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Elegir la herramienta adecuada para el mecanizado de titanio

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El mecanizado de la superaleación de titanio requiere especial cuidado y atención. Las virutas que no se rompen, el calor que no se disipa y los bordes acumulados son algunos de los retos habituales del mecanizado del titanio.

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Sin embargo, las notables propiedades del titanio lo convierten en uno de los favoritos de la aviación, los deportes de motor y la tecnología médica, por lo que merece la pena aprender a mecanizarlo correctamente.

Las propiedades del titanio lo convierten en una superaleación. El material es extremadamente resistente a la tensión, muy ligero y resistente a la corrosión. Además, el titanio es antimagnético, biocompatible y resistente incluso a los medios más agresivos. Este costoso material es cada vez más popular en más campos y aplicaciones. No es un secreto para los ingenieros de Bugatti, que utilizan muchas piezas de titanio en su trabajo.

El titanio es caro: evite el desperdicio

El mecanizado del titanio es una inversión, ya que cuesta entre tres y cinco veces más que el acero para herramientas. Así que, lógicamente, los usuarios deben evitar los desperdicios. La selección cuidadosa de una herramienta de corte adecuada es sólo el primer paso. La fabricación de piezas torneadas de precisión de titanio requiere herramientas adecuadas para el mecanizado de este material en particular, lo que permite mecanizar las aleaciones de titanio más resistentes.

Pero esta diva del mundo de los materiales puede hacer mella en sus herramientas de corte debido a:

- Alta resistencia al calor (ver diagrama)

- Las virutas no se rompen

- La clara tendencia del titanio a adherirse a las herramientas de corte

- Un bajo módulo elástico

(Ti6Al4V = 110 kN/mm2, acero Ck45 = 210 kN/mm2)

Dado que sólo unos pocos privilegiados fabrican tornillos de titanio para el superdeportivo Bugatti Chiron de 1.500 CV, veamos en cambio la fabricación de un eje roscado y ranurado de la aleación de titanio estándar Ti6Al4V Grado 5/23, como se utiliza frecuentemente en la tecnología médica. Con una resistencia a la tracción de Rm = 990 N/mm2, un límite elástico de Re = 880 N/mm2, una dureza de entre 330 y 380 en la escala de dureza Vickers, y un alargamiento a la rotura A5d de aproximadamente el 18%, esta aleación de titanio se utiliza normalmente para implantes médicos, así como para aplicaciones de aviación (3.7164) y aplicaciones industriales (3.7165). Con un seis por ciento de aluminio y un cuatro por ciento de vanadio, y con elementos intersticiales extrabajos (ELI), esta aleación es altamente biocompatible, no induciendo prácticamente ninguna reacción alérgica conocida.

Evacuar el calor de la zona de corte

Evacuar el calor de la zona de corte requiere un acabado superficial de alta calidad, una seguridad de proceso fiable y una evacuación de virutas controlada, todo ello manteniendo tiempos de proceso cortos a pesar de las tasas potencialmente altas de evacuación de virutas.

Los usuarios podrían suponer que la mayor parte del calor generado en el proceso de torneado se evacua a través de las virutas, pero esto no es así. Dado que el titanio es un mal conductor térmico, el calor no puede ser evacuado de la zona de corte a través de las virutas. Y, a temperaturas de 1200°C y superiores en la zona de corte, la herramienta de corte puede sufrir rápidamente daños relacionados con el calor.

Las cosas más fáciles de hacer para evitar que se acumule demasiado calor son alimentar con refrigerante directamente la zona de corte, reducir la fuerza de corte utilizando un filo afilado y ajustar la velocidad de corte para que se adapte al proceso en cuestión.

Herramientas para aumentar la vida útil

Las verdaderas mejoras se consiguen seleccionando la herramienta de corte correcta. Dado que el calor debe evacuarse a través del filo de corte y el refrigerante, y no a través de las virutas, como ocurre con el acero, una pequeña parte del filo de corte debe soportar una tensión térmica y mecánica extremadamente alta.

La presión de corte se reduce mediante el uso de plaquitas rectificadas, de alto valor positivo, con flautas pulidas, si es necesario, con el recubrimiento adecuado, minimizando la fricción en el proceso de evacuación de la viruta. Estos tres parámetros ayudan a evitar que se produzca calor en el mecanizado. Si se reduce un poco más el calor mediante un flujo óptimo de refrigerante, el filo de corte tendrá una vida útil más larga. O bien, se puede volver a aumentar la velocidad de corte (Vc) para mejorar la productividad.

Hasta aquí, todo bien. Pero como a las virutas no les gusta romperse, pueden surgir otras dificultades. Una viruta sin fin podría enrollarse alrededor de la pieza, la herramienta o el mandril de la máquina y suponer un peligro para la máquina o para su seguridad. Podría ser útil cambiar el sentido de giro y dar la vuelta al filo de corte si el diseño de la máquina lo permite.

Si el filo de corte apunta hacia abajo, las virutas caerán libremente al suelo y ya no supondrán un peligro. Sin embargo, cuando se trabaja con aplicaciones de desbaste exigentes y con maquinaria poco estable, los usuarios tendrán que comprobar si la acción de corte permite que las virutas se dirijan hacia la bancada de la máquina. Una vez que las virutas han salido de la zona de trabajo, ya no pueden interrumpir el proceso.

Elegir el fabricante de herramientas adecuado

Para asegurarse de que el usuario elige la herramienta adecuada para el mecanizado de titanio, acuda a un fabricante. Algunos van más allá y ofrecen asesoramiento basado en la experiencia de aplicaciones específicas, además de suministrar la propia herramienta de corte.

Por ejemplo, ARNO Werkzeuge es un fabricante de herramientas que existe desde 1941. Además de fabricar una de las mayores selecciones de plaquitas indexables de alta precisión, emplea a muchos asesores de aplicación experimentados que estarán encantados de compartir sus conocimientos para garantizar que los procesos de fabricación de los clientes se desarrollen sin problemas.

Sus plaquitas indexables de alta positividad son lo suficientemente afiladas como para mantener la fuerza de corte al mínimo, y sus bordes redondeados opcionales garantizan una excelente estabilidad. Los recubrimientos de alta tecnología los hacen estar bien equipados contra la escasa conductividad térmica de este complicado material.

Las plaquitas indexables negativas con geometrías EX, NFT, NMT y NMT1 proporcionan una solución asequible y fiable para el mecanizado y desbaste más básico. Las plaquitas indexables positivas de Arno con geometrías PSF y PMT1 son ideales para el mecanizado de superaleaciones. Todas estas plaquitas son muy resistentes al desgaste por entalladura y al calor cuando se mecanizan materiales duros. Sus geometrías exclusivas garantizan un control excepcional de la viruta y la seguridad del proceso. Los expertos dedicados al mecanizado de titanio y los clientes de ARNO están bien preparados. Después de todo, nunca se sabe cuándo se va a recibir esa llamada de un ingeniero de Bugatti.