Las aleaciones a base de titanio y níquel son algunos de los materiales más exigentes en el mecanizado. Combinan alta resistencia, baja densidad y excelente resistencia a la corrosión y al calor. Estas propiedades las hacen indispensables para la aviación, pero al mismo tiempo dificultan considerablemente el procesamiento. Para la fabricación, esto significa tiempos de inactividad cortos, alta carga térmica y costos crecientes. ISCAR enfrenta estos desafíos con estrategias de herramientas adaptadas que se centran en procesos estables y resultados reproducibles.
Las aleaciones a base de titanio y níquel se utilizan preferentemente en la aviación debido a su alta resistencia mecánica, excelente resistencia a la corrosión y estabilidad térmica en condiciones de uso extremas. A pesar de estas ventajas, presentan grandes desafíos en el mecanizado que afectan directamente la vida útil de las herramientas, la calidad de la superficie y la estabilidad del proceso. En el desarrollo de nuevos sistemas de herramientas, el enfoque está en aumentar la vida útil y mejorar la rentabilidad en la fabricación.
Los componentes aeronáuticos se fabrican con materiales diseñados específicamente para su uso bajo altas cargas mecánicas, temperaturas elevadas y condiciones ambientales agresivas. Las aleaciones a base de titanio y níquel ofrecen una excelente relación de resistencia a peso, así como una resistencia al calor excepcional. Esto las hace indispensables para componentes estructurales, componentes de motores y otros grupos críticos de seguridad. Al mismo tiempo, estas mismas propiedades, en comparación con aleaciones de acero o aluminio, conducen a una procesabilidad desafiante. Las bajas tasas de eliminación de material, el aumento del desgaste de la herramienta y los altos requisitos de calidad contribuyen significativamente al aumento de los costos de fabricación.
Alta entrada de temperatura en la herramienta
Las aleaciones de titanio combinan resistencia con baja densidad y excelente resistencia a la corrosión. Debido a esta inusual combinación de propiedades, el titanio se utiliza en muchos campos técnicos especializados a pesar de su precio. Las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio, especialmente la alta resistencia específica con una muy baja elongación a la rotura, junto con una baja conductividad térmica, plantean grandes exigencias al proceso de mecanizado.
Para aclarar: en el mecanizado de acero, la relación de disipación de calor de la viruta a la herramienta de carburo es de aproximadamente el 50 por ciento. Esto significa que la mitad de la temperatura generada es transferida por la viruta a la arista de corte, mientras que la otra mitad permanece en la viruta. En el mecanizado de titanio, el 80 por ciento de la temperatura generada va a la arista de corte. Por lo tanto, la estabilidad térmica del material de corte utilizado es de gran importancia.
Además, el titanio tiene una alta afinidad química con los materiales de corte. Especialmente a bajas velocidades de corte, esto favorece la formación de bordes de acumulación y adherencias de material.
Debido a estos desafíos, ISCAR utiliza sustratos de carburo de tungsteno de grano fino, así como recubrimientos PVD innovadores. Estos se utilizan, entre otros, en familias de herramientas como HELIDO, CHATTERFREE y en varios fresadores de carburo sólido. Aumentan la estabilidad de los bordes y reducen la fricción y el desarrollo de calor.
Preparación especial de bordes y recubrimientos térmicamente estables
Las aleaciones a base de níquel presentan otros, pero igualmente desafiantes, retos para las herramientas de mecanizado utilizadas. Los materiales Ni mantienen su resistencia incluso a altas temperaturas y muestran un comportamiento de endurecimiento en frío pronunciado durante la deformación plástica: se vuelven más firmes y duros, pero también más quebradizos.
En el mecanizado, esto conduce a fuerzas de corte aumentadas, endurecimiento en frío, así como desgaste por muescas, difusión y cavitación. Para limitar el desarrollo de calor, los mecanizadores suelen trabajar con velocidades de corte reducidas. Sin embargo, esto tiene un efecto negativo en la productividad.
ISCAR enfrenta estos desafíos con insertos de corte con preparación especial de bordes y recubrimientos térmicamente estables. Estos se utilizan especialmente en variedades de materiales de corte SUMOTEC, entre otras en las familias de herramientas HELITURN y LOGIQTURN. Están diseñados específicamente para un comportamiento de desgaste predecible durante períodos de uso prolongados.
El material de corte adecuado es crucial
Los procesos de mecanizado para componentes aeronáuticos están sujetos a estrictos requisitos que van mucho más allá de la mera precisión dimensional. Las tolerancias típicas suelen estar entre cinco y diez micrómetros. Al mismo tiempo, se debe garantizar una alta calidad de superficie. El objetivo es evitar microfisuras, acumulaciones de material y tensiones residuales, ya que estos pueden afectar negativamente la resistencia a la fatiga. Además, a menudo hay estructuras de componentes delgadas, geometrías complejas y cortes interrumpidos que aumentan la susceptibilidad a vibraciones y a la expulsión de herramientas. Las herramientas de fresado con paso y hélice variables, como las que se utilizan en las familias ISCAR CHATTERFREE y HELIMILL, están diseñadas específicamente para reducir las vibraciones y aumentar la estabilidad del proceso.
Para soportar cargas mecánicas y térmicas y reducir las roturas en el borde de corte, los materiales de corte utilizados deben tener una relación equilibrada entre dureza y resistencia a la rotura. Generalmente se utilizan grados de carburo de tungsteno de grano fino, ya que son muy resistentes al desgaste incluso en condiciones de corte inestables y suficientemente tenaces.
Para el mecanizado de aleaciones a base de titanio y níquel, a menudo se utilizan recubrimientos PVD. Estos se caracterizan por una alta adherencia, estabilidad térmica y fricción reducida. Al mismo tiempo, actúan como una barrera térmica, ralentizando la entrada de calor en la herramienta y promoviendo un comportamiento de desgaste uniforme y predecible.
Soluciones para fresado, torneado y perforación
En el fresado, especialmente de componentes delgados, se requieren herramientas con división variable y bordes helicoidales para minimizar las vibraciones.
En el mecanizado de aleaciones de titanio, los sistemas de alta alimentación, como la herramienta HELIMILL-HFM, permiten una entrada radial reducida con un aumento simultáneo de la alimentación por diente. Esto reduce las fuerzas de corte que se producen y limita el desarrollo de calor.
En el caso de las aleaciones a base de níquel, el enfoque está en una entrada estable y un grosor de viruta uniforme para minimizar el desgaste local, especialmente el desgaste por muescas en las áreas de transición.
Para soportar las altas cargas mecánicas en los procesos de torneado y fresado, las herramientas requieren sistemas de sujeción especialmente estables para las plaquetas intercambiables. Sistemas como HELITURN, JETCUT y LOGIQTURN están diseñados en consecuencia. Cuentan con asientos de plaquetas estables y preparaciones de bordes de corte optimizadas para condiciones de corte óptimas.
En el mecanizado de aleaciones de titanio, un control confiable de la viruta es muy importante. Las virutas largas interfieren con el proceso de mecanizado y pueden causar daños al componente y a la herramienta. En el torneado de superaleaciones, la geometría de corte y la preparación de bordes juegan un papel central para prevenir el desgaste por muescas y permitir una mayor vida útil.
La calidad de los agujeros tiene un impacto directo en la integridad del montaje y la resistencia a la fatiga en componentes aeronáuticos. Sistemas como SUMOCHAM, QUICK-3-CHAM, así como sistemas de plaquitas intercambiables como DRTWIST y TRIDEEP ofrecen geometrías de corte optimizadas y un suministro interno de refrigerante. Esto mejora la evacuación de virutas y reduce la carga térmica. Los usuarios se benefician de una calidad de agujero consistentemente alta en diferentes materiales y geometrías.
Seguridad del proceso y vida útil en el foco
La compleja interacción de los parámetros de corte, la geometría de la herramienta, la estrategia de refrigeración y la rigidez de la máquina determina la vida útil de las herramientas. Incluso una reducción moderada de la velocidad de corte de solo diez a veinte por ciento puede llevar a una vida útil significativamente más larga al mecanizar aleaciones a base de níquel. ISCAR se centra en un comportamiento de desgaste reproducible y predecible, en lugar de una vida útil teórica máxima. Esto evita fallos de herramientas y aumenta la seguridad del proceso.
Ejemplos de la vida cotidiana de los mecanizadores ilustran que los usuarios pueden aumentar significativamente la vida útil de las herramientas mediante el uso de geometrías de herramienta optimizadas, recubrimientos ajustados y parámetros de corte adecuados. Un usuario pudo aumentar la vida útil en un 30 por ciento mediante el uso de un fresador con hélice variable. Al mismo tiempo, la calidad de las superficies mejoró significativamente, y se benefició de una mayor estabilidad del proceso y menores tasas de desecho.
La integración de bibliotecas de herramientas digitales en sistemas CAM está ganando cada vez más importancia en la aviación. ISCAR ofrece plataformas digitales con datos de herramientas estandarizados que permiten una selección y definición de parámetros consistentes. Esto reduce las variaciones en el ajuste y acorta los tiempos de desarrollo del proceso. Herramientas de simulación y verificación también permiten la evaluación y optimización de estrategias de mecanizado antes de su implementación en la producción. Esto minimiza los riesgos en la fabricación de componentes de alta calidad.
Los tiempos de vida mejorados y los procesos estables tienen un impacto inmediato en la rentabilidad. Reducen el desecho y disminuyen el consumo de energía por componente. Dada la alta coste de los materiales en la fabricación de componentes aeronáuticos complejos, incluso pequeñas mejoras en la eficiencia pueden llevar a grandes ahorros. Al mismo tiempo, los procesos optimizados contribuyen a la sostenibilidad mediante un menor consumo de materiales y un mejor aprovechamiento de las herramientas.
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