10 Suggerimenti per il Titanio

Le leghe di titanio e quelle di alluminio sono simili nei seguenti modi: Entrambi i tipi di metalli sono usati per fare componenti strutturali di aerei, e in entrambi i casi, il componente potrebbe richiedere che il 90% del materiale sia fresato via prima che la parte sia completa.

Molti negozi probabilmente vorrebbero che i metalli avessero più di questo in comune. I fornitori dell’industria aeronautica che si trovano a loro agio nella lavorazione dell’alluminio si trovano a lavorare molto più titanio, perché i nuovi progetti di aerei fanno un uso maggiore di quest’ultimo metallo.

John Palmer, manager globale del segmento aerospaziale per il produttore di utensili da taglio Stellram, dice che molte di queste officine hanno effettivamente più capacità di lavorazione del titanio di quanto si rendano conto. Molte tecniche preziose per lavorare il titanio in modo efficace non sono difficili da impiegare, ma poche officine utilizzano tutte le tecniche disponibili per fresare questo metallo in modo produttivo. Si consulta con i produttori sui metodi per migliorare le prestazioni di fresatura in varie leghe aerospaziali, comprese le leghe di titanio. Dice che il titanio non deve essere difficile – è solo che l’intero processo di lavorazione deve essere considerato, perché qualsiasi elemento potrebbe impedire l’efficacia dell’intero processo.

La stabilità è la chiave, dice. Quando l’utensile tocca il pezzo, chiude un cerchio. L’utensile, il portautensile, il mandrino, la colonna, le vie, la tavola, il fissaggio e il pezzo in lavorazione fanno tutti parte di questo cerchio e della stabilità necessaria. Altre considerazioni importanti includono la pressione e il volume del refrigerante, così come il metodo di erogazione del refrigerante, oltre alla metodologia e all’applicazione – l’obiettivo di questo articolo. Per realizzare più del potenziale di quei processi che hanno il potenziale per lavorare il titanio in modo produttivo, il signor Palmer condivide spesso consigli che includono tutti i seguenti suggerimenti:

Tenere basso l’impegno radiale

Una delle sfide cruciali del titanio è la dissipazione del calore. In questo metallo, relativamente poco del calore generato durante la lavorazione viene espulso con il truciolo. Rispetto alla lavorazione di altri metalli, una percentuale maggiore del calore in un processo di lavorazione del titanio finisce invece nell’utensile. A causa di questo effetto, la scelta dell’impegno radiale detta la scelta della velocità di superficie in questo metallo.

Il grafico della figura 1 lo dimostra. La scanalatura completa, cioè l’impegno a 180 gradi, richiede una velocità di superficie relativamente bassa. Ma riducendo l’impegno radiale si riduce il tempo in cui il tagliente genera calore, e permette più tempo al tagliente di raffreddarsi prima di entrare nel materiale nella rotazione successiva. Così, riducendo l’impegno radiale, la velocità di superficie può essere aumentata mantenendo la temperatura nel punto di taglio. Per la finitura, un processo di fresatura che consiste in un arco di contatto molto piccolo con un tagliente affilato e levigato e un’alta velocità di superficie e un avanzamento minimo per dente può realizzare risultati eccezionali.

Aumentare la quantità di flauti

Le frese comunemente usate hanno quattro o sei flauti. Nel titanio, questo potrebbe essere troppo poco. Il numero più efficace di flauti potrebbe essere dieci o più (vedere la figura 2).

Aumentare il numero di scanalature compensa la necessità di un basso avanzamento per dente. La distanza ravvicinata tra le scanalature di un utensile a 10 scanalature è troppo stretta per il gioco del truciolo in molte applicazioni. Tuttavia, la fresatura produttiva del titanio favorisce già una bassa profondità radiale (vedi consiglio #1). Il piccolo truciolo che ne risulta lascia aperta la libertà di usare una fresa ad alto numero di flauti per aumentare la produttività.

Fare un chip spesso e sottile

“Climb milling” è il termine familiare per questa idea. Cioè, non alimentare la fresa in modo che il bordo si muova attraverso il materiale nella stessa direzione dell’avanzamento dell’utensile. Conosciuto come “fresatura convenzionale”, questo approccio alla lavorazione fa sì che il truciolo inizi sottile e diventi più spesso. Quando l’utensile impatta il materiale, le forze di attrito creano calore prima che il materiale inizi a staccarsi dal metallo madre. Un truciolo sottile non è in grado di assorbire ed espellere questo calore generato, che invece finisce nell’utensile da taglio. Poi, nel punto di uscita dove il truciolo è spesso, l’aumento della pressione di taglio rende l’adesione del truciolo un pericolo.

La fresatura in salita – o la formazione di trucioli spessi – inizia con il tagliente che entra nel materiale in eccesso ed esce sulla superficie finita (vedi figura 3). Nella fresatura laterale, l’utensile cerca di “scavalcare” il materiale, creando un truciolo spesso in entrata per il massimo assorbimento di calore e un truciolo sottile in uscita per evitare l’adesione del truciolo.

La fresatura superficiale a contorno richiede un attento esame del percorso dell’utensile per assicurare che l’utensile continui ad entrare sul materiale in eccesso e ad uscire sulla superficie finita in questo modo. Raggiungere questo obiettivo durante le passate intricate non è sempre semplice come mantenere semplicemente il materiale a destra.

Arc In

Nel titanio e in altri metalli, la vita dell’utensile si perde nei momenti di cambio di forza stridente. Il peggiore di questi momenti si verifica spesso quando l’utensile entra nel materiale. Entrare direttamente nel materiale (come farebbe quasi ogni percorso utensile standard) produce un effetto simile al colpire il tagliente con un martello.

Scivola invece in modo morbido. Per fare questo, create un percorso dell’utensile che inarca l’utensile nel materiale invece di entrarvi in linea retta (vedi Figura 4). Nella fresatura da spesso a sottile, l’arco di entrata del percorso utensile dovrebbe seguire la stessa direzione (in senso orario o antiorario) della rotazione dell’utensile. Il percorso di entrata ad arco permette un aumento graduale della forza di taglio, prevenendo lo strappo o l’instabilità dell’utensile. Anche la generazione di calore e la creazione di trucioli aumentano gradualmente fino a quando l’utensile è completamente impegnato nel taglio.

Fine su uno smusso

Cambiamenti bruschi di forza possono verificarsi anche all’uscita dell’utensile. Per quanto sia utile il taglio da spesso a sottile (consiglio #3), il problema con questo metodo è che la formazione da spesso a sottile si ferma improvvisamente quando l’utensile raggiunge la fine della passata e comincia a liberare il metallo. Il brusco cambiamento produce un altrettanto brusco cambiamento di forza, scioccando l’utensile e forse rovinando la superficie del pezzo. Per evitare che la transizione sia così repentina, prendere la precauzione di fresare prima uno smusso di 45 gradi alla fine della passata, in modo che l’utensile veda una diminuzione graduale della sua profondità di taglio radiale (vedi figura 5).

Conta sul Rilievo Secondario

Un tagliente affilato riduce al minimo le forze di taglio nel titanio, ma il tagliente deve anche essere abbastanza forte da resistere alla pressione di taglio. Il design di un utensile con rilievi secondari, in cui la prima area positiva del tagliente resiste alle forze, dopo di che la seconda area cade per aumentare il gioco, realizza entrambi questi obiettivi (vedi Figura 6). Il rilievo secondario è comune nell’utensileria, ma nel titanio in particolare, la sperimentazione di utensili con diversi disegni di rilievo secondario potrebbe rivelare cambiamenti sorprendenti nelle prestazioni di taglio o nella vita dell’utensile.

Alterare la profondità assiale

Alla profondità di taglio, l’ossidazione e la reazione chimica possono influenzare l’utensile. Un danno precoce può verificarsi in questo punto se l’utensile viene usato ripetutamente alla stessa profondità. Quando si eseguono tagli assiali successivi, questa zona danneggiata dell’utensile può causare un indurimento del lavoro, nonché linee sul pezzo che sono inaccettabili per i componenti aerospaziali, il che significa che questo effetto sulla superficie può rendere necessario un cambio anticipato dell’utensile. Per evitare ciò, salvaguardare l’utensile cambiando la profondità di taglio assiale per ogni passata, distribuendo l’area problematica in diversi punti lungo la scanalatura (vedi Figura 7). Nella tornitura, un risultato simile può essere ottenuto con una tornitura conica nella prima passata e una tornitura parallela nella passata successiva, prevenendo l’intaglio della profondità di taglio.

Limitare la profondità assiale intorno agli elementi sottili

Il rapporto 8:1 è utile da ricordare quando si fresano pareti sottili e elementi non supportati in titanio. Per evitare la deflessione delle pareti della tasca, fresare queste pareti in fasi assiali successive invece di fresare l’intera profondità della parete con una sola passata di fresa. In particolare, la profondità assiale di taglio ad ogni passo verso il basso non dovrebbe essere maggiore di 8 volte lo spessore della parete che verrà lasciata dopo l’esecuzione di queste passate di fresatura (vedi Figura 8). Se la parete è spessa 0,1 pollici, per esempio, la profondità assiale di taglio per una passata di fresatura adiacente ad essa non dovrebbe essere più di 0,8 pollici.

Nonostante il limite di profondità, è possibile lavorare questa regola in modo che la fresatura produttiva sia ancora possibile. Per fare questo, lavorate delle pareti sottili in modo che un involucro di grezzo rimanga intorno alla parete, rendendo l’elemento 3 o 4 volte più spesso dell’elemento finale. Se la parete è tenuta a 0,3 pollici di spessore, per esempio, allora la regola 8:1 permette una profondità assiale di 2,4 pollici. In seguito a queste passate, prendere delle profondità assiali più leggere per lavorare le pareti spesse fino alla loro dimensione finale.

Scegliere un utensile molto più piccolo della tasca

A causa della misura in cui l’utensile assorbe calore nel titanio, l’utensile ha bisogno di spazio per consentire il raffreddamento. Quando si fresa una piccola tasca, il diametro dell’utensile non dovrebbe essere più del 70% del diametro (o dimensione comparabile) della tasca (vedi Figura 9). Un gioco inferiore a questo rischia essenzialmente di isolare l’utensile dal refrigerante, così come di intrappolare i trucioli che potrebbero altrimenti portare via almeno una parte del calore.

La regola del 70% può anche essere applicata a un utensile che fresa attraverso la parte superiore di una superficie. In questo caso, la larghezza della caratteristica dovrebbe essere il 70% del diametro dell’utensile. L’utensile è sfalsato del 10 per cento per favorire la creazione di trucioli spessi e sottili.

Prendere spunto dall’acciaio per utensili

Frese ad alta velocitàLe frese ad alto avanzamento – un concetto di utensile sviluppato per la lavorazione di acciai per utensili nell’industria degli stampi – sono state adattate negli ultimi anni alla lavorazione del titanio. Una fresa ad alto avanzamento richiede una leggera profondità di taglio assiale, ma quando viene eseguita a questa leggera profondità, l’utensile permette avanzamenti superiori a quelli delle frese con design più convenzionali.

La ragione è l’assottigliamento del truciolo. La chiave per una fresa ad alto avanzamento è un inserto con una curva di grande raggio sul suo bordo di taglio (vedi Figura 10). Questo raggio distribuisce la formazione del truciolo su un’ampia area di contatto sul tagliente. A causa dell’assottigliamento risultante, una profondità di taglio assiale di 0,040 pollici potrebbe produrre uno spessore del truciolo di soli 0,008 pollici circa. Nel titanio, questo truciolo sottile supera il basso avanzamento per dente tipicamente richiesto in questo metallo. L’assottigliamento del truciolo apre la strada ad un avanzamento programmato più elevato di quanto sarebbe altrimenti possibile.

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