¿Cómo resolver problemas comunes del titanio como vibraciones, rebabas o deformaciones?

Resolver los problemas comunes del mecanizado de titanio, como las vibraciones (chatter), las rebabas y la deformación de las piezas, requiere un enfoque sistemático que aborde las causas raíz relacionadas con las propiedades del material: baja conductividad térmica, alta resistencia a temperaturas elevadas y reactividad química. El éxito depende de una combinación de montaje rígido, herramientas y parámetros optimizados, y un diseño de proceso estratégico.

Mitigación de Vibraciones y Chatter

El “chatter”, o vibración resonante entre la herramienta y la pieza, arruina el acabado superficial y degrada rápidamente la herramienta. La elasticidad del titanio agrava este efecto.

• Maximizar la Rigidez: Esta es la regla principal. Utilice el portaherramientas más corto y robusto posible (por ejemplo, portapinzas de contracción térmica o hidráulicos). La pieza de trabajo debe fijarse en un tornillo de banco rígido o, idealmente, atornillarse directamente a una base o subplaca para eliminar cualquier flexibilidad. Los centros de mecanizado multieje son ventajosos en este aspecto, ya que permiten terminar piezas complejas en una sola configuración rígida.

• Optimizar la Trayectoria y el Compromiso de Corte: Evite el ranurado a ancho completo. En su lugar, use estrategias de fresado trocoidal o dinámico que mantengan un compromiso radial bajo y constante (típicamente del 5 al 15% del diámetro de la herramienta) con una gran profundidad axial de corte. Esto reduce las cargas de impacto y desvía las fuerzas de corte hacia el eje más rígido del husillo.

• Ajuste de Parámetros: Si ocurre chatter, no reduzca simplemente la velocidad. A menudo, aumentar la tasa de avance o variar ligeramente la velocidad del husillo (RPM) puede sacar el proceso de una zona de resonancia armónica.

Control y Minimización de Rebabas

Las rebabas, especialmente las persistentes “rebabas de arrastre” comunes en el titanio, son una consecuencia de la ductilidad del material y de la geometría de salida de la herramienta.

• Geometría y Filado de la Herramienta: Use herramientas afiladas con ángulos de desprendimiento positivos y preparaciones de filo especializadas. Un filo cortante afilado corta el material limpiamente en lugar de empujarlo, lo que minimiza la formación de rebabas. Las herramientas deben reemplazarse antes de que se vuelvan romas.

• Estrategia de Salida: Programe las trayectorias de herramienta para evitar que el filo salga perpendicularmente a un borde. Cuando sea posible, realice un chaflán como operación final o utilice movimientos de “entrada/salida en rampa”. Para los agujeros, el uso de un material de respaldo o una placa sacrificada puede evitar rebabas de salida durante las operaciones de taladrado CNC.

• Procesos de Desbarbado: A pesar de los mejores esfuerzos, a menudo se requiere cierto desbarbado. El desbarbado manual es inconsistente. Los procesos automatizados como el pulido y desbarbado de piezas CNC con medios especializados son eficaces para rebabas accesibles. Para materiales endurecidos o geometrías internas complejas, el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) o el electropulido pueden eliminar las rebabas sin inducir tensiones mecánicas.

Prevención de la Deformación de Piezas

La deformación en las piezas de titanio suele originarse por dos fuentes: tensiones residuales del material base y tensiones inducidas durante el mecanizado.

• Alivio de Tensiones del Material de Origen: Siempre especifique material aliviado de tensiones o recocido para el mecanizado desde bloque. Esto garantiza que la pieza inicial tenga un estado interno de tensiones estable y homogéneo.

• Remoción de Material Equilibrada: Evite eliminar todo el material de un lado de la pieza en una sola configuración. Esto desequilibra las tensiones internas y causa alabeo. Una mejor estrategia es usar un enfoque “por etapas”: mecanizar ambos lados secuencialmente, eliminando volúmenes de material similares en cada paso para mantener el equilibrio de tensiones.

• Gestión Térmica: El calor localizado intenso del mecanizado puede causar expansión térmica y, al enfriarse, tensiones residuales. Use abundante refrigerante de alta presión para mantener una temperatura baja y estable. Para geometrías altamente susceptibles, se puede realizar un tratamiento térmico intermedio (alivio de tensiones) después de las operaciones de desbaste para relajar la pieza antes del acabado final.

• Sujeción y Fuerzas de Abrazadera: Distribuya las fuerzas de sujeción de manera uniforme y evite el exceso de apriete, que puede deformar elásticamente secciones de pared delgada. Una vez liberada la pieza después del mecanizado, esta recupera su estado libre de tensiones, distorsionando las características mecanizadas. Los puntos de sujeción estratégicos son fundamentales, un principio central de nuestro servicio de mecanizado de precisión.