Um guia para fresamento eficiente de titânio em sua fresadora CNC

A liga de titânio - um metal tecnológico conhecido como "metal espacial" - hoje é um material preferido na indústria aeroespacial, na medicina e na produção de ponta devido à sua alta relação resistência-peso, resistência à corrosão e biocompatibilidade. Mas antes de ser fresado usando CNC, os engenheiros temiam sua complexidade.

Ele oferece o melhor em desempenho e a compensação em preço: trepidação, lascamento de ferramentas e problemas de gerenciamento térmico. Todas essas questões não apenas consomem seu orçamento de ferramentas, mas também colocam implacavelmente a eficiência de sua produção. Mas a verdade é que o titânio não é incontrolável. Trata-se de compreender o seu comportamento e empregar parâmetros de processo precisos.

Este livro irá guiá-lo através das dificuldades superadas do fresamento CNC, desde a otimização dos parâmetros até a seleção do equipamento, passando pelo controle de custos, para poder ter uma usinagem mais econômica e eficaz.

Resumo das principais respostas

O que está no centro do fresamento de titânio? JS Precision fornece uma análise aprofundada dos cinco parâmetros mais críticos

Para ter sucesso no fresamento de titânio, você deve primeiro avaliar o valor de uma fonte sólida de experiência. A JS Precision está profundamente envolvida no campo de fresamento CNC há quase 10 anos, seguindo rigorosamente o sistema de gerenciamento de qualidade ISO 9001, e concluiu mais de 3.000 tipos de peças de fresamento CNC para processamento de liga de titânio.

Isso inclui a usinagem de suportes de motores de aeronaves Ti-6Al-4V para mais de 200 fabricantes de peças de aeronaves e a produção de implantes de titânio puro para empresas de dispositivos médicos. Isso gerou mais de 50.000 horas de dados reais sobre fresamento de titânio.

Por exemplo, a JS Precision reduziu o tempo de usinagem de uma peça Ti-5553 de um cliente de componentes automotivos. Ao ajustar a profundidade radial de corte e a refrigeração, eles dobraram a vida útil da ferramenta de oito para 14 peças e reduziram o tempo de usinagem em 25%.

Este manual é o culminar do esforço da equipe JS Precision em reunir esses casos práticos e dados de processo. Cada recomendação de parâmetro foi validada em condições reais de chão de fábrica. Isso permitirá que você entenda claramente a natureza do fresamento de titânio com fresadora CNC e fornecerá suporte teórico para soluções subsequentes de fabricação de fresamento CNC personalizado.

As fresadoras CNC da JS Precision têm considerável experiência em fresamento de titânio e podem processar uma enorme variedade de peças fresadas CNC com alta precisão. Informe-nos primeiro sobre seus requisitos de processamento e nós o conduziremos pelo processo normal para processar seu pedido e oferecer um serviço profissional a você.

Por que a liga de titânio é o "teste final" para fresadoras CNC?

Enquanto, na usinagem de ligas de titânio, a maioria dos engenheiros se pergunta: Por que os requisitos para fresadoras com CNC são tão rígidos? A resposta está em quatro características que o tornam o "teste definitivo" para fresadoras CNC e impõem requisitos ainda mais elevados ao desempenho dos componentes das fresadoras CNC.

1.Baixa condutividade térmica:

A condutância térmica da liga de titânio é apenas 1/5 da do aço. O calor é difícil de ser removido pelos cavacos na usinagem, e a maior parte dele flui para a borda da ferramenta para se acumular, resultando facilmente em desgaste de cratera e desgaste rápido da ferramenta.

2.Trabalho duro e alta resistência:

A liga de titânio é forte e, na usinagem,uma camada superficial endurecida é formada. O próximo corte é como usinar essa "casca dura", acelerando mais uma vez o desgaste da ferramenta.

3.Afinidade química:

Em altas temperaturas, o titânio reage quimicamente com revestimentos de ferramentas (por exemplo, carbonetos), causando desgaste por difusão e adesão, influenciando a vida útil da ferramenta e o acabamento superficial.

4. Baixo módulo de elasticidade: as peças de trabalho irão "saltar" quando submetidas a forças de corte, reduzindo a precisão da usinagem e causando facilmente vibração ao cortar peças de paredes finas. Isso requer componentes de fresadora CNC com maior resistência à vibração.

Superando desafios: métodos e técnicas pragmáticas para usinagem eficaz de ligas de titânio

Como a usinagem de ligas de titânio é tão difícil, existem métodos e estratégias viáveis para superar esses problemas? A resposta é afirmativa. A JS Precision, que está no negócio de fresamento CNC há décadas, resumiu quatro estratégias principais para permitir que você usine ligas de titânio com sucesso, tanto para peças de fresamento CNC rotineiras quanto complexas.

1. O gerenciamento térmico é da mais alta prioridade:

Todas as atividades de otimização devem girar em torno da redução da geração de calor e da obtenção da dissipação máxima de calor, como selecionar métodos de resfriamento apropriados para evitar o acúmulo de calor na aresta de corte da ferramenta.

2. Carga sustentada:

Metodologias de programação como fresamento trocoidal e fresamento dinâmico evitam variações violentas de carga ao entrar e sair da ferramenta, o que limita os danos à ferramenta e mantém a Fresadora com CNC operando de forma estável.

3. A rigidez é a prioridade:

Garantir a rigidez adequada ao sistema do processo, como máquina-ferramenta, acessórios, ferramentas e peça de trabalho, é crucial na batalha contra ressaltos e vibrações da peça de trabalho e é fundamental para garantir a usinagem precisão. Requer componentes premium de fresadora CNC.

4. A nitidez é importante:

As forças de corte são reduzidas usando geometrias de corte e arestas de corte com ângulo de inclinação positivo e agudo, o que torna o corte um processo de cisalhamento em vez de um processo de compressão e que endurece menos.

A JS Precision concentra-se no gerenciamento térmico e na rigidez para superar os desafios da usinagem de ligas de titânio utilizando Fresadora com CNC. Se você precisar de peças de fresamento CNC sob medida, entre em contato conosco por e-mail para fazer um pedido de serviço. Utilize o processo simples para fazer pedidos e entrar rapidamente em produção.

Figura 1 Três especificações de fresas CNC com furo frio interno e design de ranhura em espiral.

A ciência da sequência de otimização: otimize os parâmetros mais importantes

Uma vez dominadas as técnicas, a ordem de otimização dos parâmetros é crítica. A maioria das pessoas ajustaria a velocidade de corte primeiro, mas JS Precision, com vários anos de experiência em fresamento CNC, descobriu que a ordem correta de otimização precisa ser "resolver primeiro os parâmetros 'geométricos' e depois otimizar os parâmetros 'cinemáticos'."

Ele pode oferecer o melhor desempenho da fresadora com CNC e atender aos requisitos de eficiência do serviço de fresagem CNC on-line de forma mais adequada.

Etapa 1: Escolha a profundidade do corte.

Com base nas propriedades da peça e na rigidez do sistema de processo, primeiro determine profundidades de corte axiais e radiais seguras e viáveis. Isso estabelece a base para a otimização dos parâmetros restantes. Se a profundidade de corte estiver definida incorretamente, a modificação posterior de outros parâmetros não beneficiará a eficiência.

Etapa 2: Selecione o avanço por dente.

Dependendo dos requisitos de qualidade da superfície da peça e da vida útil da ferramenta, escolha uma taxa de avanço que evite fricção e endurecimento por trabalho. No acabamento, por exemplo, o avanço deve ser mantido o mais baixo possível para evitar sacrificar a suavidade da superfície.

Etapa 3: Defina a velocidade de corte.

Este é o parâmetro mais importante. A partir das duas etapas anteriores, defina valores conservadores e teste-os. Através do monitoramento da vida útil da ferramenta, você pode otimizar passo a passo e encontrar o melhor compromisso entre eficiência e custo.

Seguindo a sequência de otimização de parâmetros científicos e consultando o padrão de dados de ferramentas de corte ISO 13399, a equipe técnica da JS Precision escreverá uma solução para sua fresadora com CNC de acordo com suas necessidades. Se você precisar de serviços online de fresagem CNC, não hesite em entrar em contato conforme sua conveniência. Nosso procedimento de pedido é simples, permitindo-nos atender às suas necessidades de usinagem rapidamente.

Otimização detalhada dos cinco parâmetros principais: da teoria à prática

Agora que determinamos a ordem de otimização, vamos abordar os métodos de otimização para os cinco parâmetros básicos. Com base na experiência prática da JS Precision com fresamento CNC, esses métodos permitirão que você conecte a teoria à prática da Fresadora com CNC.

A JS Precision compilou uma tabela de referência para otimizar cinco parâmetros principais no fresamento de ligas de titânio, com base em mais de 50.000 horas de experiência em processamento de ligas de titânio:

Velocidade de corte: a faca de dois gumes do gerenciamento térmico

Velocidade de corte muito alta ou muito baixa não é aceitável. Velocidade excessiva causará acúmulo de impacto, produzindo baixa qualidade superficial e falha da ferramenta devido ao desgaste abrasivo, enquanto velocidade insuficiente causará aumento anormal na temperatura de corte, resultando em deformação plástica e desgaste químico da ferramenta.

Dica de otimização: Comece com uma velocidade de 70-100 m/min ao cortar Ti6Al4V, registre a vida útil da ferramenta por corte e depois aumente em 5 m/min até encontrar a melhor velocidade.

Avanço por dente: controlando a espessura dos cavacos - a arte

Existe uma regra de ouro: certifique-se de que a espessura mínima do cavaco seja maior que o raio da aresta da ferramenta, caso contrário, você estará esfregando e triturando o material em vez de cortar como deveria.

Dica de otimização: Para acabamento, comece com 0,05-0,1 mm/z, para desbaste, tente 0,15-0,25 mm/z. O fresamento com alto avanço é uma ferramenta agressiva para desbaste de ligas de titânio e pode aumentar a eficiência das peças fresadas CNC.

Profundidade de corte axial: um equilíbrio entre força de corte e estabilidade

O corte completo é proibido. Evite usar a largura total da ranhura (profundidade radial do corte = diâmetro da ferramenta) e corte em toda a aresta.

Dica de otimização: experimente fresar em rampa com profundidade de corte baixa (0,5-1xD) e largura de corte alta (0,7-0,8xD) ou fresamento lateral com profundidade de corte alta e largura de corte baixa (10-30% de D). Isso distribuirá o calor e as forças de corte.

Profundidade de corte radial: controlador de vida útil da ferramenta

Dica de otimização: No fresamento lateral, defina a profundidade radial de corte para 30%-50% do diâmetro da ferramenta. Isto otimiza o raio da ponta da ferramenta, otimiza o volume de dissipação de calor e melhora significativamente a vida útil da ferramenta. Este é um método que a JS Precision usa na usinagem de peças de fresamento CNC e pode ser aplicado a condições de processamento em lote em serviços on-line de fresamento CNC.

Lubrificação e resfriamento: o "sexto parâmetro" desconhecido

A pressão é a chave para o resfriamento.É necessário pelo menos 70 bar de pressão interna do líquido refrigerante para quebrar a barreira de ar e fornecer o fluido de corte para a zona de corte.

Dica de otimização: Use um método de resfriamento com mistura de óleo e ar para lubrificar e micro-resfriar. Use um fluido de corte específico para uso em ligas de titânio para fornecer proteção contra pressão extrema.

Deseja melhorar a eficiência e prolongar a vida útil da ferramenta? Obtenha imediatamente a tabela de parâmetros de processamento de liga de titânio personalizada para você.

Figura 2 Fresamento CNC complexo de carcaça de liga de titânio com estrutura de redução de peso de grade.

Equação de custos: como a otimização de parâmetros afeta seu custo total de usinagem

Toda empresa se preocupa com o custo de usinagem, e a otimização dos parâmetros de fresamento de titânio tem um impacto proporcional nos custos totais de usinagem. É uma fórmula fácil para calcular o custo: Custo total = (custo de mão de obra + taxa de hora de máquina) × tempo de usinagem + custo da ferramenta.

Para mostrar mais claramente o impacto da otimização de parâmetros, a JS Precision forneceu dados de comparação de custos para um cliente que usina peças de Ti-6Al-4V:

Como mostra a tabela, aumentar o avanço e a profundidade de corte reduz drasticamente o tempo de usinagem, ao reduzir diretamente os custos da máquina e da mão de obra, otimizar a velocidade e o resfriamento pode expandir a vida útil da ferramenta e reduzir os custos da ferramenta.

A experiência da JS Precision não é simplesmente buscar a velocidade mais alta ou a vida útil mais longa da ferramenta, mas encontrar o ponto de equilíbrio que minimize a soma de "custo de tempo + custo da ferramenta". A JS Precision fornece preços transparentes de fresamento CNC com base em diferentes requisitos de peças, para que você possa controlar os custos antecipadamente.

Diferenças diferenciadas de materiais: ajustes de parâmetros para diferentes graus de liga de titânio

As condições de processamento para diferentes tipos de ligas de titânio devem ser personalizadas, elas não podem ser universais. A JS Precision desenvolveu métodos de ajuste especiais para fresamento CNC de peças de diferentes tipos de ligas de titânio, conforme mostrado na tabela a seguir:

Para determinados tipos de liga de titânio, personalizamos ainda mais os parâmetros integrando a funcionalidade dos componentes da fresadora CNC para equilibrar usinagem de qualidade e eficiência.

Figura 3 Peças típicas para fresamento CNC de ligas de titânio GRAU 2 e GRAU 5 (Ti-6Al-4V).

Escolhendo a máquina adequada: cinco fatores-chave para escolher uma fresadora CNC para usinagem de titânio

Apesar dos parâmetros e procedimentos adequados, a fresadora CNC certa é crucial. A JS Precision, sendo uma empresa com anos de experiência em fresamento CNC, listou cinco fatores críticos para a escolha de uma fresadora CNC para fresar titânio para ajudá-lo a fazer a seleção certa da máquina:

Rigidez e Peso:

Quanto mais pesada e rígida for a estrutura da máquina, menos a máquina vibrará, reduzindo a trepidação durante o fresamento e mantendo a precisão das peças.

Potência e torque do fuso:

A usinagem de titânio requer alto torque, não alta velocidade. Conheça a capacidade de torque do fuso nas faixas de velocidade baixa e média para produzir força de corte suficiente.

Sistema de refrigeração interna de alta pressão:

O "bilhete de entrada" para usinagem de titânio e essencial. Quanto mais alto, melhor (acima de 100 bar ideal), para garantir o resfriamento adequado da área de corte.

Estabilidade e precisão:

Isso inclui recursos como motores lineares, guias de rolos e outros que fornecemalta precisão dinâmica e estabilidade e são adequados para usinagem de peças de precisão de ligas de titânio.

Sistema de controle e software:

Os controladores avançados são capazes de lidar melhor com caminhos de ferramentas complexos e fornecer controle proativo para obter um processo de usinagem suave e reduzir o desgaste da ferramenta.

A JS Precision oferece fresadoras com CNC de grande rigidez e refrigeração interna de alta pressão para permitir a usinagem de titânio, com usinagem estável garantida. Se você precisar de peças de fresamento CNC personalizadas, entre em contato conosco para discussão. Em seguida, seguiremos o procedimento normal de pedido para garantir um serviço de usinagem de qualidade.

Estudo de caso: como a JS Precision economizou 40% dos custos de ferramentas para clientes de suportes aeroespaciais por meio da otimização de parâmetros

Pontos problemáticos do cliente

JS Precision trabalhou anteriormente com uma empresa de drones que tinha problemas clássicos:

Quando o Ti-6Al-4V foi usado para usinar o suporte da fuselagem de alta resistência (150 × 80 × 30 mm), as condições iniciais do processo foram conservadoras, utilizando fresa de topo de φ10 mm para fresamento de canais de corte completo a uma taxa de avanço de apenas 0,08 mm/z.

O tempo de usinagem de uma peça chegava a 45 minutos e a vida útil da ferramenta era altamente instável. O consumo médio de uma pastilha por peça foi de 1,5 e portanto,o custo da ferramenta foi de US$ 90 por peça, enquanto o custo geral se manteve alto.

Sendo uma peça-chave da usinagem CNC, a eficácia da usinagem e o custo do suporte afetaram diretamente o cronograma de produção do cliente.

Solução de precisão JS

O pessoal da JS Precision conduziu uma auditoria de processo após o recebimento do pedido e determinou que o fresamento de corte total resultou em forças de corte concentradas e atrito severo, a principal causa do desgaste violento da ferramenta. A seguinte solução específica foi então desenvolvida:

• O fresamento de corte completo foi alterado para o método de fresamento dinâmico, com uma fresa de topo de φ12 mm para fornecer uma carga de corte uniforme.
• A velocidade de corte foi aumentada de 60 m/min para 85 m/min e o avanço por dente de 0,08 mm/z para 0,18 mm/z. A rampa foi usada com profundidade de corte rasa (0,8xD) e largura de corte ampla (0,7xD).
• Além disso, o sistema de resfriamento interno de 120 bar da fresadora com CNC foi usado ao máximo nível possível para permitir facilidade na remoção de calor.

Comparação de resultados

Os resultados da otimização foram dramáticos: o tempo de usinagem por peça foi reduzido de 45 minutos para 28 minutos, um ganho de produtividade de 38%. A vida útil da ferramenta também foi muito maior, com uma única pastilha capaz de usinar três peças. O custo da ferramenta por peça foi reduzido de US$ 90 para US$ 40, uma redução de 55%.

Depoimento do cliente: "Os engenheiros da JS Precision não recomendaram ferramentas mais caras. Na verdade, eles abordaram os pontos problemáticos em uma otimização de parâmetros feita cientificamente. A economia real de custos vem da inteligência de processo, que tem melhor desempenho do que a otimização de componentes de fresadoras CNC."

Quer replicar este caso de redução de custos em 55%? Envie as informações da sua peça imediatamente e você receberá um 'Plano de otimização de parâmetros de processamento de liga de titânio' exclusivo e gratuito. Nossos engenheiros calcularão o custo exato para você dentro de 2 horas.

Figura 4 Suporte aeroespacial de titânio para fresamento CNC

Perguntas frequentes

Q1: Na usinagem de ligas de titânio, usamos fluido de corte ou ar comprimido?

O fluido de corte de alta pressão é o fluido mais adequado para uso na usinagem de ligas de titânio em operações de desbaste devido ao fato de que remove efetivamente muito calor da área de corte, mantendo a ferramenta firmemente na posição e reduzindo o desgaste. Uma mistura de ar-óleo ou ar comprimido será suficiente para algumas operações de acabamento, mas não pode suportar o calor elevado que acompanha as operações de desbaste. O fluido de corte é, portanto, mais adequado para tais operações.

Q2: Conheço "fresamento de alto avanço". É adequado para ligas de titânio?

O fresamento com alto avanço é realmente muito adequado para usinagem de ligas de titânio. O fresamento de alto avanço utiliza pastilhas especiais, usinagem em profundidade de corte axial pequena e alto avanço por dente, com cavacos finos e grossos. Esse lascamento auxilia na remoção de calor e reduz as forças de corte radiais, tornando-o um meio eficaz de usinagem em desbaste de ligas de titânio, com maior eficiência de usinagem.

Q3: Quais são os modos de falha de ferramenta mais comuns na usinagem de ligas de titânio?

Desgaste de flanco é um modo de falha progressivo comum na usinagem de ligas de titânio e pode ser esperado. Mas lascas, trincas térmicas ou entalhes anormais, sendo incomuns, provavelmente serão devidos à velocidade de corte, taxa de avanço ou condições de refrigeração incorretas, cuja retificação deve ser feita a tempo para evitar falhas.

Q4: Posso realizar experimentos de otimização de parâmetros de forma independente?

Você mesmo pode tentar experimentos de otimização de parâmetros, mas deve-se ter cuidado. A abordagem de variável única deve ser empregada na qual apenas um parâmetro (por exemplo, velocidade de corte) é alterado por vez e a vida útil da ferramenta e a qualidade da superfície são anotadas. Os experimentos devem ser iniciados em condições seguras e conservadoras e conduzidos em um arranjo de usinagem seguro para evitar perigos. Em caso de dúvida, ligue para nossa equipe de especialistas para obter conselhos personalizados sobre fabricação de fresamento CNC.

Q5: Como garantir a competitividade de preços para projetos de usinagem CNC de titânio?

A ineficiência foi eliminada como um elemento de nossos preços ao priorizar a eficiência do processo em detrimento da economia de materiais. As evident through the case analysis conducted for you, parameter optimization knowledge does have a direct effect of minimizing machining time as well as tooling, which are the largest expense variables. We give you detailed estimates so that you can account for what you are specifically getting as your expense. Get an estimate today!

Q6: What is your typical lead time for manufacturing titanium parts?

In the case of standard complexity parts, our lead time starts from 3 days. This can vary depending on the geometry of the parts and the post-processing involved. A commitment to fast production and accuracy will be made when our engineering team reviews the project plan that you submit to us. A quick estimate of lead time can be obtained if you upload your drawings with us.

Q7: How do you manage quality control and consistency for high-performance materials like titanium?

We perform a multistage process: FAI with CMMs, in-process checks through the machining, and a final dimensional and visual inspection to your specifications. For critical aerospace or medical components, we can provide full inspection reports with material certifications. Our ISO 9001:2015 certification ensures a systematic quality management system.

Q8: What is the process to start a project and how do we communicate during manufacturing?

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Resumo

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JS

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Especializamo-nos em usinagem CNC, impressão 3D, fundição de uretano, ferramental rápido, moldagem por injeção, fundição de metais, chapas metálicas e extrusão.

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