¿Qué parámetros son más críticos en el mecanizado de titanio de pared delgada?

El mecanizado de componentes de titanio con paredes delgadas representa uno de los mayores desafíos en la fabricación de precisión, donde las dificultades inherentes del material se ven amplificadas por la baja rigidez estructural de la pieza. El éxito depende de controlar los parámetros que minimizan las fuerzas de corte, gestionan la expansión térmica y mitigan la vibración. Los parámetros más críticos no actúan de forma aislada, sino que forman parte de una estrategia interconectada.

1. Profundidad Radial de Corte (ae) y Compromiso de la Herramienta

Este es, posiblemente, el parámetro más crítico. Un gran compromiso radial genera una fuerza lateral elevada que dobla directamente la pared delgada, provocando vibraciones, imprecisiones geométricas y problemas de acabado superficial. La solución consiste en utilizar una inmersión radial ligera, normalmente del **10-30% del diámetro de la herramienta**. Esto se logra mejor mediante trayectorias de fresado trocoidales o dinámicas, que mantienen un compromiso de herramienta constante y bajo. Esta estrategia, fundamental en nuestro servicio de mecanizado multieje, permite que la herramienta pase la mayor parte del tiempo cortando en un estado libre y frío, reduciendo drásticamente la fuerza sostenida sobre la pared y disipando el calor de manera eficaz.

2. Selección y Geometría de la Herramienta

La herramienta debe estar diseñada para cortar el material limpiamente con mínima resistencia. Filos afilados y pulidos con ángulos de ataque positivos elevados son imprescindibles. Reducen las fuerzas de corte y evitan que la herramienta “empuje” la pared. Un radio de punta mayor puede ayudar a distribuir la carga, pero debe equilibrarse con el riesgo de un mayor contacto herramienta-pieza y la generación de calor. En muchos casos, se requiere el uso de herramientas con un radio de esquina más pequeño o herramientas dedicadas de acabado para las pasadas finales.

3. Parámetros de Corte: Avance y Velocidad

Contrario a la intuición, un mayor avance por diente suele ser beneficioso. Un avance ligero provoca fricción, endurecimiento por trabajo y genera calor sin eliminar material de manera eficiente. Un avance suficientemente alto garantiza que la herramienta esté cortando, no frotando, lo que produce un corte más limpio y una mejor evacuación de virutas. Sin embargo, la velocidad de corte (SFM) debe moderarse. Aunque las altas velocidades pueden ser productivas, generan calor más rápido de lo que puede disiparse de la pared delgada, lo que lleva a distorsión térmica. El enfoque equilibrado de nuestro servicio de mecanizado de precisión utiliza una velocidad conservadora con un avance agresivo para maximizar la eliminación de material controlando el calor y la fuerza.

4. Profundidad Axial de Corte (ap) y Secuencia de Mecanizado

Aunque la profundidad axial tiene un efecto de flexión menor que la radial, un corte axial profundo aún incrementa la fuerza total de corte y puede inducir vibraciones. Es fundamental utilizar una profundidad axial moderada y una secuencia de mecanizado simétrica. Esto implica eliminar material alternadamente de ambos lados de la pared para equilibrar las tensiones residuales, en lugar de terminar completamente un lado antes del otro. Un tratamiento térmico de alivio de tensiones intermedio después del desbaste suele ser esencial para eliminar tensiones internas antes de las pasadas finales delicadas.

5. Fijación y Gestión Térmica

La pieza debe estar soportada de manera que imite su estado final de instalación para evitar distorsiones al liberarla. Los dispositivos de sujeción personalizados, las mesas de vacío o las aleaciones de bajo punto de fusión proporcionan el máximo soporte para secciones delgadas. Desde el punto de vista térmico, el refrigerante a alta presión a través de la herramienta es obligatorio. No solo enfría el corte y la herramienta, sino que también desempeña un papel mecánico en la rotura de virutas y evita que se recorten o se adhieran a la pieza, una causa común de fallos en el fresado de paredes delgadas en nuestro servicio de mecanizado CNC de titanio.