El titanio y sus aleaciones son conocidos por su gran resistencia, durabilidad y resistencia a la corrosión. Se utiliza mucho en la industria aeroespacial y médica. Nos hemos beneficiado mucho de las piezas de titanio, pero aún existen muchas limitaciones en el mecanizado CNC de titanio. Este artículo tratará sobre qué es el titanio, las aleaciones de titanio más comunes y el mecanizado CNC de titanio.
¿Qué es el titanio?
El titanio es un elemento metálico. El número atómico del titanio en la tabla periódica de los elementos es 22 (4º periodo, grupo NB). Tiene un brillo metálico blanco plateado y posee muchas propiedades excelentes, como un alto punto de fusión, baja densidad, alta resistencia y buena flexibilidad. Es importante para los materiales industriales.
Titanio comercialmente puro
El titanio comercialmente puro contiene un mínimo de 99% de titanio puro. Cuatro tipos de titanio comercialmente puro, a saber, los grados 1 a 4.
Grado 1: Es la más blanda y dúctil de estas calidades. Posee la mayor conformabilidad, una excelente resistencia a la corrosión y una gran tenacidad al impacto.
Grado 2: Comparte muchas de las cualidades del titanio de grado 1, pero es ligeramente más resistente.
Grado 3: Es más resistente que los Grados 1 y 2, similar en ductilidad y sólo ligeramente menos conformable.
Grado 4: La más resistente de las cuatro calidades. Posee resistencia a la corrosión, buena conformabilidad y soldabilidad.
Propiedades mecánicas del titanio comercialmente puro
| Propiedad | Grado 1 | Grado 2 | Grado 3 | Grado 4 |
| Resistencia a la tracción (MPa) | 240 | 345 | 450 | 550 |
| Límite elástico (MPa) | 310 | 450 | 550 | 655 |
| Elongación a la rotura（%） | 24 | 20 | 18 | 15 |
Aleaciones de titanio
El titanio tiene dos fases, a saber, la fase α y la fase β. Según las diferentes estructuras matriciales obtenidas en condiciones de temperatura ambiente, las aleaciones de titanio pueden dividirse en las tres categorías siguientes: titanio α, titanio β y titanio a-β.
Ejemplos de titanio
| Categoría | Ejemplos |
| Titanio α | Titanio comercialmente puro (Grado 1 - 4) Ti-5Al-2,5Sn (Grado 6) Ti-0,2Pd(Grado 7) |
| Titanio β | Ti-5Mo-5V-8Cr-2Al Ti-10Mo-8V-1Fe-3,5Al Ti-32Mo |
| Titanio a-β | Ti-6Al-4V (Grado 5) Ti-4Al-4Mo-4Sn-0,5Si |
¿Por qué es difícil procesar el titanio?
La aleación de titanio tiene la ventaja de ser ligera y muy resistente. Sin embargo, la dificultad de procesar la aleación de titanio siempre ha preocupado a ingenieros y técnicos.
Baja conductividad térmica. La mayoría de las aleaciones de titanio tienen una conductividad térmica extremadamente baja, que es sólo 1/7 de la del acero, 1/16 de la del aluminio y 1/25 de la del cobre. Por lo tanto, el calor generado durante el corte de materiales no es fácil de disipar y se concentra en la zona de corte. Esto puede provocar fácilmente un rápido desgaste y agrietamiento de la herramienta y generar acumulación de virutas, acortando la vida útil de la herramienta.
Deformación elástica del titanio. El módulo elástico de la aleación de titanio es relativamente bajo. Por ejemplo, el módulo elástico del TC4 es de sólo 110 GPa, mientras que el del acero 45 es de 210 GPa, y el del 303, 304, 316 y otros aceros inoxidables también ronda los 200 GPa. Al mecanizar aleaciones de titanio, es fácil que se produzcan deformaciones elásticas, especialmente cuando se mecanizan piezas de paredes finas o anulares.
Vibración. La elasticidad de las aleaciones de titanio puede ser beneficiosa desde el punto de vista del rendimiento de la pieza, pero se convierte en la principal causa de vibración durante el corte. La vibración generada por el mecanizado de aleaciones de titanio es 10 veces superior a la del acero. Dado que el calor de corte se concentra en la parte cortante, producirá virutas en zigzag, provocando fluctuaciones en la potencia de corte.
Proceso de mecanizado CNC del titanio
La aleación de titanio es uno de los metales más difíciles de mecanizar debido a su gran resistencia y mala conducción del calor. A pesar de ello, se puede Mecanizado CNC titanio mediante multitud de procesos.
Fresado CNC
El fresado CNC crea la forma deseada a partir de una pieza de trabajo eliminando material mediante herramientas rotativas. Es importante tener en cuenta las distintas propiedades del titanio y tomar las medidas adecuadas para fresar piezas de titanio. La gran resistencia y dureza del titanio requieren herramientas de fresado resistentes, como las fabricadas con carburo y acero endurecido.
Torneado CNC
El torneado CNC crea la forma deseada a partir de una pieza girándola sobre un husillo para formar formas cilíndricas precisas. Se puede conseguir un buen rendimiento de corte al tornear aleaciones de titanio con herramientas de acero rápido o de carburo de tungsteno. Las herramientas de carburo son sensibles a las vibraciones y, por tanto, requieren una fijación rígida.
Corte por chorro de agua
El corte por chorro de agua utiliza agua a alta presión para cortar y no genera altas temperaturas, por lo que no provocará cambios en las propiedades del material debido a tensiones térmicas o deformaciones. Sin embargo, cuando la placa de metal de titanio es más gruesa, el acabado superficial tras el procesado es menor, y se requiere un postprocesado adicional para lograr un acabado superficial superior.
Consejos para el mecanizado de piezas de titanio
Se ha demostrado que la aleación de titanio tiene una gran resistencia, durabilidad y resistencia a la corrosión. Se utiliza ampliamente en aplicaciones de creación de prototipos aeroespaciales. A pesar de ello, sigue habiendo algunas dificultades en el mecanizado de la aleación de titanio; por lo tanto, se requieren consideraciones especiales para garantizar un mecanizado eficaz y seguro.
Elija las herramientas de corte adecuadas: Utilice herramientas de corte diseñadas específicamente para el titanio, como herramientas de carburo o recubiertas de diamante. Estas herramientas tienen una mayor resistencia al calor y pueden soportar las elevadas fuerzas de corte que requiere el mecanizado del titanio.
Optimizar los parámetros de corte: Ajuste los parámetros de corte, como la velocidad, el avance y la profundidad de corte, para minimizar la generación de calor y evitar el endurecimiento por deformación. Por lo general, se recomiendan velocidades de corte más lentas y avances más altos al mecanizar titanio.
Usa refrigerante: Utilice un sistema de refrigeración de alta presión para disipar el calor y reducir el desgaste de la herramienta. El refrigerante también puede ayudar a evitar el endurecimiento por deformación al reducir la temperatura del filo de corte.
Rigidez de montaje: Asegúrese de que la configuración de la máquina, la pieza de trabajo y la herramienta es lo más rígida posible para minimizar las vibraciones y la desviación de la herramienta. Esto puede conseguirse con los útiles adecuados, la selección de herramientas y el mantenimiento de la máquina.
Minimizar el compromiso de la herramienta: Utilice técnicas como el fresado trocoidal o el fresado de alta eficiencia para minimizar el acoplamiento de la herramienta y reducir la generación de calor. Estas técnicas implican utilizar una profundidad de corte radial pequeña manteniendo un grosor de viruta constante, lo que permite velocidades de avance más rápidas y una mejor gestión térmica.
Acabados superficiales para piezas de titanio
El titanio sigue presentando algunas deficiencias, como su escasa resistencia al desgaste y a la oxidación a altas temperaturas, entre otras. Para mejorar aún más la resistencia al desgaste y a la oxidación u otras características del titanio, debe someterse a algunos acabados superficiales. La mayoría de las opciones de acabado superficial pueden aplicarse al titanio. A continuación se enumeran algunos de los acabados superficiales más comunes para este metal:
Granallado: utilizando partículas finas disparadas a alta velocidad para limpiar y texturizar la superficie de titanio, dándole un acabado liso y mate.
Anodizado: Aumenta el grosor de la capa de óxido natural del titanio, ofreciendo una mayor resistencia a la corrosión y colores vibrantes adicionales.
Pintura en polvo: aplicar una sustancia seca en polvo a la superficie de titanio para formar una capa protectora duradera.
Pulido: alisar la superficie de titanio hasta conseguir un acabado brillante como un espejo.
Cromado: Recubrimiento de titanio con una fina capa de cromo que proporciona una superficie brillante y reflectante.
Cepillado: Crea líneas finas y paralelas en la superficie de titanio y ofrece un acabado texturizado.
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