Maquinação CNC de titânio: Um guia completo para ligas, aplicações e melhores práticas

O titânio é conhecido pela sua impressionante relação resistência/peso. A maquinagem CNC considera que as propriedades de resistência e durabilidade fazem parte das suas caraterísticas. Os fabricantes centram-se na durabilidade e, consequentemente, na longevidade. As suas propriedades únicas tornam-no muito procurado em várias indústrias. As peças feitas de titânio são comuns no sector aeroespacial, militar e médico. O sucesso da maquinagem CNC depende da seleção dos materiais necessários para a sua utilização.

Liga de titânio comum para maquinagem CNC

O titânio é vital em diferentes níveis no CNC. As ligas de titânio estão divididas em grupos beta, alfa e alfa-beta. Cada grupo apresenta caraterísticas únicas que se adequam a aplicações específicas.

1. Titânio de grau 5 (Ti -6AI-AV)

Características

O grau 5, conhecido como Ti-6AI-4V, é uma liga de titânio comum. É composta por 4 por cento de vanádio, 6 por cento de alumínio e 90 por cento de titânio. É essencial em peças que requerem resistência, baixo peso e um elevado nível de corrosão. O Ti-6AI-4V é adequado por ser tratável termicamente, o que lhe permite melhorar as suas propriedades mecânicas.

Aplicações

O titânio de grau 5 desempenha um papel fundamental em várias aplicações de elevado desempenho.

• Aeroespacial: É crucial no fabrico de peças de fuselagem de aeronaves, pás de turbinas e asas. O material tem de reduzir o peso e, ao mesmo tempo, manter a resistência e a durabilidade.
• Implantes médicos: O Ti-6Al-4V é amplamente utilizado no fabrico de implantes dentários, próteses e próteses da anca.
• Marinha: O Ti-6AI-4AV é vital no fabrico de produtos com elevada resistência à água salgada. Para os fuzileiros navais, é aplicável nos ambientes de material para fabrico. Os produtos mais comuns são os fixadores e as hélices.
• Automóvel: O Ti-6AI-4V é importante no fabrico de peças para automóveis. As peças essenciais incluem os componentes do motor e outros sistemas que aparecem esgotados.

Considerações sobre maquinagem para titânio de grau 5

As ligas de titânio, especialmente as de grau 5, podem oferecer desafios à maquinagem. A elevada resistência à tração do titânio coloca desafios à maquinagem e à geração de calor durante a maquinagem. É necessária precisão para evitar o desgaste da ferramenta e o sobreaquecimento. Ferramentas de corte de alta qualidade, baixas necessidades de corte e arrefecimento adequado são importantes para evitar comprometer a integridade existente do material.

Quando escolher titânio de grau 5

O grau 5 é a escolha de material mais eficaz para os fabricantes que necessitam de precisão, leveza e resistência. É também ideal para peças que apresentam uma elevada resistência à corrosão. É adequado para o desempenho em ambientes médicos, marítimos e médicos. Uma propriedade fundamental é a necessidade de resistência e durabilidade.

2. Titânio de grau 2

Características

O titânio de grau 2 é amplamente utilizado como titânio puro (titânio CP). É típico do titânio não ligado. Proporciona uma resistência eficaz à corrosão e oferece uma formabilidade eficaz. Por conseguinte, é importante para o fabrico de peças expostas a produtos químicos agressivos e água salgada. No entanto, o grau 2 tem uma resistência inferior em comparação com o grau 5

Aplicações

• Equipamento de processamento químico: Reactores, tanques e permutadores de calor são produtos-chave.
• Ferragens marítimas: As principais peças e produtos no fabrico de ferragens para o sector marítimo incluem fixadores, tacos para barcos e hélices.

Considerações sobre maquinagem para titânio de grau 2

O titânio de grau 2 é leve e, por isso, fácil de trabalhar em comparação com o grau 5. No entanto, a sua dureza apresenta desafios. É necessária uma velocidade de corte efectiva. Não é propenso ao endurecimento por trabalho como outras ligas. Além disso, a lubrificação é fundamental para evitar o desgaste.

Quando escolher titânio de grau 2

 Os fabricantes e os utilizadores aplicam abordagens diferentes para escolher os melhores materiais para a produção. O titânio de grau 2 é altamente valorizado pela sua excecional resistência à corrosão. Esta resistência inclui o processamento químico e ambientes marinhos. No entanto, a sua elevada resistência é menos preocupante.

3. Titânio de grau 23 (Ti-6Al-4V ELI)

Características

O titânio de grau 23 é habitualmente designado por Ti-6AI-4V ELI, representando um intersticial extra baixo. Como liga, carece de um teor adequado de oxigénio. Isto resulta no facto de ser eficaz no aumento da ductilidade. Também indica resistência à fratura e menor risco de fragilidade. É utilizada quando existe uma relação resistência/peso extremamente elevada.

Aplicações

• Aeroespacial: O grau 23 desempenha um papel importante na produção de componentes de aeronaves, incluindo as asas.
• Médico: No ambiente médico, o Grau 23 aplica-se à medicina dentária, ortopedia e biocompatibilidade.
• Marinha e Defesa: A Grade 2 é também um importante fabricante de peças que oferecem resistência e biocompatibilidade.

Considerações sobre maquinagem para titânio de grau 23

Em comparação com o Grau 5 e o Grau 23, o titânio exige velocidades de corte, arrefecimento e material de ferramenta eficazes. A ductilidade real da liga torna-a mais tolerante em comparação com o Grau 5. No entanto, é necessária uma configuração eficaz e adequada para evitar o desgaste excessivo da ferramenta e o sobreaquecimento.

Quando escolher titânio de grau 23

A escolha do titânio de grau 23 depende do elevado nível de desempenho. Isto também se deve ao elevado número de aplicações de fadiga nas indústrias médica e aeroespacial. Trata-se de um material duro, resistente à fadiga e de baixo peso.

4. Titânio de grau 9 (Ti-3Al-2,5V)

Características

O grau 9 é uma liga de titânio alfa-beta composta por 2,5 por cento de vanádio e 3 por cento de alumínio. Proporciona um equilíbrio em termos de formabilidade, força e resistência à corrosão. O seu peso mais leve em comparação com o Grau 5 torna-o mais adequado para determinadas aplicações. Apesar do seu peso, consegue manter um elevado nível de resistência.

Aplicações

• Peças aeroespaciais: O titânio de grau 9 é frequentemente selecionado para componentes aeroespaciais, como asas e trens de aterragem.
• Equipamento desportivo: O material de grau 9 é melhor para peças de desempenho leve como as de corrida.
• Automóvel: O desempenho em termos de leveza é indispensável para quadros de bicicletas e outros produtos no domínio do desporto.

Considerações sobre maquinagem para titânio de grau 9

O grau 9 é mais simples de maquinar do que os graus 23 e 5. No entanto, a obtenção de uma peça melhor passa por um controlo preciso das velocidades de corte. Também implica a lubrificação e os materiais da ferramenta. O objetivo é obter um acabamento de alta qualidade, minimizando o desgaste da ferramenta.

Quando escolher titânio de grau 9

O grau 9 é bom para peças moldáveis, leves e substanciais. É adequado para as indústrias e aplicações automóvel e aeroespacial.

Fluxo do processo de maquinagem CNC para titânio

A maquinação CNC de ligas de titânio exige o cumprimento de especificações definidas. Os fluxos específicos do processo são importantes para as propriedades distintivas da liga. O processo inclui as diferentes fases que cumprem todos os requisitos para obter os melhores resultados;

1. Seleção de materiais: A escolha da melhor liga de titânio deve depender da capacidade de resistência à corrosão e da força. Deve também centrar-se na resistência aos níveis de fadiga.
2. Conceção e programação: Desenvolver e transformar um modelo CAD da peça no programa CNC. O programa garante que a maquinação segue as especificações de operação e corte definidas.
3. Seleção e configuração de ferramentas: A liga de titânio requer ferramentas de corte altamente especializadas, que devem ser feitas de cerâmica ou carboneto. O objetivo é suportar forças de corte de alto nível. Também precisam de suportar a dureza do material, daí a eficácia do processo de conceção. A seleção das ferramentas está sempre de acordo com a função da peça.
4. Operações de maquinagem: As operações de maquinagem requerem corte em bruto, perfuração e acabamento. A sensibilidade do titânio ao calor torna obrigatória a gestão das velocidades de corte. O processo também requer um fluido de arrefecimento adequado para ultrapassar o elevado nível de sobreaquecimento.
5. Inspecções: No final da maquinação, as peças têm de ser inspeccionadas. O objetivo é obter uma elevada precisão dimensional. Outro objetivo é obter um acabamento superficial. Uma vez que o titânio apresenta uma baixa taxa de condutividade térmica, é necessário efetuar o empeno. O objetivo é conseguir uma monitorização de nível constante.
6. Pós-processamento: Os tratamentos pós-processo, como o revestimento e a anodização, são essenciais para aumentar as propriedades do material. A aplicação do tratamento depende das aplicações das peças. O objetivo do tratamento é melhorar a resistência à corrosão e melhorar as propriedades de acabamento da superfície do material.

Titânio vs. Outros Metais na Maquinação CNC

Relação força/peso

O titânio é altamente valorizado na maquinagem CNC devido à sua relação resistência/peso. É, portanto, necessário para operações que dependem das propriedades de leveza e durabilidade dos materiais. O titânio também possui caraterísticas comparáveis e superiores às do aço. É, por isso, eficaz em aplicações que incluem implantes, aeroespacial e automóvel. É também leve e não tem uma resistência à tração semelhante à do alumínio. Consequentemente, proporciona um equilíbrio distinto e único que melhora a integridade das estruturas e evita o peso desnecessário. Esta propriedade faz com que o titânio seja importante no fabrico de estruturas de aviões e de aparelhos de alto desempenho em actividades desportivas.

Além disso, é importante para os componentes dos veículos espaciais. Uma das principais propriedades a que os fabricantes se dedicam é a redução do peso, que é crucial para o desempenho e a eficiência. As vantagens são, portanto, a longo prazo. Os resultados a longo prazo são a relação custo-eficácia. É uma melhor escolha para as operações automóveis, permitindo uma maior eficiência e eficácia. A combinação de baixo peso e elevados níveis de resistência é importante para o titânio e para os seus fabricantes. O objetivo é conceber estruturas avançadas e de alta qualidade para resistir a condições extremas. A peça seria eficaz em todas as condições climatéricas.

Resistência à corrosão

Uma propriedade valiosa do titânio é a sua resistência à corrosão. A resistência do titânio à corrosão é melhor do que a do alumínio. Sob exposição ao oxigénio, o titânio desenvolve ocasionalmente uma camada passiva de óxido na superfície. Esta camada é uma barreira protetora contra os danos causados pelo ambiente. A resistência natural faz do titânio uma melhor escolha para peças aplicáveis a áreas com ácido, água salgada e produtos químicos industriais.

Além disso, é adequado para ambientes marinhos onde os produtos mantêm a sua resistência original sem sofrerem corrosão. Os revestimentos de proteção são importantes, especialmente para peças de transporte, equipamento de perfuração offshore e dessalinização de instalações. O alumínio também é resistente à corrosão. No entanto, sofre de corrosão e oxidação em condições extremas durante longos períodos. A capacidade do titânio para resistir a condições extremas é também importante nas práticas médicas. A biocompatibilidade e a resistência à humidade e aos fluidos corporais fazem dele a melhor escolha para substituições de articulações - outras áreas são os instrumentos cirúrgicos e os implantes dentários. O objetivo é obter um desempenho a longo prazo em aplicações-chave.

Maquinabilidade

O titânio apresenta desafios únicos no processo de maquinagem. As propriedades únicas do material de baixa condutividade térmica tornam-no menos eficaz no processo do que o alumínio e o aço. O calor que emerge do processo não se dissipa no mais curto espaço de tempo. Os resultados de um processo deste tipo são elevadas taxas de desgaste. Também conduz a danos elevados no local de trabalho quando há uma má gestão. As ferramentas de corte especializadas, os líquidos de refrigeração e a maquinagem mais lenta evitam o sobreaquecimento e ajudam na manutenção da precisão. O titânio necessita de cuidados efectivos para evitar o desgaste excessivo das ferramentas. O alumínio, por outro lado, é altamente maquinável e permite velocidades de corte rápidas.

Por outro lado, o aço é mais rígido do que o alumínio, mas mais eficaz para a maquinagem do que o titânio. O aço dissipa o calor de forma mais eficaz. No entanto, apesar dos desafios, é uma ferramenta aplicável em indústrias de alto desempenho devido às suas qualidades distintivas. As técnicas de maquinação modernas, incluindo a maquinação a laser e o corte a jato, são importantes para melhorar a eficiência de trabalho das ligas de titânio.

Tolerâncias de maquinação de perfis de titânio

As ligas de titânio são importantes devido às suas propriedades de resistência à corrosão, elevada resistência e leveza. O material é ideal e, por isso, comum no fabrico de peças aeroespaciais, militares e médicas. No entanto, os traços existentes têm desvantagens que os impedem de se adaptarem efetivamente para serem uma melhor ferramenta para o processo de maquinagem. As ligas de titânio exigem tolerâncias de maquinagem apertadas para cumprirem as especificações das peças acabadas.

A tolerância varia consoante o tipo de liga de titânio no processo de maquinagem. Depende também dos requisitos específicos da aplicação. Para maquinação standard, os perfis de titânio variam entre ±0.002 polegadas a ±0.010 polegadas. Este facto implica que já é mais preciso do que outros materiais. Para peças que exigem tensões elevadas e gestão da temperatura, é importante uma tolerância apertada de ±0,001 polegadas. Estas aplicações são mais comuns nos fabricantes de peças aeroespaciais e militares. A obtenção de uma tolerância tão apertada em titânio exige máquinas CNC mais aperfeiçoadas. Também é necessário um controlo eficaz da maquinação e ferramentas especializadas para ajudar a evitar erros e cumprir as especificações.

Conclusão

A força do titânio e a sua resistência à corrosão fazem dele um material importante na maquinagem CNC. É também um material leve e eficaz para operações militares e médicas. As ligas de maquinagem de titânio têm caraterísticas técnicas devido à sua menor dureza e tendência para aquecer. Os resultados são evidentes na elevada taxa de desgaste. As caraterísticas do titânio implicam, por conseguinte, que a liga seja importante em domínios de utilização específicos. Também pode ser objeto de grandes melhorias para satisfazer requisitos específicos, utilizando as técnicas necessárias para determinadas indústrias.