L'aliatge de titani de grau 5, també conegut com a Ti-6Al-4V, és àmpliament reconegut com un material difícil de mecanitzar en comparació amb els acers al carboni, els acers inoxidables i els aliatges d'alumini convencionals. Tot i que es pot tallar, fresar, perforar i tornejar amb èxit amb les eines i els paràmetres adequats, les seves propietats físiques i mecàniques úniques condueixen a una eficiència de mecanitzat relativament baixa, un alt desgast de les eines i requisits estrictes per a les condicions de processament. A continuació es fa una anàlisi detallada de la seva mecanització i dels principals reptes durant el tall.
La principal dificultat en el mecanitzat de Ti-6Al-4V prové de la seva baixa conductivitat tèrmica.
Els aliatges de titani condueixen molt malament la calor. Durant el mecanitzat, la major part de la calor generada no es pot dissipar ràpidament a la peça de treball o a l'atmosfera, sinó que es concentra en el tall de l'eina. Aquesta alta temperatura localitzada suavitza o danya ràpidament el material de l'eina, provocant un desgast greu, una adherència o fins i tot una fallada de l'eina. Com a resultat, les velocitats de tall s'han de mantenir molt inferiors a les que s'utilitzen per als acers, normalment entre 30 i 80 m/min per al tornejat i més baixes per a la perforació i el fresat.
Un altre repte és la seva gran resistència a temperatures elevades. Ti-6Al-4V manté una resistència i duresa significatives fins i tot sota les altes temperatures generades durant el tall.
Això significa que el material resisteix la deformació i la separació durant tot el procés de tall, col·locant fortes càrregues mecàniques a la vora de l'eina. La combinació d'alta temperatura i estrès elevat accelera el desgast de les eines, que és un dels problemes més destacats de la producció.
El Ti-6Al-4V també presenta una forta adherència i tendència a formar vora acumulada (BUE). Durant el tall, els àtoms de titani es difonen i s'uneixen fàcilment amb materials d'eines, especialment eines de carbur.
Això fa que el material de la peça es soldi a la vora de tall, formant una vora acumulada. Quan el BUE es trenca, elimina les partícules de l'eina, provocant un ràpid desgast dels flancs i un acabat superficial deficient. Aquest problema és especialment evident a velocitats de tall baixes i refrigeració insuficient.
A més, els aliatges de titani tenen un mòdul elàstic baix, la qual cosa significa que el material tendeix a remuntar sota pressió de tall.Els components de paret prima o les peces esveltes són propensos a vibracions, deflexió i errors dimensionals. Aquest efecte de retorn elàstic també augmenta la fricció entre la peça de treball i el flanc de l'eina, empitjorant el desgast de l'eina i la rugositat de la superfície. Per tant, són essencials les màquines eina rígides, la fixació sòlida i els camins adequats per a les eines.
Tanmateix, amb estratègies de mecanitzat optimitzades, el Ti-6Al-4V es pot mecanitzar amb una eficiència i una qualitat acceptables.
Les solucions clau inclouen: utilitzar eines de carbur cimentat amb gra fi i alta estabilitat tèrmica; aplicar abundant lubricació de refrigeració a alta pressió per reduir la temperatura; adoptant velocitats de tall moderades, grans velocitats d'alimentació i profunditat de tall moderada; mantenir eines afilades; i millorar la rigidesa del sistema per minimitzar la vibració.
En resum, la mecanització de l'aliatge de titani de grau 5 és de baixa a moderada.No és impossible mecanitzar, però el procés es caracteritza per una baixa velocitat de tall, un alt desgast de l'eina, una gran concentració de calor i una sensibilitat a la vibració. Amb paràmetres correctes, equips rígids, refrigeració eficaç i eines adequades, es pot aconseguir un mecanitzat estable i precís. A causa d'aquestes dificultats, el mecanitzat de Ti-6Al-4V sol requerir experiència de processament especialitzada i costos de fabricació més elevats en comparació amb els metalls ordinaris.
