Los secretos del titanio

En comparación con la mayoría de los metales, el mecanizado de titanio es más exigente y tiene más limitaciones.Esto es debido a que las aleaciones de titanio tienen características metalúrgicas y propiedades que pueden afectar significativamente a la acción de corte y al material 

Sin embargo, cuando se aplican correctamente las herramientas adecuadas y se optimizan la máquina y la configuración para el mecanizado de titanio, no hay ningún motivo por el cual estas exigencias no puedan cumplirse y las operaciones llevarse a cabo con resultados satisfactorios. Muchos de los problemas asociados tradicionalmente al mecanizado de titanio no tienen porqué ocurrir.

Varias de las propiedades que hacen tan atractivo el titanio como material para piezas son precisamente las que afectan a su maquinabilidad. Tiene una elevada relación resistencia-peso y su densidad es tan sólo el 60 por ciento de la del acero. Su resistencia a la corrosión es mayor que la del acero inoxidable y su termoconductividad es baja. Esto significa que el titanio genera fuerzas de corte relativamente altas, y concentradas durante el mecanizado. Es susceptible a la vibración –provocando “chatter” (retemblado)- y tiende a reaccionar con el material de la herramienta de corte, acelerando el desgaste en cráter. Como es un conductor mediocre del calor, el material de la herramienta debe ser capaz de soportar altas temperaturas debido a la concentración de calor en la zona de corte.

La estabilidad es la base del éxito

Algunos talleres tienen dificultades para mecanizar de forma eficiente el titanio. Sin embargo, sus problemas no son representativos de los métodos y herramientas de mecanización modernos. La dificultad es resultado en parte del hecho de que el mecanizado de titanio es nuevo y falta experiencia. Y muchas veces se debe a las expectativas y experiencias previas, sobre todo cuando los operarios están acostumbrados a mecanizar materiales como fundición o acero de baja aleación, menos exigentes y más tolerantes. El titanio parece difícil porque no puede mecanizarse a las mismas velocidades, con las mismas herramientas y la misma vida útil de la herramienta. También parece difícil comparado con el mecanizado de algunos aceros inoxidables.

Aunque el titanio generalmente debe mecanizarse a distintas velocidades y avances, y tomando algunas precauciones, puede resultar un material bastante fácil de mecanizar comparado con la mayoría de los demás materiales. Con una pieza estable de titanio sujetada firmemente en una máquina con la potencia suficiente, en buen estado y equipada con un husillo ISO 50 con voladizos cortos, no deberían de existir problemas, siempre que se utilice la herramienta de corte adecuada.
Pero no siempre existen condiciones ideales en el fresado y menos aún a los niveles necesarios para el mecanizado de titanio. Además, muchas piezas de titanio están diseñadas con formas complejas que incluyen alojamientos pequeños, estrechos o profundos, paredes delgadas, superficies angulares y fijaciones inestables. Para mecanizar estos elementos se necesitan herramientas largas, de diámetro reducido y fresas que pueden generar desviación de la herramienta. Los problemas de estabilidad tienden a ser más frecuentes.

Otros factores que se manifiestan en entornos no ideales incluyen el hecho de que la mayoría de las máquinas tienen husillos ISO 40. Dada la intensidad de uso de las máquinas, no se mantienen nuevas durante mucho tiempo. Además, el propio diseño de las piezas dificulta a menudo una sujeción efectiva. Las operaciones de mecanizado incluirán inevitablemente el mecanizado de ranuras, contorneado o perfilado, que pueden –aunque no obligatoriamente- producir vibraciones y malas condiciones de corte. El objetivo debe ser evitar la tendencia a la vibración, mejorando la estabilidad en el montaje siempre que sea posible. La vibración puede dañar el filo de corte de la plaquita, dando resultados imprevisibles y desiguales. Una solución es la fijación multietapa, que acerca las piezas al husillo y ayuda a neutralizar la vibración.

Puesto que el titanio conserva su dureza y resistencia a temperaturas elevadas, se generan a menudo elevadas fuerzas y tensiones en el filo de corte de la plaquita. Como consecuencia de ello, se genera calor en la zona de corte, lo que puede generar endurecimiento por deformación plástica. Esto a su vez puede ser fuente de problemas, especialmente en las operaciones posteriores. Por ello es vital seleccionar la calidad y geometría de la plaquita intercambiable más adecuada. Históricamente, las calidades sin recubrimiento de grano fino han resultado muy idóneas y, hoy, una calidad con un recubrimiento de titanio PVD puede mejorar enormemente los resultados del fresado.

La precisión radial y axial de las herramientas también es importante. Por ejemplo, si las plaquitas no están montadas correctamente en una fresa, puede dañarse rápidamente el filo de corte. Otros factores como bajas tolerancias en la fabricación de la herramienta, herramientas gastadas y dañadas, portaherramientas defectuosos o de mala calidad y husillos gastados tienen una influencia mucho mayor cuando se mecaniza titanio. La vida de la herramienta se puede reducir hasta un 80 por ciento.

Aunque generalmente se prefieren conceptos de geometría positiva, una herramienta negativa puede arrancar material con avances muy superiores, siendo posibles avances de hasta 0,25mm por diente. La máquina tiene que ser muy robusta y es esencial un montaje muy estable.

Evitar el uso de un ángulo de posición de 90 grados, excepto en el fresado axial (preferentemente con plaquitas redondas), suele mejorar la estabilidad y el rendimiento global, sobre todo con profundidades de corte bajas. En una cavidad profunda, una opción muy válida es variar la longitud de la herramienta con adaptadores en vez de utilizar una sola herramienta larga para toda la operación.

Un remedio tradicional pero inapropiado consiste en ajustar los datos de corte (y con ello, bajar el avance por diente) para superar las vibraciones. Puede tener un efecto catastrófico sobre la duración de la herramienta y el rendimiento en el fresado. Las plaquitas intercambiables necesitan cierto grado de redondeo de los filos para una mayor resistencia y mejor adherencia del recubrimiento.

Para el fresado de titanio, las herramientas necesitan un avance mínimo, generalmente 0,1mm por diente. Si las vibraciones persisten, inevitablemente se dañará la plaquita o se acortará la vida de la herramienta. También se puede reducir la velocidad del husillo para conseguir el avance recomendado. Una velocidad de husillo incorrecta puede acortar la vida de la herramienta hasta un 95 por ciento si se utiliza el avance por diente mínimo. Al reducir la velocidad del husillo, normalmente aumenta la vida de la herramienta. Una vez creada una situación estable, se pueden incrementar de forma proporcional tanto la velocidad del husillo como el avance para optimizar el rendimiento. Otra opción es sacar algunas plaquitas de la fresa o utilizar una fresa con menos plaquitas.

SANDVIK COROMANT IBÉRICA

tel. 91 6605100
www.coromant.sandvik.com