Por que o titânio se comporta de maneira diferente na ferramenta
Três propriedades explicam quase todos os problemas de usinagem encontrados em peças de titânio. A condutividade térmica é baixa, em torno de 7 W/m·K contra cerca de 50 W/m·K para o aço, de modo que o calor gerado na aresta de corte não consegue escapar para o cavaco e se concentra em uma zona estreita na ponta. O módulo de elasticidade é de cerca de 110 GPa, aproximadamente metade do módulo de aço, de modo que a peça de trabalho e a ferramenta desviam e saltam para trás, esfregando o flanco contra uma superfície que acabou de ser cortada. E o titânio é quimicamente reativo em altas temperaturas, por isso tende a soldar materiais de ferramentas e a absorver oxigênio, nitrogênio e hidrogênio do ambiente.
Os efeitos práticos são desgaste rápido de cratera e flanco, lascamento da aresta, aresta postiça-, endurecimento da superfície usinada e controle dimensional deficiente em recursos delgados. A usinagem também endurece a camada superficial, portanto, uma segunda passagem corta o material com mais dureza do que a primeira.
Seleção de ferramentas
Use pastilhas de metal duro com inclinação positiva e afiadas com uma forte preparação de aresta; uma borda cega ou afiada esfrega e gera mais calor do que remove.
Classes de metal duro sem cobertura com estrutura de grão fino são o ponto de partida padrão; Revestimentos PVD, como nitreto de titânio e alumínio, prolongam a vida útil em cortes contínuos.
Evite revestimentos e materiais de ferramentas que reagem fortemente com o titânio em altas temperaturas e nunca use fluidos de corte contendo-cloro, pois os cloretos promovem a corrosão sob tensão do titânio.
Ferramentas de diamante e nitreto cúbico de boro são adequadas para acabamento e trabalhos de alto volume, mas precisam de máquinas rígidas para sobreviver aos cortes interrompidos.
Mantenha o balanço da ferramenta curto e o suporte rígido; um pequeno aumento no balanço aumenta a vibração muito mais do que os parâmetros de corte.
Parâmetros de corte e janelas de processo
| Operação | Velocidade de superfície | Notas |
|---|---|---|
| Torneamento em desbaste, metal duro | 40 – 70m/min | Corte profundo, avanço constante, sem permanência na superfície |
| Acabamento de torneamento, metal duro | 70 – 110m/min | Profundidade rasa para controle de tamanho |
| Fresamento, metal duro | 30 – 60m/min | Fresamento concordante, avanço positivo por dente |
| Perfuração, HSS ou metal duro | 10 – 20m/min | Ponta afiada, através de refrigerante |
| Rosqueando e tocando | 5 – 15m/min | Liberação generosa, reversão frequente |
O avanço por dente é mantido alto o suficiente para manter a aresta cortando em vez de esfregar, normalmente de 0,05 a 0,15 mm para fresamento e 0,1 a 0,3 mm por rotação para torneamento. A profundidade de corte é medida tão profundamente quanto a máquina permite no desbaste, porque repetidas passagens rasas multiplicam o número de ciclos térmicos que a superfície sofre. Peças delgadas se beneficiam do fresamento trocoidal com baixo engate radial, que espalha o calor e reduz a deflexão.
Resfriamento, fixação e controle de vibração
A refrigeração de alta pressão fornecida pela ferramenta remove o calor da zona de corte e limpa os cavacos que, de outra forma, seriam rec-cortados. O fluido é selecionado para compatibilidade com titânio e para a máquina, com fluidos miscíveis em água usados em uma concentração que mantém o resfriamento e a lubrificação. A fixação rígida é tão importante quanto os dados de corte: a peça de trabalho é apoiada perto do corte, as almas finas são apoiadas ou encapsuladas e os acessórios são projetados para que a peça não salte quando for liberada. Em peças longas e finas, um contraponto ou apoio estável reduz a deflexão e a trepidação, e uma leve passagem de acabamento na extremidade remove a camada endurecida pelo corte anterior.
Distorção, inspeção e condição de entrega
O titânio se move após a usinagem porque a tensão residual do forjamento ou da remoção de material se redistribui. As peças brutas são aliviadas de tensão antes da usinagem final, onde a tolerância é restrita, e a remoção de material é equilibrada em ambos os lados da peça para que as tensões sejam liberadas simetricamente. A inspeção abrange dimensões, acabamento superficial e, quando especificado, verificações de integridade superficial para caso alfa ou contaminação.
As peças usinadas são fornecidas rebarbadas e limpas, com processos-sem cloreto usados em todo o processo e são embaladas para que as bordas não esfreguem durante o transporte. Os certificados registram a liga, o número de série do estoque e a condição de entrega. O erro a evitar é pegar parâmetros de uma peça de aço e escalá-los, pois o titânio pune tanto a velocidade excessiva, que destrói a ferramenta, quanto a lentidão excessiva, que o trabalho endurece a superfície em vez de cortá-la.
Perguntas frequentes
P: Qual velocidade de superfície é adequada para o Ti-6Al-4V com ferramentas de metal duro?
R: Aproximadamente 40 a 70 m/min para torneamento e 30 a 60 m/min para fresamento. Velocidades mais altas aumentam drasticamente a temperatura da borda porque o calor não consegue escapar para o chip.
P: Por que os fluidos de corte clorados são proibidos?
R: Resíduos de cloreto no titânio promovem rachaduras por corrosão sob tensão, portanto, fluidos-sem cloreto são usados e as peças são limpas antes de qualquer operação ou serviço térmico.
P: Como a vibração pode ser reduzida?
R: Reduza o balanço da ferramenta, aumente a rigidez do acessório, apoie a peça perto do corte e use fresamento de baixo engate radial em vez de reduzir o avanço.
P: Por que uma peça usinada de titânio se move após a usinagem?
A: As tensões residuais do forjamento e da remoção de material são redistribuídas. O alívio de tensão da peça bruta e a remoção do material limitam simetricamente o movimento.
P: Um lubrificante para manuseio de peças de titânio deve ser compartilhado com trabalhos em aço?
R: Fluidos separados e limpos e ferramentas dedicadas reduzem a contaminação por ferro, que pode criar locais para corrosão localizada no componente acabado.
