(*) Por Carlos Ancelmo e Airton Souza
(20/03/2025) – Embora processada industrialmente em menor volume, a usinagem das ligas resistentes ao calor impõe grandes desafios para as ferramentas de corte e exigem muito das propriedades mecânicas, químicas e físicas das classes de metal duro e dos materiais para construção de ferramentas.
Esses materiais, por outro lado, oferecem diversos benefícios às aplicações finais, o que faz com que segmentos industriais como o aeroespacial, óleo e gás e geração de energia, se utilizem dessas ligas para a fabricação de componentes de alta resistência à corrosão, ótimo desempenho em aplicações de alta temperatura e longa vida útil.
Desta forma, as propriedades citadas tornam esses materiais mais difíceis de serem usinados, uma vez que a dissipação do calor através dos cavacos é menor e a absorção de calor por parte da ferramenta aumenta, proporcionando o aumento dos desgastes causados por atrito e difusão, entre outros. Somadas às altas pressões de corte, as altas temperaturas podem ainda contribuir para a ocorrência de deformações plásticas.
Neste artigo abordaremos as características e a usinabilidade das ligas de titânio, além das soluções da Gesac para essas aplicações.
Titânio – Características e Usinabilidade – As ligas de titânio são comumente aplicadas na fabricação de componentes aeroespaciais por combinarem características como baixo peso, baixa condutividade térmica e maior resistência à corrosão. O baixo módulo de elasticidade dessas ligas pode proporcionar maior tendência à flexão, o que resulta na maior dificuldade para a obtenção de dimensões de alta precisão. Além disso, o titânio apresenta cerca de 60% da densidade dos aços e isso proporciona a obtenção de peças com paredes de espessuras pequenas e alta resistência.
As classes de titânio são divididas em quatro e variam conforme estrutura e presença de elementos de liga: Titânio puro; Ligas alfa – com adição de alumínio e nitrogênio; Ligas beta – com adição de molibdênio, ferro, vanádio ou manganês; Ligas alfa-beta – que mistura composição e características das duas classes anteriores.
A liga de titânio mais comum utilizada na indústria é a Ti-6Al-4V, que é principalmente aplicada na indústria aeroespacial, porém também pode ser encontrada em aplicações de uso geral e é classificada como mista (alfa-beta).
A usinabilidade do titânio é baixa e se compararmos aos aços inoxidáveis e aços de aplicação geral. O grau de dificuldade pode ser em torno de 5 ou mais vezes maior que o dos aços. A alta pressão de corte e as altas temperaturas geradas durante a usinagem limitam consideravelmente as velocidades de corte e a baixa condutividade térmica diminui a dissipação de calor através dos cavacos, como já mencionado anteriormente.
As ferramentas devem apresentar alta dureza à quente, alta resistência à abrasão, com baixos teores de cobalto, de tipo microgrão, sem cobertura ou com revestimentos que não tenham afinidade química com as ligas, reduzindo assim os processos de difusão.
Recomendações gerais
- Ferramentas com arestas de corte mais vivas e positivas
- Condições estáveis de fixação
- Refrigeração abundante
- Desgaste deve ser limitado para evitar elevação do calor
- Minimizar balanços, principalmente em mandrilamento e fresamento
- Em fresamento, trabalhar de preferência no sentido concordante
- Fresa com bolsões grandes facilitam o escoamento de cavacos
Soluções Gesac para Fresamento de Titânio – Nos últimos anos, a Gesac tem se dedicado a desenvolver soluções para a usinagem de materiais de difícil usinabilidade, através de um centro de pesquisa que é considerado o melhor desse setor na China, com premiações governamentais pelo desenvolvimentos em fabricação de “ferramentas integrais de metal duro de alta precisão para usinagem aeroespaciais em peças estruturais de ligas de titânio” e “matérias primas para W e WC com grãos submicron”, por exemplo.
Dessa forma, a empresa tem desenvolvido novos conceitos, com classes de alto desempenho, que estão aos poucos sendo conhecidas nas empresas do Brasil.
Série ST300 com passos finos – Um dos exemplos é a linha para fresamento integral ST300, que conta com fresas adequadas para a usinagem de componentes de titânio, como peças estruturais da indústria aeroespacial e ligas aplicadas na fabricação de próteses na indústria médica.
Entre as características que se destacam estão a alta resistência ao desgaste e à adesão, o tratamento do raio de canto que promove maior resistência da aresta combinada a um fio de corte bastante afiado. Passos e hélices diferenciais são desenvolvidos para eliminar a vibração provocada pela alta elasticidade do titânio.
As fresas integrais ST300 podem melhorar significativamente a eficiência na usinagem e são recomendadas para diferentes condições de trabalho. Estão disponíveis em versões de topo reto com raios de canto em diferentes diâmetros e comprimentos, com número de facas variando entre 4 e 5.
Classe GSM7130 – Para aplicações de fresamento intercambiável, a nova classe GSM 7130 foi desenvolvida com substrato microgrão e cobertura PVD, para promover uma combinação de alta dureza à quente e tenacidade. A cobertura prateada, de composição química não divulgada, reduz o atrito na superfície de saída e proporciona melhor desempenho em relação à adesão. A classe está disponível para os insertos ADGT, para fresamento de titânio a 90°, LNMX e SOMT para fresamento de alto avanço.
Série ADGT para fresamento de cantos – A fresa de cantos a 90° com pastilhas ADGT é recomendada principalmente para usinagem de semiacabamento e acabamento de peças estruturais de titânio aeroespacial, com o benefício de melhorar significativamente a precisão da perpendicularidade e a qualidade da superfície usinada. As especificações incluem pastilhas ADGT em tamanhos 10, 12 e 18, além de suportes com em três tipos de fixações: árvore, hastes cilíndricas e hastes roscadas. É recomendada para aplicações de faceamento, fresamento de cavidades, fresamento lateral e mergulho.
Série SOE(M)T para altos avanços
A fresa para pastilhas SOE (M) T para aplicações de alto avanço é recomendada principalmente para usinagem de desbaste de componentes estruturais de titânio aeroespacial. As pastilhas estão disponíveis nos tamanhos 09 e 12 com geometrias SM, de aresta predominantemente reta para formar ângulo de posição de 13° perfeito, e a geometria ST com aresta de corte em arco que proporciona a usinagem de cantos deixando menos sobremetal para as operações subsequentes. As fresas estão disponíveis em fixações do tipo árvore, haste cilíndrica e haste roscada e são adequadas para faceamento, fresamento de cavidades, fresamento de ranhuras e fresamento inclinado entre outros.
CASO DE SUCESSO
Em testes realizados em uma grande empresa do ramo aerospacial no interior de São Paulo, a equipe técnica da Gesac obteve excelentes resultados na aplicação da fresa de alto avanço MKT113, com ângulo de posição de 13°, diâmetro de corte de 50 mm, 5 facas e pastilhas SOMT120420-SM-GSM7130.
A aplicação foi feita em um centro de usinagem com cone BT40, utilizado para a fabricação de peças estruturais de Ti-6Al-4V, com refrigeração abundante.
A peça em questão tem dimensões próximas a 500 mm de comprimento, por 150 mm de largura e altura de 85 mm. Durante o processo de fresamento perfis, cavidades e paredes finas são produzidos. Estima-se que em torno de 85% da matéria-prima se transforme em cavaco ao final da usinagem.
Veja abaixo a tabela com os dados de corte utilizados durante a aplicação:
Resultados – O desempenho apresentado pela fresa MKT113 com pastilhas SOMT120420-SM-GSM7130 foi altamente produtivo, atingindo vida útil média de aproximadamente 50 minutos de contato e aumentando a taxa de remoção em 10% comparada à solução concorrente, proporcionando assim a aumento eficiência da usinagem e redução do tempo de fabricação.
As pastilhas de classe GSM7130 apresentaram desgaste de flanco, causado por abrasão, e desgaste de cratera, devido à difusão, ambos em níveis iniciais a médios ao fim da usinagem, indicando que a classe tem ótima dureza à quente e alta estabilidade química.
Fresa MKT113 com pastilhas SOMT classe GSM7130 – leves desgastes por abrasão e difusão após 50 minutos de usinagem
As soluções Gesac para usinagem de titânio e ligas resistentes ao calor estão disponíveis em uma linha completa para aplicações de fresamento. Para obter mais informações a respeito, entre em contato com nossa equipe técnica e nossos distribuidores autorizados.
(*) O texto foi escrito por Carlos Ancelmo, gerente Técnico, e Airton Souza, gerente de Vendas da Gesac do Brasil.
