Dominando a arte de usar fresas de topo para titânio: técnicas e ferramentas

Devido a fatores como maior resistência ao escoamento, condutividade térmica muito baixa e reatividade com ferramentas de corte, a usinagem de titânio não é isenta de desafios. Dada sua versatilidade, as fresas de topo são instrumentais na usinagem precisa de titânio, e ferramentas de flauta avançadas são utilizadas para formar formas e características detalhadas. Este artigo tem como objetivo desenvolver a resistência e o conhecimento necessários para trabalhar adequadamente ligas de titânio com fresas de topo, abordando as técnicas e ferramentas de fresa de topo disponíveis para ligas de titânio. Fornecer uma análise detalhada das ferramentas certas, parâmetros de corte e melhores práticas de trabalho será útil para acumular conhecimento que é essencial para aumentar a velocidade e a precisão dos leitores na usinagem.

O que é fresamento de titânio?

Compreendendo as propriedades das ligas de titânio

O metal titânio tem vários atributos-chave, incluindo uma alta relação resistência-volume, boa resistência à corrosão e resistência a altas temperaturas. Tais atributos permitem que o titânio seja mais usado, especificamente nas indústrias aeroespacial, médica e marítima. Devido à baixa condutividade térmica do titânio, o calor produzido durante a usinagem é concentrado e traz o risco de embotar rapidamente as ferramentas empregadas em tais procedimentos. Além disso, sua propensão a se ligar a materiais de ferramentas de corte – muitas vezes exigindo calor excessivo – torna necessário implementar revestimentos especiais e técnicas de resfriamento. Também é importante prestar atenção a essas características do material para selecionar adequadamente as condições de corte – por exemplo, ferramentas como 6 fresas de ponta de flauta – para garantir a interação adequada entre a peça de trabalho e a ferramenta de corte.

Por que usar fresas de topo para titânio?

O fresas de topo devem ser a primeira opção para usinagem de titânio devido ao seu desempenho eficaz, alta precisão e capacidade de transformar os problemas que as ligas de titânio oferecem. Fresas de topo, com suas arestas de corte afiadas, não produzem muito calor e também apresentam baixo desgaste da ferramenta devido a revestimentos especiais como nitreto de alumínio e titânio. A fresagem de topo utiliza fresas de topo cujo design é suficientemente helicoidal, o que promove a remoção eficaz de cavacos, evita danos à peça de trabalho e garante um bom acabamento superficial. É por essas razões que as fresas de topo se tornaram cada vez mais importantes na fresagem eficaz de titânio com precisão.

Desafios comuns na fresagem de titânio

O primeiro obstáculo e provavelmente a principal razão para a fresagem de titânio é a alta resistência do material e a baixa condutividade térmica, portanto, a possibilidade de falhas nas ferramentas de trabalho e lascamento da peça de trabalho. Isso negligencia a propriedade do titânio, tornando-o duro em alta temperatura devido à tendência de reagir com ferramentas de corte, tornando necessário o uso de ferramentas de corte revestidas com nitreto de alumínio e titânio (TiAlN). Além disso, acrescenta que o efeito de retorno elástico devido à natureza elástica do titânio leva à baixa precisão dimensional e acabamento superficial. A remoção de cavacos é importante para evitar o endurecimento do trabalho e a recessão do material, todos os quais são fatores que retardam a operação de usinagem e reduzem o acabamento superficial. Para resolver com eficiência esses desafios em relação à fresagem de titânio, uma escolha adequada de parâmetros de corte, métodos de resfriamento e geometria da ferramenta é indispensável.

Como selecionar a melhor fresa de topo para titânio?

Escolhendo o design certo da flauta

A escolha de uma flauta adequada para fresamento de titânio envolve uma compreensão das características do material em questão. Geralmente, quanto mais flautas em uma fresa de topo, mais suave será o acabamento, com menos vibrações ou trepidação devido a melhores estruturas leves. No entanto, no caso de fresamento de titânio, a maioria das contagens de flautas também é limitada a 3 ou 4. Isso ocorre porque muitas flautas tornam a evacuação de cavacos gerados no processo de corte bastante complicada, levando ao superaquecimento do material. Ela também permite a remoção de cavacos produzidos pelo corte de titânio, o que de outra forma causaria danos ao material e à ferramenta. Além disso, as flautas de hélice variável facilitam a prevenção da propagação de harmônicos, reduzindo a trepidação em grande medida, aumentando assim a estabilidade e a eficácia das operações de usinagem.

Comparando fresas de topo de metal duro sólidas e revestidas

Ao considerar a possibilidade de usar materiais de fresa de topo de metal duro e revestidos para fresamento de titânio, é necessário observar alguns aspectos. Fresas de topo de metal duro são reconhecidas por sua tenacidade e capacidade de suportar as condições severas relacionadas à usinagem de titânio. Elas são muito rígidas e não se deformam facilmente, mesmo em altas velocidades; portanto, são adequadas para fornecer estabilidade dimensional e melhor qualidade de superfície.

Fresas de topo revestidas também oferecem benefícios de ponta, pois são empregados revestimentos de TiAlN ou TiCN. Eles melhoram significativamente as características operacionais das fresas de topo, particularmente ao cortá-las, devido à maior resistência ao desgaste, melhores características térmicas e propriedades de lubrificação aprimoradas. Consequentemente, as fresas de topo revestidas proporcionam vida útil mais longa e operam em velocidades de corte e avanços mais altos do que suas contrapartes de metal duro sólido não revestidas. É desejável considerar tanto as fresas de metal duro sólido quanto as revestidas, pois elas atendem ao mesmo propósito, mas são adequadas para diferentes operações de fresamento, dependendo do acabamento superficial esperado, vida útil da ferramenta e eficiência de usinagem.

Benefícios das fresas de topo de passo variável

Fresas de topo com passo variável têm várias vantagens notáveis que melhoram o desempenho da usinagem. Primeiro, os passos reduzem a trepidação e a vibração. A configuração de passo variável quebra os padrões harmônicos de corte e proporciona melhor acabamento de superfície durante o trabalho. Consequentemente, isso ajuda a melhorar as condições de usinagem, o que é muito útil ao usinar outros materiais difíceis, como titânio.

As taxas de remoção de material também permanecem altas. Os padrões de flauta assimétricos fornecem parâmetros de corte bastante agressivos, ao mesmo tempo em que limitam as chances de quebra da ferramenta. Isso melhora a produtividade e a eficiência do trabalho nas costuras, que podem ter temperaturas de ciclo mais baixas com maior rendimento.

O uso de fresas de desgaste também aumenta a vida útil da ferramenta. A assimetria da aresta de corte resulta em melhor distribuição de carga na aresta de corte e maior vida útil. Isso significa que menos ferramentas serão usadas, resultando em custos mais baixos.

As principais características das fresas de passo variável, incluindo vibração, taxa de remoção de material e resistência ao desgaste da fresa, parecem significativamente benéficas para operações de fresamento de alta velocidade.

Quais são as melhores práticas para fresamento de alta eficiência de titânio?

Velocidades e avanços ideais para titânio

A seleção de velocidades de corte e avanços ideais para titânio exige um trade-off entre a vida útil da ferramenta e a eficiência das operações de remoção de material. As manipulações de titânio também são difíceis devido à sua resistência acoplada à baixa condutância térmica, o que exige uma seleção apropriada das condições de corte.

1. Velocidade de corte: A velocidade de corte de ligas de titânio, por outro lado, varia de 60 m/min a 120 m/min (200 pés/min a 400 pés/min), pois corta titânio de grau de rasgo. Velocidades mais baixas são recomendadas para graus de dureza mais altos de titânio.
2. Taxa de avanço: Para o processo de desbaste, é recomendado ter uma taxa de avanço de 0,15 a 0,25 mm/dente (0,006 a 0,010 pol/dente). As operações de pós-usinagem devem ter um avanço menor durante o acabamento de 0,05 a 0,15 mm/dente (0,002 a 0,006 pol/dente) empregando técnicas de alto avanço.
3. Profundidade de Corte: Saber a profundidade de corte é uma consideração importante ao cortar titânio, especialmente ao empregar ferramentas de flauta. Relativamente, ferramentas serrilhadas ou mandris permitem o corte em operações de desbaste a uma profundidade de até 6 mm (0,24 pol.). Profundidades de corte menores são recomendadas para processos de acabamento com profundidades de corte de 0,5 a 3 mm (0,02 a 0,12 pol.).
4. Uso de refrigerante: A aplicação eficaz de refrigerante em operações é importante para diminuir o calor gerado pela usinagem de titânio e reduzir o desgaste da ferramenta. O uso de refrigerantes de pressão ou sistemas de refrigeração de ferramentas é altamente recomendado.
5. Material da ferramenta: Ao fresar titânio, o uso de ferramentas de metal duro revestidas de boa qualidade, como ferramentas revestidas de TiAlN, proporcionará ótimos resultados.

Seguindo essas recomendações, é possível maximizar a eficiência e a qualidade do fresamento de titânio e criar um equilíbrio adequado entre o rendimento e a vida útil das ferramentas.

Usando refrigerante para melhorar a vida útil da ferramenta

No fresamento de titânio, com o uso otimizado do refrigerante, é possível prolongar os acidentes de serviço da ferramenta, desde que se considere:

1. Sistemas de refrigeração de alta pressão: Os sistemas de refrigeração de alta pressão também podem descarregar o calor formado na zona de corte, aliviando a ferramenta do estresse térmico excessivo, o que pode levar à distorção térmica.
2. Fornecimento de refrigerante através da ferramenta: Este sistema promove a aplicação precisa do refrigerante onde ele é necessário, na ponta de corte das ferramentas de flauta até a borda da ferramenta, melhorando o resfriamento e promovendo a expulsão de cavacos.
3. Composição do líquido de arrefecimento: Selecione um líquido de arrefecimento reativo projetado para operações de usinagem de titânio, especialmente aquelas que contêm agentes de resfriamento aprimorados.
4. Taxa de fluxo do líquido de arrefecimento: A evocação do chip parece ser a principal razão para o resfriamento alternativo, que também proporciona um processo de resfriamento ainda mais completo dentro do medidor de slot.
5. Monitoramento regular: o desempenho máximo de resfriamento da ferramenta deve ser alcançado por meio de ações rápidas para trocar ou recuperar o líquido de arrefecimento caso seja usado líquido de arrefecimento sujo, o que pode ser prejudicial à vida útil da ferramenta.

Seguindo essas técnicas, os maquinistas podem otimizar ao máximo a utilização das ferramentas de corte no processo de fresamento de titânio.

Atingindo maiores taxas de remoção de metais

Para aumentar as taxas de remoção de metal no fresamento bruto de titânio, considere o seguinte:

1. Velocidades de corte e avanços otimizados: Maximize a amplitude de velocidade/avanço por meio de ajustes de corte de velocidade e avanço e minimize a taxa de desgaste da ferramenta/perda de velocidade. Foi determinado que altas taxas de avanço acopladas a baixas velocidades de corte melhoram a taxa de ação de remoção de material e eliminam o desgaste da ferramenta em cortes mais fáceis.
2. A aplicação de Advanced Tool Materials melhora significativamente o desempenho das fresas usadas para usinagem de titânio. Use materiais que provavelmente suportarão as condições adversas de movimento durante a usinagem, como compósitos de carboneto ou cerâmica, em ferramentas de corte.
3. Profundidade de corte agressiva: a profundidade de corte crescente dentro das possibilidades da máquina e do cortador permite que mais material seja removido sem danificar o cortador.
4. Técnicas de fresamento dinâmico: use fresamento dinâmico ou fresamento de alta eficiência que utilize engate constante do cortador e avanço de desgaste adaptável para obter melhores condições de corte e melhor remoção de metal.
5. Rigidez e estabilidade são aspectos importantes a serem considerados em relação ao desempenho de fresas de topo para ligas de titânio. Certifique-se de que a configuração de usinagem seja estável e rígida para minimizar os efeitos que misturas e deflexões têm na interrupção do desempenho da usinagem e na vida útil da fresa.

Por meio da integração desses métodos, os maquinistas podem obter melhores taxas de remoção de metal enquanto realizam operações de fresamento de titânio com segurança e eficiência.

Como lidar com titânio 6Al4V com fresas de topo?

Considerações especiais para titânio 6Al4V

A moagem de titânio 6Al4V sofre dificuldades distintas apresentadas pelo impacto de suas características físicas e químicas. Para lidar com essas propriedades peculiares, observe ainda o seguinte:

1. Resfriamento: A baixa condutividade térmica do titânio 6Al4V levou a altas temperaturas na região de corte. Planeje bons sistemas de refrigeração para levar o calor embora e proteger a ferramenta e a peça de trabalho de danos térmicos.
2. Falha da ferramenta: A alta resistência da liga e a maciez do material da ferramenta de corte podem levar à falha rápida da ferramenta. Fresas com revestimentos duros, como TiAlN ou AlTiN, podem evitar o desgaste da ferramenta e estender sua vida útil.
3. Gerenciamento de cavacos: Sabe-se que o titânio 6Al4V forma cavacos longos e contínuos, o que pode dificultar os processos de trabalho e até mesmo a retificação. Use quebra-cavacos e sistemas de remoção de cavacos adequadamente para permitir ambientes de trabalho eficientes.
4. Forças de Corte: Dadas suas características de alta resistência, forças de corte significativas são necessárias para usinar esta liga. Certifique-se de que o arranjo de usinagem seja muito estável para resistir a essas forças rigidamente sem movimento ou vibração, o que pode estragar o acabamento da superfície ou a ferramenta também.
5. Parâmetros de Usinagem: Para obter o melhor para os três aspectos de produtividade, vida útil da ferramenta e produtividade novamente, velocidade, avanço e profundidade de corte devem ser cuidadosamente gerenciados, especialmente parâmetros de corte. Taxas de avanço modificadas e baixas velocidades são geralmente mais seguras, pois reduzem as chances de endurecimento por trabalho e desgaste da ferramenta.

Levar esses pontos em consideração torna possível usinar fresas de titânio 6Al4V de forma eficaz, eficiente e, o mais importante, segura.

Ferramentas de corte recomendadas para titânio 6Al4V

Escolher as ferramentas de corte certas para usinar Titânio 6Al4V requer precisão ao selecionar ferramentas, pois esta é uma liga com características particulares. As recomendações a seguir, de acordo com os padrões atuais da indústria e recomendações de especialistas, são:

1. Fresas de topo de carboneto: Estas são feitas para lidar com forças de corte elevadas e calor extremo, um problema típico na usinagem de titânio. Fresas de topo de carboneto revestidas com TiAlN ou AlTiN são mais duráveis e podem suportar mais operações devido ao melhor desempenho de resistência ao desgaste e ao calor.
2. Ferramentas de aço rápido (HSS): Os moinhos de corte HSS oferecem vantagens sobre os moinhos de carboneto, como custo. Eles podem ser usados efetivamente para cortar em baixas velocidades em vez de corte de alto avanço. As ferramentas HSS também vêm com revestimentos perfurados nelas devido ao corte de titânio, o que gera muito calor e desgaste rápido da ferramenta.
3. Ferramentas de Corte Cerâmicas: Essas ferramentas são adequadas para usinagem de titânio sob condições de alta velocidade devido à sua alta resistência à temperatura e alta dureza. Fresas de topo de cerâmica funcionam muito bem em montagens estruturais de alta rigidez e em requisitos críticos de precisão dimensional e acabamento de superfície.

Em outras palavras, a combinação apropriada do tipo de ferramenta de corte e revestimento ajudará você a fresar titânio 6Al4V de forma mais eficaz, limitando a abrasão da ferramenta e melhorando o desempenho geral.

Técnicas para acabamento superficial aprimorado

A obtenção de um acabamento de alta qualidade durante o processamento de Titanium 6Al4V requer o uso de uma ferramenta adicional ou algum conjunto de técnicas. As mais notáveis incluem:

1. Otimização dos Parâmetros de Corte: Além de alta ae e guerra limitada, tente diminuir as velocidades de corte junto com avanços maiores. Isso ajuda a manter a superfície lisa.
2. Descrição do líquido de arrefecimento: O líquido de arrefecimento de alta pressão e alto fluxo é aplicado para garantir que o calor seja removido e os cavacos sejam removidos da área de corte, minimizando os danos à superfície.
3. Descrição do Caminho da Ferramenta: Considere girar a ferramenta na mesma direção todas as vezes para evitar curvas fechadas que rasgarão o material. Ao usar fresas de topo de 5 canais, por exemplo, o fresamento de subida deve ser feito para obter melhores acabamentos.
4. Monitoramento do desgaste da ferramenta: sempre troque ferramentas cegas por novas para permitir que o cortador execute suas funções e, assim, reduzir as chances de aspereza da superfície devido a lâminas desgastadas.
5. Fixação: Use fixação firme e adequada para eliminar vibrações da superfície usinada geralmente experimentadas durante o corte. Essas vibrações tendem a ter efeitos adversos no acabamento da superfície.

Uma vez aplicadas essas técnicas, o acabamento superficial dos componentes de titânio 6Al4V pode ser melhorado, obtendo-se uma qualidade dimensional e visualmente agradável.

Quais são as vantagens de usar fresas helicoidais para titânio?

Benefícios do design helicoidal na fresagem de titânio

A configuração helicoidal das fresas de topo fornece algumas vantagens notáveis, particularmente na fresagem de Titânio 6Al4V. Para começar, os ângulos de flauta helicoidal têm o benefício de melhorar a evacuação de todos os cavacos, diminuindo assim as chances de sobrecarga de cavacos, o que pode causar aquecimento e desgaste das ferramentas. Este design também ajuda na distribuição das forças de corte de tal forma que não há vibração excessiva durante o corte, e a estabilidade melhora. Além disso, as fresas de topo em espiral cortam com torque menor do que as ferramentas de flauta reta, o que permite o corte com melhor precisão e qualidade. Todos esses fatores aumentam a eficiência da usinagem de Titânio 6Al4V, a vida útil da ferramenta e os acabamentos de superfície aprimorados.

Soluções helicoidais para melhor evacuação de cavacos

Devido às suas ranhuras em formato espiral, as fresas de topo helicoidais são consideradas altamente eficientes na remoção de cavacos. O risco de novo corte de cavacos, que também pode levar ao aumento do desgaste da ferramenta devido ao calor excessivo gerado, é reduzido por meio deste design, pois as ferramentas... enquanto cortam metais. As ranhuras helicoidais das fresas de topo de canal também suavizam a ação de corte e ajudam a impor um corte uniforme, o que é muito importante para prolongar a vida útil da ferramenta e melhorar a qualidade da peça. Ao usinar titânio 6Al4V, o uso de fresas de topo helicoidais ajuda a aumentar o controle de cavacos e melhora as condições de usinagem.

Melhorando a vida útil da ferramenta com fresas de topo helicoidais

Melhorar a vida útil da ferramenta com fresas helicoidais requer consideração cuidadosa do material, geometria da ferramenta de corte e condições de usinagem. O perfil de canal helicoidal auxilia na distribuição das forças de corte da forma mais uniforme possível, o que por sua vez ajuda a reduzir a concentração de tensão e, portanto, reduz o desgaste da ferramenta de corte. Revestimentos como TiAlN ou AlTiN também podem melhorar o desempenho das fresas adicionando uma camada dura e resistente ao calor, o que é bastante ideal para ferramentas de corte. Além disso, parâmetros de corte apropriados, como taxa de avanço e velocidade do fuso otimizados para as características do titânio 6Al4V, facilitariam o corte e minimizariam o estresse térmico na ferramenta. A inspeção da Aurora é uma medida adicional que aumenta a capacidade de estender a expectativa de vida das fresas fornecidas.

Fontes de referência

Fresa final

Titânio

Usinagem

Perguntas frequentes (FAQ)

P: Quais são os motivos que diferenciam as fresas de titânio das fresas de aço?

A: Fresas de topo para titânio são feitas de formulações especiais que suportam os fatores e características de ligas de titânio que são mais difíceis de usinar do que aços. Ao considerar vários parâmetros, eles geralmente diferem em geometrias, tipos de revestimentos e designs de canais para melhorar a eficiência de corte e aumentar a longevidade da ferramenta. Por exemplo, ferramentas de arredondamento de cantos para titânio têm um raio e fresas de topo frequentemente revestidas com nitreto de titânio de resistência ao desgaste melhorada.

P: Gostaria de saber a velocidade superficial média (SFM) das ferramentas de corte em titânio durante operações de fresamento.

R: A velocidade de superfície para aplicações de titânio usando uma fresa de topo tenderá a ser bem menor do que a velocidade de superfície de outros materiais, especialmente quando uma fresa é usada. Para estes, é geralmente de 50 a 300 SFM, dependendo do grau do titânio e das condições de corte. Isso ocorre porque as ferramentas suportarão altas temperaturas e prolongarão a vida útil efetiva das ferramentas usadas para usinagem de titânio.

P: Qual é o número recomendado de canais para a fresa aplicada à usinagem de titânio?

A: Para usinagem de titânio, as fresas de topo comumente usadas são as fresas de topo de 4, 5 e 6 canais. A seleção das ferramentas depende em grande parte das respectivas operações; no entanto, as de 5 e 6 canais são frequentemente selecionadas devido à combinação ideal de remoção de cavacos e engate de arestas. Essas ferramentas multi-canais podem ajudar a obter melhor acabamento de superfície e maiores taxas de avanço durante a usinagem de ligas de titânio.

P: Quais são as técnicas de desbaste e acabamento recomendadas especificamente para usinar titânio?

A: No desbaste de titânio, use fresas de canto de raio de canto grande junto com técnicas de fresamento de alto avanço para reduzir o tempo de usinagem e remover o volume máximo. No caso de acabamento, fresas de topo serão necessárias com bordas macho/fêmea fortes e possivelmente revestimentos diferentes, particularmente se estiver trabalhando com elas, para atingir a qualidade de superfície desejada. Em ambas as situações, deve-se dar atenção aos avanços e velocidades, à abundância de líquido resfriado e à aplicação de fresamento trocoidal.

P: Como o grau de titânio influencia a seleção da fresa e os parâmetros de usinagem?

R: Diferentes graus de titânio têm propriedades variadas que afetam o quão bem o material pode ser usinado. O titânio puro é, por exemplo, mais fácil de usinar do que seus graus de liga, como Ti-6Al-4V. O grau do titânio afeta a seleção de geometrias de fresa de topo, revestimentos e parâmetros de corte. Graus mais difíceis podem exigir fresas de topo especializadas, projetadas especificamente para trabalhar efetivamente em titânio (e avanços, velocidades e profundidades de corte aliviados).

P: Qual é a finalidade do refrigerante durante o fresamento de titânio e qual é sua aplicação?

R: O refrigerante é essencial neste processo de fresamento de titânio para reduzir o acúmulo térmico e garantir a remoção eficaz de resíduos de cavacos. O fornecimento de refrigerante sob alta pressão é geralmente a melhor prática, pois pode atingir zonas de corte. Sistemas de máquinas resistentes à água suportados por ferramentas de lâmina na maioria das fresadoras CNC são muito úteis para observar o titânio. Acima, é notado que o uso eficaz do refrigerante permite evitar o endurecimento por trabalho ao usinar titânio e melhora o desempenho da ferramenta e a qualidade da superfície.

P: É apropriado usar uma fresa de metal duro em vez de HSS na usinagem de titânio?

R: Sim, fresas de topo de carboneto são preferíveis às ferramentas HSS para usinagem de titânio. O carboneto suporta mais "calor" e é muito mais duro e resistente ao desgaste, o que é essencial sempre que se usina materiais duros como ligas de titânio. Utilizar fresas de topo de carboneto durante a fresagem de titânio geralmente produz ferramentas mais longas, tecnologia de fabricação de fresagem de topo de carboneto mais rápida, uma nova velocidade de inserção de fresa e melhor qualidade de superfície do que suas contrapartes de ferramentas de aço rápido.

P: Utilizando ferramentas como o Machining Advisor Pro, quais práticas recomendadas você pode recomendar para usinagem de titânio?

R: Por exemplo, muitos profissionais sofrem quando tentam fresar titânio sem oportunidades adequadas para otimização da estratégia de fresamento de titânio, caso em que o Machining Advisor Pro fornece as ferramentas apropriadas para atingir velocidades de corte satisfatórias. Essas ferramentas melhoram seus avanços, velocidades e profundidades de corte em uma combinação específica de fresa de topo/grau de titânio/máquina. Você pode usar esses consultores ao operar com titânio ou quaisquer outros materiais difíceis para aumentar a produtividade de MR, TWC ou usinagem geral.