En la industria manufacturera actual, el titanio y sus aleaciones se han convertido en elementos básicos en aplicaciones aeroespaciales, médicas, de automoción y de armas de fuego. Este popular metal es resistente a la oxidación y a los productos químicos, es reciclable y es extremadamente fuerte para su peso. Sin embargo, hay varios retos que deben tenerse en cuenta a la hora de mecanizar el titanio y seleccionar las herramientas y los parámetros adecuados para el trabajo.
Variedades de titanio
El titanio está disponible en muchas variedades, incluyendo casi 40 grados ASTM, así como varias aleaciones adicionales. Los grados 1 a 4 se consideran titanio comercialmente puro con diferentes requisitos de resistencia a la tracción. El grado 5 (Ti6Al4V o Ti 6-4) es la combinación más común, aleado con un 6% de aluminio y un 4% de vanadio. Aunque el titanio y sus aleaciones suelen agruparse, existen algunas diferencias clave entre ellos que deben tenerse en cuenta antes de determinar el enfoque de mecanizado ideal.
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Preocupaciones del titanio
Mantenimiento de la herramienta
Aunque el titanio puede tener propiedades de material más deseables que el acero medio, también se comporta de forma más flexible, y a menudo no es tan rígido como otros metales. Esto requiere un agarre seguro de las piezas de trabajo de titanio y una configuración de la máquina tan rígida como sea posible. Otras consideraciones son evitar los cortes interrumpidos y mantener la herramienta en movimiento en todo momento de contacto con la pieza. Detenerse en un orificio perforado o detener una herramienta junto a una pared perfilada hará que la herramienta roce, creando un exceso de calor, endureciendo el material y provocando un desgaste prematuro de la herramienta.
Generación de calor
El calor es un enemigo formidable, y la generación de calor debe tenerse en cuenta al seleccionar las velocidades y los avances. Aunque los grados comercialmente puros de titanio son más blandos y gomosos que la mayoría de sus aleaciones, la adición de elementos de aleación suele aumentar la dureza del titanio. Esto aumenta la preocupación por el calor generado y el desgaste de la herramienta. Mantener una mayor carga de viruta y evitar el roce innecesario ayuda al rendimiento de la herramienta en las aleaciones de titanio más duras, y minimizará la cantidad de endurecimiento por trabajo producido. La elección de unas RPM más bajas, junto con una mayor carga de viruta, puede proporcionar una reducción significativa de la temperatura en comparación con las opciones de mayor velocidad. Debido a sus propiedades de baja conducción, mantener las temperaturas al mínimo supondrá una menor tensión en la herramienta y reducirá el desgaste. El uso de refrigerante a alta presión también es un método eficaz para reducir la generación de calor al mecanizar titanio.
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Foto cortesía de @RebootEng (Instagram)
Galleteo y borde acumulado
El siguiente obstáculo a considerar es que el titanio tiene una fuerte tendencia a adherirse a una herramienta de corte, creando un borde acumulado. Se trata de un problema delicado que puede reducirse utilizando grandes cantidades de refrigerante a alta presión dirigido directamente a la superficie de corte. El objetivo es eliminar las virutas lo antes posible para evitar que se vuelvan a cortar y mantener las ranuras limpias y libres de residuos. La corrosión es un problema importante en los grados de titanio comercialmente puros debido a su naturaleza «gomosa». Esto puede abordarse utilizando las estrategias mencionadas anteriormente, como el avance continuo en todo momento de contacto con la pieza y el uso de abundante refrigerante a alta presión.
Soluciones para el titanio
Aunque las principales preocupaciones al mecanizar el titanio y sus aleaciones pueden cambiar, los métodos para mitigarlas permanecen algo constantes. Las ideas principales son evitar el gripado, la generación de calor, el endurecimiento por trabajo y la desviación de la pieza o de la herramienta. Utilice mucho refrigerante a alta presión, mantenga las velocidades bajas y los avances altos, mantenga la herramienta en movimiento cuando esté en contacto con la pieza de trabajo y utilice una configuración lo más rígida posible.
Además, la selección de un recubrimiento adecuado para la herramienta puede ayudar a que su trabajo sea un éxito. Con el alto calor que se genera durante las operaciones de mecanizado de titanio, tener un recubrimiento que pueda manejar adecuadamente la temperatura es clave para mantener el rendimiento a través de una operación. El recubrimiento adecuado también ayudará a evitar el gripado y a evacuar las virutas de forma eficaz. Los recubrimientos como el Nitruro de Aluminio de Harvey Tool (AlTiN Nano) producen una capa de óxido a altas temperaturas y aumentan la lubricidad de la herramienta.
Como el titanio y sus muchas aleaciones siguen aumentando su uso en varias industrias, más maquinistas tendrán que cortar este difícil material. Sin embargo, la gestión del calor y la evacuación adecuada de las virutas, junto con el recubrimiento correcto, permitirán una ejecución satisfactoria.
