Mecanizado de titanio

El titanio se puede mecanizar en forma económica con un tipo de producción de rutina si los procedimientos de fabricación se establecen de manera acorde a las características físicas comunes al metal. Los factores que se deben considerar no son complejos, pero son esenciales para mecanizar el titanio en forma correcta.

Los diferentes grados de titanio, es decir, el titanio comercialmente puro y varias aleaciones, no tienen características de mecanizado idénticas; no más que otros aceros o todas las categorías del aluminio. Como el acero inoxidable, la baja conductividad térmica del titanio inhibe la disipación de calor dentro de la misma pieza de trabajo, por lo que necesita la aplicación adecuada de refrigerantes.

Si se respetan las siguientes directivas, se asegurará una buena vida útil de la herramienta y un mecanizado de aleaciones de titanio correcto:

• Mantenga las herramientas afiladas para minimizar el aumento de calor y el gripado.
• Utilice montajes rígidos entre la herramienta y la pieza de trabajo para contrarrestar la flexión de la pieza de trabajo.
• Use una cantidad generosa de fluidos de corte para maximizar la eliminación del calor.
• Utilice velocidades de corte más bajas.
• Mantenga altas velocidades de alimentación.
• Evite interrupciones en la alimentación (alimentación positiva).
• Extraiga las virutas de las máquinas con frecuencia
  

Los fabricantes experimentados compararon la capacidad de mecanizado de los grados de titanio comercialmente puros con la del acero inoxidable de 18-8 , siendo los grados de aleaciones de titanio algo más duros de mecanizar.

Se puede obtener información específica sobre el mecanizado, el rectificado y el corte de titanio y sus aleaciones en el amplio folleto de RTI "Mecanizado". Para solicitar una copia de este folleto, comuníquese con RTI.

Torneado

El titanio comercialmente puro y sus aleaciones se pueden tornear con poca dificultad. Dentro de lo posible, se deben usar herramientas de carburo metálico para el torneado y el mandrinado ya que ofrecen una mayor productividad y una vida útil más prolongada. Cuando se utilizan aceros rápidos, se recomiendan velocidades super rápidas. Se debe evitar el desplazamiento de la herramienta y se debe aplicar un flujo constante y abundante de fluido de corte sobre la superficie de corte. Se deben utilizar los puntos giratorios ya que el titanio gripa los puntos fijos.

Fresado

El fresado del titanio es una operación más difícil que la de torneado. Las fresas de corte sólo parten de cada revolución y las virutas tienden a adherirse al diente durante esa parte de la revolución cuando los dientes no cortan. Al siguiente contacto, cuando se tira la rebaba, los dientes pueden resultar dañados.

Este problema puede paliarse en gran medida con el empleo de un fresado ascendente en vez de uno convencional. En este tipo de fresado, la fresa está en contacto con la porción más delgada de la rebaba cuando deja el corte, minimizando la "soldadura" de las rebabas.

Para el fresado tangencial, la pieza debe moverse en la misma dirección que el diente de corte; para el fresado frontal, el diente debe emerger del corte en la misma dirección que la alimentación de la pieza.

En el fresado de titanio, cuando falla el borde de corte, con frecuencia es debido al desbarbado. De este modo, los resultados con las herramientas de carburo metálico son, con frecuencia, menos satisfactorios que con aceros rápidos. El aumento de las velocidades de corte en un 20% a 30%, que es posible con herramientas de carburo metálico en comparación con herramientas de aceros rápidos, no siempre compensa los costos adicionales de desbaste de herramientas. Por lo tanto, se aconseja probar tanto aceros rápidos como herramientas de carburo metálico para determinar cuál es mejor para cada fresado. Se recomienda el uso de refrigerante con base acuosa.

Perforación

Se puede hacer una correcta perforación mediante un taladro afilado con la geometría adecuada y manteniendo la fuerza máxima de perforación para asegurar un corte continuo. Es importante que el taladro no se suba a la superficie del titanio, ya que esto endurecería la pieza y dificultaría el restablecimiento del corte.

Otro factor importante de la perforación de titanio es la longitud de la sección no reforzada del taladro. Esta parte del taladro debe tener la longitud apropiada para perforar hasta la profundidad requerida y dejar aún que las virutas fluyan libremente a través de las acanaladuras y fuera del orificio. Esto permite la aplicación de una máxima presión de corte, así como una rápida extracción del taladro para sacar las virutas y reacoplar el taladro sin roturas. También es importante el suministro adecuado de fluido de corte en la zona de corte.

Los taladros de aceros rápidos son útiles para aleaciones de menor dureza y para el titanio comercialmente puro, pero los taladros de carburo metálico son mejores para la mayoría de las aleaciones de titanio y para perforaciones de orificios profundos.

Aterrajado

El porcentaje de profundidad de la rosca tiene una influencia evidente en el éxito del aterrajado de titanio y se han obtenido mejores resultados con respecto a la vida útil de las herramientas con un rosca del 65%. La extracción de virutas es un problema que hace que el aterrajado sea una de las operaciones de mecanizado más complicadas. Sin embargo, en el aterrajado de orificios pasantes, este problema se puede simplificar mediante el uso de una terraja macho que empuje las virutas hacia delante de la terraja. Otro problema surge de las grietas de titanio sobre la faja de corte de la terraja que pueden causar el congelamiento de la terraja, o su fijación en el orificio. Un aceite de corte activado, como un aceite sulfurizado o clorado, sirve para evitar este problema.

Rectificado

Se puede rectificar titanio en forma correcta si se selecciona una combinación adecuada de fluidos de rectificado, rueda abrasiva y velocidad de la rueda. Se utilizan tanto ruedas de óxido de aluminio como de carburo de silicio. De manera considerable, se recomiendan velocidades de rueda más bajas que para el rectificado convencional de aceros. La alimentación debería ser liviana y se debe prestar especial atención al refrigerante. Una mezcla de refrigerante de nitrito de sodio y agua brinda buenos resultados en las ruedas de óxido de aluminio. Las ruedas de carburo de silicio funcionan mejor con aceites sulfo-clorados aunque pueden inflamarse y es importante inundar la pieza cuando se usan este tipo de refrigerantes.

Aserrado

Dos métodos comunes de aserrado de titanio son: continuo y alternativo. Al igual que en las operaciones de mecanizado, se establecen prácticas estándar para el aserrado de titanio. Se debe utilizar un equipo rígido, de alta calidad, que incorpore una alimentación positiva y automática. Las hojas de acero rápido son eficaces pero se debe consultar al fabricante sobre las recomendaciones específicas de la hoja y las prácticas de corte. Los fluidos de corte son necesarios.

El aserrado por frotamiento se emplea con frecuencia en el titanio. Las ruedas de corte de carburo de silicio enlazadas con caucho son útiles si se usan con refrigerantes de base acuosa para inundar la zona de corte.

Corte mediante chorro de agua

El corte mediante chorro de agua es una reciente innovación para cortar titanio. El corte por abrasión mediante chorro de agua de alta velocidad es muy eficaz para los cortes de alta velocidad y para producir bordes sin rebabas suaves. Se han cortado secciones de hasta tres pulgadas y el proceso no resulta, relativamente, afectado por las diferencias de dureza de la pieza de titanio.

Mecanizado por descarga eléctrica

Aunque no es común, los componentes complejos de titanio con detalles precisos se pueden producir mediante el mecanizado por descarga eléctrica (EDM, por sus siglas en inglés). El fluido dieléctrico consta a menudo de varios hidrocarburos (varios aceites) e incluso compuestos polares, como el agua desionizada. Se debe tener cuidado para evitar o eliminar cualquier contaminación sutil de la superficie en los compuestos sensibles a la fatiga.

Fresado químico

El fresado químico se ha utilizado ampliamente para dar forma, mecanizar o cortar compuestos de titanio complejos, especialmente para aplicaciones aeroespaciales (por ejemplo, carcasas de motores a reacción). En general, estas soluciones acuosas de ataque químico consisten en HNO₃-HF o ácidos de HF diluidos, con el contenido de HNO₃ ajustado para minimizar la absorción de hidrógeno según la aleación específica.