Ligas de titânio e ligas de alumínio são iguais nas seguintes formas: Ambos os tipos de metais são usados para fazer componentes estruturais de aeronaves, e em ambos os casos, o componente pode exigir 90% do material a ser moído antes que a peça esteja completa.
Muitas lojas provavelmente gostariam que os metais tivessem mais em comum do que isso. Os fornecedores da indústria aeronáutica que são confortáveis usinando alumínio estão se encontrando usinando muito mais titânio, porque os novos projetos de aeronaves fazem maior uso deste último metal.
John Palmer, gerente global do segmento aeroespacial para o fabricante de ferramentas de corte Stellram, diz que muitas destas lojas realmente têm mais capacidade de usinagem de titânio do que imaginam. Muitas técnicas valiosas para usinagem de titânio efetivamente não são difíceis de serem empregadas, mas poucas lojas usam todas as técnicas disponíveis para fresar este metal produtivamente. Ele consulta os fabricantes sobre métodos para melhorar o desempenho da fresagem em várias ligas aeroespaciais, incluindo ligas de titânio. Ele diz que o titânio não tem que ser difícil – é só que todo o processo de usinagem tem que ser considerado, porque qualquer elemento pode impedir a eficácia geral do processo.
Estabilidade é fundamental, diz ele. Quando a ferramenta toca na peça de trabalho, fecha um círculo. A ferramenta, o porta-ferramentas, o eixo-árvore, a coluna, os caminhos, a tabela, a fixação e a peça de trabalho fazem todos parte desse círculo e fazem parte da estabilidade necessária. Outras considerações importantes incluem pressão e volume do refrigerante, bem como o método de fornecimento do refrigerante, além da metodologia e aplicação – o foco deste artigo. Para perceber mais sobre o potencial dos processos que têm o potencial de usinar o titânio produtivamente, o Sr. Palmer frequentemente compartilha conselhos, incluindo todas as dicas a seguir:
- Keep Radial Engagement Low
- Flauta de Incremento Quantidade
- Faça uma Lasca de Fino a Fino
- Arc In
- End on a Chamfer
- Confie no Alívio Secundário
- Alter the Axial Depth
- Limite a Profundidade Axial em torno de Características Finas
- Escolha uma ferramenta muito menor que o bolso
- Tampa de Aço Ferramenta
- CONTEÚDO RELACIONADO
- Onde a moagem a seco faz sentido
- Dicas para rosqueamento de ligas de titânio
- Métodos não tradicionais para fazer pequenos furos
Keep Radial Engagement Low
Um dos desafios cruciais do titânio é a dissipação de calor. Neste metal, relativamente pouco do calor gerado durante a operação de usinagem é ejetado com a cavacos. Em comparação com a usinagem de outros metais, uma porcentagem maior do calor em um processo de usinagem de titânio vai para a ferramenta. Devido a este efeito, a escolha do acoplamento radial dita a escolha da velocidade da superfície deste metal.
O gráfico da Figura 1 mostra isto. Encaixe completo – que significa um engajamento de 180 graus – exige uma velocidade de superfície relativamente baixa. Mas a redução do acoplamento radial reduz o tempo que a aresta de corte gera calor, e permite mais tempo para que a aresta de corte esfrie antes de entrar no material na próxima rotação. Assim, como o acoplamento radial é reduzido, a velocidade da superfície pode ser aumentada mantendo a temperatura no ponto de corte. Para o acabamento, um processo de fresagem que consiste em um arco muito pequeno de contato com uma aresta de corte afiada e afiada e uma alta velocidade de superfície e alimentação mínima por dente pode alcançar resultados excepcionais.
Flauta de Incremento Quantidade
As fresas de topo comummente usadas têm quatro ou seis flautas. Em titânio, isto pode ser muito pouco. O número mais efectivo de flautas pode ser dez ou mais (ver Figura 2).
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O aumento do número de flautas compensa a necessidade de uma baixa alimentação por dente. O espaçamento estreito das flautas de uma ferramenta de 10 flautas é demasiado apertado para a eliminação de cavacos em muitas aplicações. No entanto, a fresagem produtiva de titânio já favorece uma profundidade radial baixa (ver a ponta #1). A pequena cavacos resultante disto deixa aberta a liberdade de usar uma fresa de topo de alta contagem de cavacos para aumentar a produtividade.
Faça uma Lasca de Fino a Fino
“Fresagem por escalada” é o termo familiar para esta ideia. Ou seja, não alimentar a fresa para que a aresta se mova através do material na mesma direcção em que a ferramenta está a alimentar. Conhecida como “fresamento convencional”, esta abordagem de usinagem faz com que a cavacos comecem finos e se tornem mais grossos. Como a ferramenta impacta o material, as forças de fricção criam calor antes que o material comece a cisalhar para longe do metal de base. Uma cavaco fino é incapaz de absorver e ejetar esse calor gerado, que em vez disso vai para a ferramenta de corte. Então, no ponto de saída onde a lasca é grossa, o aumento da pressão de corte faz com que a adesão da lasca seja um perigo.
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A fresagem trepadora – ou formação de cavacos espessos a finos começa com a aresta de corte a entrar no material em excesso e a sair na superfície acabada (ver Figura 3). Na fresagem lateral, a ferramenta tenta “trepar” sobre o material, criando uma cavaco grosso na entrada para máxima absorção de calor e um cavaco fino na saída para evitar a aderência da cavacos.
A fresagem de superfície de contorno exige um exame minucioso do percurso da ferramenta para assegurar que a ferramenta continua a entrar no material em excesso e a sair na superfície acabada desta forma. Conseguir isto durante passagens intrincadas nem sempre é tão simples como simplesmente manter o material à direita.
Arc In
Em titânio e outros metais, a vida da ferramenta é perdida em momentos de mudança de jarro em força. O pior destes momentos ocorre frequentemente quando a ferramenta entra no material. A alimentação direta no estoque (como quase qualquer caminho de ferramenta padrão faria) produz um efeito semelhante a bater na aresta de corte com um martelo.
Glide in softly em seu lugar. Para fazer isso, crie um caminho de ferramenta que arqueia a ferramenta no material em vez de inseri-la em uma linha reta (veja Figura 4). Em fresagem espessa a fina, o arco de entrada do caminho da ferramenta deve seguir a mesma direção (sentido horário ou anti-horário) que a rotação da ferramenta. A trajetória de entrada do arco permite um aumento gradual da força de corte, impedindo o arrancamento ou a instabilidade da ferramenta. A geração de calor e a criação de cavacos também aumentam gradualmente até que a ferramenta esteja totalmente engajada no corte.
End on a Chamfer
Arrancar mudanças de força também podem ocorrer na saída da ferramenta. Por mais útil que seja o corte espesso a fino (ponta #3), o problema com este método é que a formação espesso a fino pára subitamente quando a ferramenta chega ao fim da passagem e começa a limpar o metal. A mudança abrupta produz uma mudança de força igualmente abrupta, chocando a ferramenta e talvez margeando a superfície da peça. Para evitar que a transição seja tão repentina, tome a precaução de fresar primeiro um chanfro de 45 graus no final da passagem para que a ferramenta veja um declínio gradual na sua profundidade radial de corte (ver Figura 5).
Confie no Alívio Secundário
Uma aresta de corte afiada minimiza as forças de corte em titânio, mas a aresta de corte também precisa ser forte o suficiente para resistir à pressão de corte. Um projeto de ferramenta de alívio secundário, no qual a primeira área positiva da aresta de corte resiste às forças, após o que a segunda área cai para aumentar a folga, realiza ambos os objetivos (ver Figura 6). O alívio secundário é comum em ferramentas, mas em titânio em particular, experimentar ferramentas com diferentes designs de alívio secundário pode revelar mudanças surpreendentes no desempenho de corte ou na vida da ferramenta.
Alter the Axial Depth
Na profundidade de corte, a oxidação e a reação química podem afetar a ferramenta. Podem ocorrer danos iniciais neste ponto se a ferramenta for usada repetidamente na mesma profundidade. Ao efectuar sucessivos cortes axiais, esta área danificada da ferramenta pode causar endurecimento do trabalho, bem como linhas na peça que são inaceitáveis para os componentes aeroespaciais, o que significa que este efeito na superfície pode necessitar de uma troca antecipada da ferramenta. Para evitar isto, salvaguardar a ferramenta alterando a profundidade axial de corte para cada passo, distribuindo a área problemática por diferentes pontos ao longo da flauta (ver Figura 7). No torneamento, um resultado semelhante pode ser alcançado através do torneamento cónico da primeira passagem e do torneamento paralelo da passagem seguinte, evitando o entalhe em profundidade.
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Limite a Profundidade Axial em torno de Características Finas
A relação 8:1 é útil para lembrar quando se fresa paredes finas e características não suportadas em titânio. Para evitar desvios de paredes de bolso, fresar estas paredes em estágios axiais sucessivos em vez de fresar a toda a profundidade da parede com uma passagem de um fresador de topo. Especificamente, a profundidade axial de corte em cada passo para baixo não deve ser maior que 8 vezes a espessura da parede que será deixada para trás após estas passagens de fresagem (ver Figura 8). Se a parede tiver uma espessura de 0,1 polegadas, por exemplo, a profundidade axial de corte para uma passagem de fresagem adjacente a ela não deve ser superior a 0,8 polegadas.
Embora o limite de profundidade, é possível trabalhar esta regra para que a fresagem produtiva ainda seja possível. Para isso, usine paredes finas para que um envelope de estoque bruto permaneça ao redor da parede, tornando a característica 3 ou 4 vezes mais espessa do que a característica final. Se a parede for mantida a 0,3 polegadas de espessura, por exemplo, então a regra 8:1 permite uma profundidade axial de 2,4 polegadas. Seguindo estas passagens, tome profundidades axiais mais leves para usinar as paredes grossas até a sua dimensão final.
Escolha uma ferramenta muito menor que o bolso
Por causa da medida em que a ferramenta absorve calor em titânio, a ferramenta precisa de folga para permitir o arrefecimento. Ao fresar uma pequena bolsa, o diâmetro da ferramenta não deve ser superior a 70% do diâmetro (ou dimensão comparável) da bolsa (ver Figura 9). Uma folga menor que esta arrisca-se essencialmente a isolar a ferramenta do líquido de refrigeração, bem como a reter as cavacos que de outra forma poderiam transportar pelo menos parte do calor.
A regra dos 70 por cento também pode ser aplicada a uma fresagem de ferramentas através do topo de uma superfície. Neste caso, a largura da característica deve ser de 70% do diâmetro da ferramenta. A ferramenta é deslocada 10 por cento para incentivar a criação de cavacos espessos a finos.
Tampa de Aço Ferramenta
Alto…As fresas de avanço – um conceito de ferramenta desenvolvido para usinagem de aços-ferramenta na indústria de moldes/moldes – foram adaptadas nos últimos anos à usinagem de titânio. Uma fresa de alto avanço requer uma leve profundidade axial de corte, mas quando executada a essa leve profundidade, a ferramenta permite taxas de avanço maiores que as fresas com desenhos mais convencionais.
O motivo é o desbaste de cavacos. A chave para uma fresa de alto avanço é uma pastilha com uma curva de raio grande para a sua aresta de corte (ver Figura 10). Este raio espalha a formação da pastilha através de uma grande área de contato na aresta. Devido ao desbaste resultante, uma profundidade axial de corte de 0,040 polegadas pode produzir uma espessura de apara de apenas cerca de 0,008 polegadas. Em titânio, essa fina lasca supera a baixa alimentação por dente tipicamente requerida nesse metal. O desbaste do cavaco abre o caminho para uma maior taxa de alimentação programada do que seria possível de outra forma.
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