficial y precisión dimensional, y su alta resistencia al desgaste permite una larga vida útil de la herramienta. Sin embargo, las herramientas de CBN son relativamente caras y su aplicación se limita a determinadas operaciones de mecanizado y grados de titanio.
Consideraciones de diseño y geometría de la herramienta
Además del material de la herramienta, en el mecanizado de titanio también desempeñan un papel decisivo la geometría y el diseño de la herramienta de corte. Aquí hay algunas consideraciones importantes:
- Ángulo de inclinación: Un ángulo de ataque positivo puede reducir las fuerzas de corte y mejorar el flujo de viruta, pero también puede disminuir la resistencia de la herramienta. Para el mecanizado de titanio, a menudo se recomienda un ángulo de ataque pequeño positivo o nulo para equilibrar las fuerzas de corte y la resistencia de la herramienta.
- Ángulo de alivio: Es necesario un ángulo de alivio suficiente para evitar que la herramienta roce contra la pieza de trabajo, lo que puede generar calor y acelerar el desgaste de la herramienta. Un ángulo de alivio mayor puede ayudar a reducir la fricción y mejorar el rendimiento de la herramienta.
- Radio de vanguardia: Un filo afilado puede reducir las fuerzas de corte y mejorar el acabado de la superficie. Sin embargo, un borde muy afilado puede ser propenso a astillarse. Un radio de filo ligeramente redondeado puede proporcionar una mejor resistencia del filo y al mismo tiempo mantener un buen rendimiento de corte.
- Diseño de rompevirutas: El diseño eficaz del rompevirutas es esencial para el mecanizado de titanio para controlar la formación de virutas y facilitar su evacuación. Un rompevirutas bien diseñado puede romper las virutas continuas y fibrosas en trozos más pequeños y manejables, evitando la obstrucción de las virutas y reduciendo el riesgo de daños a la herramienta.
Ejemplos de aplicación
Echemos un vistazo a algunos ejemplos de aplicaciones específicas del uso de las herramientas de corte anteriores para piezas de trabajo de titanio.
- Fresado de canal de titanio resistente a la corrosión GR2: Al fresarCanal de titanio resistente a la corrosión GR2, se puede utilizar una fresa de metal duro recubierta con una geometría adecuada. El recubrimiento ayuda a reducir la fricción y la generación de calor, mientras que la geometría de la fresa garantiza una evacuación eficiente de la viruta. Se recomienda un ángulo de desprendimiento positivo pequeño y un ángulo de alivio suficiente para equilibrar las fuerzas de corte y evitar el desgaste de la herramienta.
- Brida de titanio Gr1 de perforación: Para taladrarBrida de titanio Gr1, se puede emplear una broca de carburo sólido con una geometría de punta especializada. El material de carburo sólido proporciona alta resistencia al desgaste y la geometría de la punta está diseñada para mejorar la formación de viruta y la eficiencia de perforación. Generalmente se requiere una velocidad de avance lenta y una velocidad de husillo moderada para evitar una generación excesiva de calor y rotura de la herramienta.
- Brida giratoria de titanio Gr5: Al girarBrida de titanio Gr5, se puede utilizar una plaquita de CBN o una plaquita de carburo recubierta según los requisitos específicos. Las plaquitas de CBN son adecuadas para operaciones de acabado de alta velocidad, mientras que las plaquitas de carburo recubiertas son más versátiles y pueden utilizarse tanto para desbaste como para acabado. La geometría de la plaquita, como el ángulo de desprendimiento, el ángulo de alivio y el diseño del rompevirutas, deben seleccionarse cuidadosamente para optimizar el rendimiento de corte.
Conclusión
El mecanizado de piezas de titanio requiere una cuidadosa selección de herramientas de corte para superar los desafíos asociados con este metal único. Las herramientas de corte de carburo, las herramientas de corte de cerámica y las herramientas de corte de CBN tienen cada una sus propias ventajas y son adecuadas para diferentes aplicaciones de mecanizado de titanio. Al considerar el material, la geometría y el diseño de la herramienta, así como los requisitos específicos de la operación de mecanizado, es posible lograr un mecanizado eficiente y preciso de piezas de titanio.
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Referencias
- Astakhov, vicepresidente (2010). Mecánica de corte de metales. Elsevier.
- Shaw, MC (2005). Principios de corte de metales. Prensa de la Universidad de Oxford.
- Trent, EM y Wright, PK (2000). Corte de metales. Butterworth-Heinemann.