Mecanizado de titanio: ¿Por qué se calienta el cabezal de la máquina?

¿Has intentado mecanizar titanio alguna vez? ¿Te has dado cuenta de que al hacerlo, tanto la herramienta como el cabezal tienen una gran tendencia a calentarse? ¿Sabes por qué pasa esto?

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El titanio pertenece al grupo S de materiales para piezas a mecanizar junto con las superaleaciones termorresistentes (HRSA), lo que de entrada ya nos indica que se trata de un material difícilmente mecanizable. Si miramos sus propiedades mecánicas, veremos que, efectivamente, sus características no son precisamente las más adecuadas para hacer de su mecanizado algo sencillo:

  • Dureza 36 HRC (va a depender mucho de la aleación y tratamiento)
  • Conductividad térmica de 22 W/Km
  • Calor específico 520 J/KgK
  • Fuerza especifica de corte 1400N/mm2

En definitiva, hablamos de un material duro, con poca conductividad térmica, alto calor específico y alta fuerza específica de corte. Esto se traduce en que es un material que requiere grandes esfuerzos para ser mecanizado en máquina herramienta, que genera una gran cantidad de calor y que además, debido a su baja conductividad térmica, no va a tener tendencia a evacuar el calor a través de la propia pieza, con lo que tanto la herramienta como su cabezal tenderán a calentarse. En principio, esto debería ser suficiente para explicar por qué se calienta el cabezal de la herramienta y la herramienta al mecanizar titanio… Sin embargo, observemos las propiedades del acero inoxidable F-316:

  • Dureza 15 HRC
  • Conductividad térmica de 16 W/Km
  • Calor específico 502 J/KgK
  • Fuerza especifica de corte: similar e incluso superior a la del titanio

Excepto en lo que respecta a la dureza, podemos observar que el acero inoxidable tiene unas propiedades similares a las del titanio en los valores observados… Pero sin embargo, los aceros inoxidables están dentro del grupo de materiales M, más sencillos de mecanizar que los del grupo S al que pertenece el titanio. Además, ni mucho menos calientan tanto la herramienta ni el cabezal como lo hace el titanio, a pesar de poseer un coeficiente de conductividad térmica aún peor.

Siendo así, podemos deducir que existen algunas características particulares del titanio que hacen que éste sea un material más difícil de mecanizar que los aceros inoxidables. Entre ellas, podemos destacar las siguientes:

  • Mantiene su resistencia a altas temperaturas (con lo que el calor generado en el corte no lo hace más fácilmente mecanizable)
  • Generación de mucho calor en el filo que deberá ser evacuado vía herramienta/cabezal
  • Gran dureza

Para el mecanizado de titanio suelen emplerse herramientas de metal duro sin recubrimiento.

Estas propiedades son compartidas por las superaleaciones termorresistentes HRSA, razón por la que están incluidas en el mismo grupo de materiales.

Por su parte, los aceros inoxidables (grupo M), no siendo fáciles de mecanizar, no tienen ni tanta dureza ni mantienen su resistencia a altas temperaturas, con lo que su mecanizado resulta más sencillo que el caso del mecanizado del titanio. Por estas mismas razones, tampoco calientan tanto ni la herramienta ni el cabezal de ésta, ni se emplean el mismo tipo de herramientas para su mecanizado.

Los grupos de materiales de piezas, mucho más que una simple clasificación

A la hora de seleccionar una herramientas de corte, los materiales se clasifican en los siguientes grupos:

  • Grupo ISO P, aceros en general
  • Grupo ISO M, aceros inoxidables
  • Grupo ISO K, fundiciones
  • Grupo ISO N, metales no ferrosos (aluminio, cobre, latón…)
  • Grupo ISO S, superaleaciones termorresistentes (HRSA) y titanio
  • Grupo ISO H, aceros templados u otros aceros muy duros

Esta clasificación, lejos de ser una simple lista de tipos de materiales, tiene una razón de ser muy lógica. Dado que estamos hablando de la clasificación de herramientas según el tipo de material a mecanizar, se corresponde con grupos de materiales que, a la hora de ser mecanizados, se comportan de forma similar y, por tanto, requieren del mismo tipo de herramienta.

Es por eso que las superaleaciones HRSA y el titanio, siendo materiales muy diferentes, están incluidos en el mismo grupo (pues todos ellos se caracterizan por su alta dureza y mantener sus propiedades a altas temperaturas, lo cual caracteriza su comportamiento al ser mecanizados), mientras que los aceros normales y los inoxidables o los templados están en grupos diferentes (pues poseen características muy diferentes a la hora de ser mecanizados, por lo que requieren diferentes tipo de herramienta).

Conocer el por qué de estas clasificaciones nos ayuda a entenderlas y aprenderla mejor que considerarlas como una clasificación de los materiales sin más.

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