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Nikki Stokes
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El titanio está cada vez más presente en muchos de los talleres de maquinaria modernos, por lo que ha comenzado la carrera para desarrollar una nueva tecnología de procesos y de herramientas capaz de superar la compleja maquinabilidad de este útil material de diseño.
Las propiedades térmicas, químicas y físicas del titanio y de sus aleaciones lo convierten en un material excepcionalmente exigente para mecanizar. Entre las características del titanio se incluyen las siguientes:
- Riesgo de desgaste de la herramienta debido a la exposición del filo de corte a altas temperaturas (el titanio es un mal conductor del calor).
- Rotura/desgaste de la herramienta debido a la tendencia a la “adherencia” del titanio, que causa la soldadura de las virutas a la plaquita, lo que provoca roturas en el filo al volver a introducir el corte.
- Vibración/flexión del material debido a su elasticidad.
- Riesgo del rápido desgaste de la herramienta debido a la alta presión localizada en combinación con el calor en la pequeña superficie de contacto.
Existen algunas reglas generales para el mecanizado de titanio que pueden ayudar a superar estos factores como, por ejemplo, utilizar velocidades de corte relativamente bajas, utilizar filos de corte afilados, optimizar las velocidades de avance y evitar dejar al ralentí durante el corte. <0} {0> Asimismo, el uso de grandes volúmenes de refrigerante, preferiblemente a alta presión a través del husillo y de la herramienta, también sirve de ayuda, del mismo modo que resulta útil la sustitución de los filos de corte ante el primer signo de desgaste, así como el uso de fresado ascendente (descendente) siempre que sea posible.
Es necesaria una planificación exhaustiva al realizar el mecanizado de titanio. Entre los primeros factores determinantes se encuentra la selección de la herramienta de corte adecuada. Las fresas con plaquitas intercambiables eliminan el material de forma más eficaz y en la actualidad se consideran la primera opción para el desbaste, además de ser inmejorables para realizar el acabado frontal de grandes superficies planas. Las fresas de metal duro siguen siendo la opción preferida para las operaciones de acabado y de semiacabado y en los casos en los que los radios, las cavidades y las ranuras son demasiado pequeños para las herramientas con plaquitas intercambiables.
Al seleccionar una fresa especial para el titanio es importante incluir un ángulo de inclinación positivo, con un filo de corte afilado pero resistente y una calidad de metal duro cementado que pueda resistir las exigencias químicas y térmicas del titanio. La tecnología de plaquitas intercambiables ha avanzado de forma considerable con relación a la geometría y al material de la herramienta y se está situando como una solución más rentable entre las opciones disponibles de herramientas de acero de alta velocidad y de metal duro, incluso para las herramientas de tamaño grande y mediano. Hasta hace poco, las innovaciones en el mecanizado de titanio no parecían ser demasiado notables, pero algunos avances recientes han mejorado el rendimiento del fresado.
Entre las aplicaciones cada vez más comunes del titanio se incluyen los componentes aeroespaciales. El fresado radial es la solución predominante debido en parte a la presencia de ciertos elementos como, por ejemplo, cavidades, perfiles, escuadras, ranuras y filos. Pero existe otra razón: la gran profundidad radial de los cortes (Ae) provoca una disminución considerable en la vida de la herramienta, mientras que las grandes profundidades axiales de corte (Ap) tienen relativamente poca influencia en la vida de la herramienta.Una fresa de paso reducido y de filo largo con un empañe radial del 30% y tanto empañe axial como la aplicación permita es la forma más eficaz de eliminar el titanio.
Una fresa de filo largo con plaquitas intercambiables está formada por varias filas de plaquitas que imitan el filo helicoidal y continuo de las fresas duras. Los filos de corte completamente fijos son fundamentales para el fresado de titanio; cualquier movimiento, incluso en las operaciones de desbaste, puede provocar un desgaste desigual, así como hacer peligrar el filo de corte. Una indicación de desgaste ligero de la herramienta o el embotamiento del filo en el titanio provocan rápidamente una rotura.
En estas condiciones, era esencial que la nueva fresa de filo largo CoroMill 690 de Sandvik Coromant tuviera un diseño de plaquitas exclusivo. La ubicación precisa y el acoplamiento fijo de la plaquita proporcionan la capacidad para una mayor velocidad de arranque de metal con canales de salida de virutas espaciosos. Las plaquitas de la fresa 690 se han optimizado para el titanio a través de un nuevo proceso de fabricación de plaquitas que proporciona una plaquita más afilada y de presión directa que provoca un corte más ligero, un empañe más amplio, una menor necesidad de potencia y una capacidad para mayores velocidades de avance. La geometría está especialmente diseñada para el fresado radial de titanio con una acción de corte que aumenta la vida de la herramienta. Esto ha producido una pieza de trabajo más resistente y fiable para un desbaste más eficaz de cavidades y de filos de grandes cantidades de material, que suele ser el requisito de los componentes aeroespaciales.
La aplicación de refrigerante a alta presión, a través del husillo y de la herramienta, durante el 
mecanizado de titanio afecta a la distribución del calor, a la formación de virutas, al desgaste de la herramienta y a la integridad de la superficie y, por lo tanto, supone una gran mejora del rendimiento. El chorro de refrigerante a presión procedente de las boquillas desempeña una función esencial en el control de la temperatura, ya que las boquillas se pueden dirigir directamente a la parte de la plaquita en contacto con la superficie acabada, creado un efecto “de cuña hidráulica”. El refrigerante a alta presión se puede adaptar fácilmente a la máquina-herramienta gracias al sistema de sujeción de herramientas Coromant Capto, que constituye una norma ISO.
Cuando la aplicación implica cavidades profundas y estrechas, una fresa de metal duro en un mandril extensible no representa la estabilidad óptima, ya que limita los datos de corte y puede suponer un riesgo para la calidad de los componentes. No obstante, el concepto de fresas de cabeza intercambiable ofrece ventajas para la capacidad de alto acabado e intercambiabilidad. El acoplamiento entre la cabeza y el mango es un factor clave para este tipo de concepto de herramienta, ya que el rendimiento se basa en la resistencia, en la estabilidad, en la precisión, en la repetibilidad y en la facilidad de manipulación.
Una superficie de gran sujeción axial, una superficie de sujeción radial inclinada y una rosca y una sujeción del tornillo especialmente desarrollados son los elementos esenciales de la nueva fresa de cabeza intercambiable CoroMill 316 de Sandvik Coromant. El diseño innovador proporciona el acoplamiento necesario entre la cabeza y el mango, así como la base para un alto rendimiento en el caso de herramientas con una gran prolongación.
En el caso del titanio de fresado frontal, resulta esencial considerar la posición de la fresa en relación con la pieza de trabajo, así como la relación del diámetro de la fresa con el ancho de la pieza de trabajo. La fresa debe permanecer en una trayectoria que permita el contacto completo, en lugar de varias pasadas al realizar el fresado de grandes superficies y, si es posible, se debe evitar la interrupción de los cortes.
Con respecto al tipo de fresado de superficie, la mejor opción suele ser una fresa de plaquita redonda, como la CoroMill 300 , debido a la resistencia y a la geometría del filo de corte. El tamaño utilizado es un equilibrio entre la profundidad de corte requerida, el elemento que se va a mecanizar y la capacidad de la herramienta de mecanizado.
Se trata de una fresa de semiacabado y de desbaste fiable y muy eficaz, que también puede realizar el mecanizado de cavidades a través de la interpolación helicoidal. La alta velocidad de arranque de metal, la larga vida de la herramienta y la buena seguridad son posibles ventajas de este tipo de fresa.
Una fresa con un ángulo de entrada muy pequeño (por ejemplo, 10°) puede tener un efecto de reducción del grosor de las virutas, facilitando así altos niveles de avance. Si se combina con una pequeña profundidad de corte, el fresado de alto avance puede ser un método de mecanizado muy eficaz y no impone altos niveles de potencia ni de par, lo que permite el uso de máquinas más pequeñas y menos resistentes.
Una fresa de alto avance a 10° , como la CoroMill 210 , con una plaquita cuadrada también se puede utilizar de forma favorable para realizar el mecanizado de titanio: el fresado axial.
La fresa penetra de forma axial, introduciéndose continuamente en el material; siendo la fuerza de corte dominante dirigida en un sentido ascendente al husillo de la máquina con lo que se contrarresta de forma adecuada.
Con este grado de estabilidad, la fresa sirve también para herramientas con gran prolongación.
En resumen, la profundidad axial de corte es la mejor opción para la optimización de la velocidad de arranque de metal en el fresado de desbaste de titanio, mientras que la velocidad de avance es la mejor solución para optimizar el acabado. La velocidad de corte siempre está limitada al realizar el mecanizado de titanio, aunque a diferentes niveles, en los dos tipos de operaciones. Con esta información básica sobre el titanio, junto con la selección y aplicación correctas de las herramientas de corte, se pueden llevar a cabo muchas mejoras relacionadas con la optimización del mecanizado de titanio para convertirlo en un proceso más fiable y más competitivo.
Para obtener información adicional sobre la gama de herramientas SANDVIK para ciclos de mecanizado en diferentes materiales, técnicas y tecnologias, se sugiere visitrar su web: www.sandvik.coromant.com/es
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Sandvik Coromant, un área de producción dentro de Sandvik Tooling, es una marca líder en el mundo de las herramientas de corte para torneado, fresado y taladrado, así como de sistemas de herramientas modulares para tornos y centros de mecanizado. Con unos 8.000 empleados, Sandvik Coromant está representada por su propio personal de ventas y especialistas en más de 60 países.
Además, existe una red de distribuidores establecida. 20 centros de productividad de tecnología avanzada, ubicados por todo el mundo para proporcionar a los clientes y al personal de Sandvik Coromant toda la formación en soluciones de mecanizado para una mayor productividad.