La aleación de titanio se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial, médica, automotriz y otros campos de fabricación de alta gama debido a sus excelentes propiedades, como la alta resistencia específica,resistencia a la corrosión y biocompatibilidadSin embargo, su escasa maquinabilidad, caracterizada por una alta temperatura de corte, un desgaste grave de la herramienta y un fácil endurecimiento del trabajo, plantea grandes desafíos a los procesos de mecanizado.reducir el consumo de herramientas y garantizar la calidad de la pieza de trabajo, es esencial dominar los siguientes tres puntos clave, centrándose en la selección de revestimiento y la optimización de parámetros de corte.
Punto clave 1: Comprender la maquinabilidad de la aleación de titanio
Antes de seleccionar los recubrimientos y establecer los parámetros de corte, es necesario aclarar las características intrínsecas de la aleación de titanio que afectan al mecanizado,que es la base para la optimización posterior:
• las condiciones de trabajoBaja conductividad térmica: La conductividad térmica de la aleación de titanio es sólo 1/4~1/5 de la del acero.la mayor parte del calor generado se acumula en la zona de corte (punta de la herramienta y área de contacto de la pieza de trabajo) en lugar de disiparse a través de astillas o piezas de trabajoLa temperatura local es extremadamente alta (hasta 800~1000°C), lo que acelera el desgaste de la herramienta y la deformación de la pieza de trabajo.
• las condiciones de trabajoAlta actividad química: A altas temperaturas, la aleación de titanio reacciona fácilmente con el oxígeno, el nitrógeno y el carbono en el aire para formar compuestos duros y frágiles (como TiO2, TiN, TiC),que aumentará la fuerza de corte y causará el desgaste abrasivo de las herramientasTambién puede unirse al material de la herramienta, lo que resulta en el desgaste adhesivo.
• las condiciones de trabajoTendencia al endurecimiento del trabajo: la aleación de titanio tiene una resistencia de alto rendimiento y un efecto de endurecimiento obvio en el trabajo.que rascará la herramienta y afectará a la calidad de la superficie del mecanizado posterior.
Nota: El P1 puede ser un gráfico de comparación de la conductividad térmica entre la aleación de titanio y los metales comunes, o un diagrama microscópico de la capa de trabajo de endurecimiento de la aleación de titanio después del corte.
Punto clave 2: Selección racional de los recubrimientos de las herramientas
Los recubrimientos de herramientas desempeñan un papel crucial en el mecanizado de aleaciones de titanio al reducir la fricción, aislar a altas temperaturas, mejorar la estabilidad química y mejorar la resistencia al desgaste.La selección de los recubrimientos debe basarse en el tipo de aleación de titanio (como Ti-6Al-4V)., titanio puro), método de mecanizado (molido, torneado, perforación) y requisitos de mecanizado (ruido, acabado).
2.1 Revestimiento con nitruro de titanio (TiN)
El recubrimiento de TiN es un recubrimiento duro tradicional con una dureza de aproximadamente 2000 ~ 2500 HV y un bajo coeficiente de fricción (0,4 ~ 0,6).y puede reducir eficazmente el desgaste adhesivo entre la herramienta y la aleación de titanioSin embargo, su resistencia a la oxidación es pobre, y se oxidará y fallará cuando la temperatura supere los 500 °C. Es adecuado para el ajuste a baja velocidad de titanio puro y titanio de baja aleación,o escenarios de mecanizado con baja temperatura de corte.
2.2 Revestimiento con carbonitruro de titanio (TiCN)
El recubrimiento TiCN es una versión mejorada del TiN, con una dureza de 2500 ~ 3000 HV, mayor resistencia al desgaste y estabilidad térmica que el TiN.La adición del elemento carbono mejora la resistencia del revestimiento al desgaste del adhesivo y al desgaste del abrasivo, y su temperatura de resistencia a la oxidación aumenta a 600 ~ 650 °C. Es adecuado para el giro y fresado de Ti-6Al-4V y otras aleaciones de titanio comúnmente utilizadas,y puede equilibrar la eficiencia de mecanizado y la vida útil de la herramienta.
2.3 Revestimiento con nitruro de titanio de aluminio (AlTiN)
El recubrimiento de AlTiN es un recubrimiento resistente a altas temperaturas con un excelente rendimiento integral, con una dureza de 3000 ~ 3500 HV y una temperatura de resistencia a la oxidación de hasta 800 ~ 900 °C.El elemento de aluminio en el recubrimiento forma una película densa de Al2O3 a alta temperatura, que puede aislar eficazmente la reacción química entre la aleación de titanio y el sustrato de la herramienta (como el carburo), y reducir significativamente el desgaste térmico y el desgaste químico.Es el recubrimiento preferido para el acabado de alta velocidad y semiacabado de aleación de titanio, especialmente adecuado para escenarios de mecanizado a altas temperaturas, como el fresado a alta velocidad y la perforación profunda.
2.4 Revestimiento de carbono similar al diamante (DLC)
El recubrimiento DLC tiene un coeficiente de fricción extremadamente bajo (0,1 ~ 0,2) y una alta dureza (1500 ~ 2500 HV), lo que puede minimizar la fricción y la adhesión entre la herramienta y la aleación de titanio,y evitar el endurecimiento del trabajo causado por la fuerza de corte excesivaSin embargo, su estabilidad térmica es deficiente (fallo de oxidación por encima de 400 °C) y es frágil, por lo que sólo es adecuado paracon un contenido de aluminio superior a 10%, pero no superior a 50%, y no para el desbaste a alta temperatura.
Nota: El P2 puede ser una tabla de comparación del rendimiento de diferentes recubrimientos (dureza, temperatura de oxidación, escenario aplicable) o un diagrama físico de herramientas recubiertas para el mecanizado de aleaciones de titanio.
Punto clave 3: Establecimiento científico de los parámetros de corte
Los parámetros de corte (velocidad de corte, velocidad de alimentación, profundidad de corte) afectan directamente a la temperatura de corte, la fuerza de corte, el desgaste de la herramienta y la calidad de la pieza de trabajo.el principio básico del ajuste de parámetros es"baja velocidad de corte, velocidad de alimentación moderada, poca profundidad de corte"Los siguientes son los parámetros recomendados para los métodos de mecanizado comunes (tomando Ti-6Al-4V, la aleación de titanio más utilizada,y herramientas de carburo como ejemplos):
3.1 Parámetros de giro
• las condiciones de trabajoVelocidad de corte (vc): Para el desbaste, la velocidad es de 30~60 m/min; para el acabado, es de 60~100 m/min. Si se utilizan herramientas revestidas con AlTiN, la velocidad se puede aumentar adecuadamente a 80~120 m/min; para el titanio puro,la velocidad debe reducirse en un 20%~30% para evitar una adhesión excesiva.
• las condiciones de trabajoTasa de alimentación (f): La velocidad de entrada es de 0,1 a 0,3 mm/h para el desbaste y de 0,05 a 0,15 mm/h para el acabado.la velocidad de alimentación demasiado baja hará que la herramienta se frote contra la pieza de trabajo, acelerando el desgaste.
• las condiciones de trabajoProfundidad de corte (ap): La profundidad de corte para el desbaste es de 1 a 3 mm, y para el acabado es de 0,1 a 0,5 mm. No se recomienda utilizar una profundidad de corte inferior a 0,1 mm,porque la herramienta se desliza en la capa endurecida de la pieza de trabajo, lo que resulta en un desgaste abrasivo severo.
3.2 Parámetros de fresado
• las condiciones de trabajoVelocidad de corte (vc): para el fresado periférico, la velocidad es de 20 a 50 m/min; para el acabado, es de 50 a 80 m/min. Para el fresado de la cara, la velocidad puede ser ligeramente mayor,40 a 70 m/min para el desbaste y 70 a 100 m/min para el acabadoLas herramientas recubiertas pueden aumentar la velocidad en un 10%~20%.
• las condiciones de trabajoTasa de alimentación por diente (fz): La velocidad de alimentación por diente es de 0,05 a 0,15 mm/diente para el desbaste y de 0,02 a 0,08 mm/diente para el acabado.la velocidad de alimentación debe reducirse para evitar la deformación de la pieza de trabajo.
• las condiciones de trabajoProfundidad de corte (ap/ae): La profundidad axial del corte (ap) para el desbaste es de 0,5 a 2 mm, y para el acabado es de 0,1 a 0,3 mm; la profundidad radial del corte (ae) es generalmente del 50% al 100% del diámetro de la herramienta.
3.3 Parámetros de perforación
La perforación de la aleación de titanio es propensa a problemas como obstrucción de las astillas, rotura de las herramientas y mala calidad de los orificios.
• las condiciones de trabajoVelocidad de corte (vc): 10 ~ 30 m/min, que es inferior al de girar y fresar, para reducir la temperatura de la punta del taladro.
• las condiciones de trabajoTasa de alimentación (f): 0,1 a 0,2 mm/h, asegurando que las virutas se puedan descargar sin problemas sin obstruir la flauta de perforación.
• Medidas auxiliares: utilizar taladros de refrigeración internos para rociar el fluido de corte directamente en la punta del taladro, lo que puede reducir eficazmente la temperatura y las astillas de lavado;adoptar perforación intermitente (perforación de entrada y salida repetidas veces) para evitar la acumulación de astillas.
Nota: El P3 puede ser un diagrama de configuración de parámetros para el giro/molido/perforación, o un diagrama de curva de la relación entre la velocidad de corte y la vida útil de la herramienta.
Resumen de las actividades
La clave para el éxito del mecanizado de la aleación de titanio radica en tres aspectos: primero, comprender plenamente las características de mecanizabilidad de la aleación de titanio para optimizar el objetivo; segundo,seleccionar el recubrimiento adecuado de la herramienta de acuerdo con los escenarios de mecanizado para mejorar la resistencia al desgaste de la herramienta y la estabilidad a altas temperaturasEn tercer lugar, la fijación de parámetros científicos de corte para controlar la temperatura de corte y reducir el endurecimiento del trabajo.También es necesario combinar con un fluido de corte de alta calidad (preferible para el fluido de corte a base de agua con un buen rendimiento de enfriamiento), o fluido de corte a base de aceite para el mecanizado de baja velocidad) y una geometría razonable de la herramienta, para lograr el mejor efecto de mecanizado.