As ligas de titânio são fortes, mas difíceis de usinar, especialmente peças de-placas finas. Cortá-los facilmente leva a deformações por tensão e imprecisões dimensionais, causando dores de cabeça para muitos! Não entre em pânico, uma combinação de técnicas pode resolver isso: ajustar caminhos de fresagem CNC e eletroerosão a fio, otimizar planos de usinagem e usar acessórios de posicionamento + corte em circuito-fechado para melhorar a rigidez da peça, reduzindo a deformação em sua origem e garantindo qualidade consistente do produto!
1. Introdução
As ligas de titânio são amplamente utilizadas na indústria aeroespacial devido à sua alta resistência, resistência à corrosão, resistência ao calor e dureza. Suas desvantagens incluem baixa condutividade térmica e alta dificuldade de usinagem.
A parte da nervura em liga de titânio tem 43 mm de comprimento, 25 mm de largura e 3,5 mm de espessura. A espessura e duas cavidades internas são fresadas em CNC, enquanto as oito nervuras são usinadas por eletroerosão a fio, garantindo uma largura de nervura de (0,3±0,05)mm e uma simetria de 0,05mm com as cavidades internas. Isso é classificado como uma peça de{8}nervura fina. Dez peças foram inicialmente processadas de acordo com os documentos do processo. O pessoal de inspeção descobriu que quatro peças apresentavam problemas de largura e simetria das nervuras, não atendendo aos requisitos do projeto.
2. Análise de causa raiz
Os documentos originais do processo exigiam uma espessura de matéria-prima de 5 mm. No entanto, devido a limitações de inventário, apenas matérias-primas com espessura de 18 mm estavam disponíveis. Portanto, o tamanho da peça bruta deveria ser 250 mm × 80 mm com uma espessura de 18 mm, conforme mostrado na Figura 1. Um processo de eletroerosão a fio foi adicionado para dividir a espessura do material em dois (ver Figura 2), resultando em cada peça com 9 mm de espessura. Este foi então usinado com uma espessura de 3,5 mm usando fresagem CNC. Durante o fresamento CNC, o operador usou um método de fixação por mandril a vácuo (veja a Figura 3). Uma superfície foi primeiro fresada com precisão, removendo uma margem de 3 mm. A peça foi então virada para sucção e a segunda superfície foi fresada até uma espessura de 3,5 mm. Por fim, foi usinada a cavidade interna no meio da peça.
Figura 1. Em branco
Figura 2. Blank dividido em dois
Figura 3. Fixação da ventosa a vácuo
Dez pequenas peças são dispostas em cada pedaço de material (ver Figura 4). Um furo de rosca-de fio de 3 mm é perfurado em uma extremidade de cada linha de peças e, em seguida, as peças são processadas por eletroerosão a fio.
Figura 4. Layout da peça
Antes do processamento, o operador de eletroerosão a fio verifica a planicidade do material e encontra deformação por tensão (ver Figura 5), com deformação máxima de 3,05 mm. Utilizando uma placa de fixação para corte, como existe apenas um furo de passagem do fio-, cada pequena peça é interligada após o corte. O material é cortado e, portanto, sob tensão, ocorre deformação do material durante o processamento (ver Figura 6), fazendo com que a largura da nervura da peça ultrapasse as tolerâncias, afetando assim a simetria com a cavidade interna.
Figura 5. Deformação do material antes do corte
Figura 6. Deformação do material após corte
3. Tomar medidas eficazes
A análise revelou que o principal problema era a deformação por tensão do material. Os materiais de liga de titânio geram calor de corte durante a usinagem. O material dissipa o calor lentamente e quanto mais tolerância for removida, maior será a deformação. Isso só pode ser resolvido alterando o método de corte [1]. O esquema de usinagem original foi otimizado tomando as seguintes medidas eficazes.
1) Substituir alto estresse por baixo estresse. No fresamento CNC, quanto maior a tolerância de corte, maior será a tensão e maior será a deformação do material. O processo de corte do fio da matéria-prima foi alterado de divisão em duas partes para divisão em três partes (ver Figura 7), de modo que a espessura de cada pedaço de material fosse de cerca de 6 mm, o que reduziu bastante a margem de usinagem da fresagem CNC e, assim, reduziu a deformação do material.
Figura 7 Blank dividido em três partes
2) Alterar o método de fixação do fresamento CNC. Ao usinar a espessura no fresamento CNC, o método de fixação do mandril a vácuo foi alterado para um método de fixação lateral-superior [2] (veja a Figura 8). Ao inverter repetidamente a peça e fresar ambos os lados, a quantidade de corte foi menor ou igual a 0,2 mm de cada vez, garantindo que a espessura atendesse aos requisitos do desenho e reduzindo a deformação de usinagem do material. De acordo com o cálculo, após o fresamento CNC, desde que a deformação de toda a peça de material seja controlada dentro de 0,5 mm, os requisitos de planicidade de uma única peça pequena podem ser atendidos. O operador processou as peças de acordo com o método otimizado, inspecionando-as à medida que processavam para garantir planicidade menor ou igual a 0,2 mm.
Figura 8 Fixação lateral-superior
3) Faça ferramentas especiais para aumentar o número de furos-de passagem de fio. No processo de corte de fio, para evitar a deformação do material durante o processamento, o número de furos-de rosqueamento de fio foi aumentado para 10, garantindo que cada parte da nervura tenha um furo de rosqueamento-de fio independente, que é então usinado em uma única etapa por fresamento CNC para garantir consistência. Foi confeccionado um ferramental para corte de arame e a peça foi posicionada na placa de ferramenta por meio de pinos de posicionamento (ver Figura 9). Cada nervura foi processada de forma independente, sem cortar umas às outras, aumentando a rigidez do material e reduzindo a deformação da peça [3].
Figura 9 Posicionando a peça de trabalho na placa de ferramentas posicionando os pinos
4 Verificação de efeito
20 peças foram processadas de acordo com o esquema aprimorado. Após testes em equipamentos de teste profissionais, a largura e a simetria das nervuras atenderam aos requisitos de desenho. Por fim, foram processadas um total de 120 peças, todas atendendo aos requisitos, com uma taxa de aprovação de 100%, indicando que o esquema aprimorado foi eficaz. 5 Conclusão
Este artigo apresenta uma rota de usinagem e um método de controle de deformação para peças de chapa fina de liga de titânio. Ao otimizar o esquema de usinagem e o método de fixação, alterando o caminho do fio EDM e a estratégia de fresamento CNC, e adotando acessórios de posicionamento e corte fechado para reduzir a deformação por tensão de corte, os requisitos de largura de nervura e simetria das peças são efetivamente garantidos, acumulando experiência para a usinagem de tais peças.
