¿Por qué el marco de aleación de titanio del iPhone 15 es un material difícil de mecanizar?

El 13 de septiembre, Apple lanzó la serie de teléfonos móviles iPhone 15. Vale la pena mencionar que esta es la primera vez que aparecen marcos de aleación de titanio en los teléfonos inteligentes.

La aleación de titanio es un material ligero, resistente a la corrosión y de alta resistencia. Cuando se usa en teléfonos inteligentes, puede mejorar la resistencia general, la resistencia a caídas y a los rayones del teléfono. Sin embargo, la aleación de titanio es un material difícil de mecanizar y la introducción de marcos de aleación de titanio también es un desafío en la tecnología CNC.

¿Por qué creemos que la aleación de titanio es un material difícil de mecanizar? Conozcamos sus características de procesamiento de corte relacionadas.

Primero: el "calor" es el "culpable" que dificulta el procesamiento de las aleaciones de titanio

La fuerza de corte al procesar aleaciones de titanio es sólo ligeramente mayor que la del acero de la misma dureza, pero los fenómenos físicos del procesamiento de aleaciones de titanio son mucho más complejos que los del procesamiento de acero, lo que hace que el procesamiento de aleaciones de titanio enfrente enormes dificultades.

La conductividad térmica de la mayoría de las aleaciones de titanio es muy baja, sólo 1/7 de la del acero y 1/16 de la del aluminio. Por lo tanto, el calor generado durante el corte de la aleación de titanio no se transferirá rápidamente a la pieza de trabajo ni será absorbido por las virutas, sino que se concentrará en el área de corte. La temperatura generada puede alcanzar más de 1000 °C, lo que provoca que el filo de la herramienta se desgaste, agriete y se deforme rápidamente. El filo reconstruido, un filo que se desgasta rápidamente, genera más calor en el área de corte, acortando aún más la vida útil de la herramienta.

Las altas temperaturas generadas durante el proceso de corte también destruyen la integridad de la superficie de las piezas de aleación de titanio, lo que provoca una disminución de la precisión geométrica de las piezas y un fenómeno de endurecimiento por trabajo que reduce seriamente su resistencia a la fatiga.

La elasticidad de las aleaciones de titanio puede ser beneficiosa para el rendimiento de la pieza, pero durante el proceso de corte, la deformación elástica de la pieza de trabajo es una causa importante de vibración. La presión de corte hace que la pieza de trabajo "elástica" se aleje de la herramienta y rebote, provocando que la fricción entre la herramienta y la pieza de trabajo supere la acción de corte. El proceso de fricción también genera calor, lo que agrava el problema de la mala conductividad térmica de las aleaciones de titanio.

Este problema es aún más grave cuando se procesan piezas de paredes delgadas o en forma de anillo que se deforman fácilmente. No es una tarea fácil procesar piezas de paredes delgadas de aleación de titanio con la precisión dimensional esperada. Debido a que cuando la herramienta empuja el material de la pieza de trabajo, la deformación local de la pared delgada ha excedido el rango elástico y produce deformación plástica, la resistencia del material y la dureza del punto de corte aumentan significativamente. En este momento, la velocidad de corte determinada originalmente se vuelve demasiado alta, provocando además un rápido desgaste de la herramienta.

Segundo: conocimiento del proceso para procesar aleaciones de titanio.

Sobre la base de comprender el mecanismo de procesamiento de las aleaciones de titanio y agregar la experiencia pasada, los principales conocimientos del proceso para procesar aleaciones de titanio son los siguientes:

(1) Utilice plaquitas con geometría de ángulo positivo para reducir la fuerza de corte, el calor de corte y la deformación de la pieza de trabajo.

(2) Mantenga un avance constante para evitar el endurecimiento de la pieza de trabajo. La herramienta siempre debe estar en estado de avance durante el proceso de corte. La cantidad de compromiso radial de la herramienta ae durante el fresado debe ser del 30 % del radio.

(3) Utilice fluido de corte de alta presión y gran flujo para garantizar la estabilidad térmica del proceso de mecanizado y evitar la deformación de la superficie de la pieza de trabajo y daños a la herramienta causados ​​por una temperatura excesiva.

(4) Mantenga afilado el borde de la hoja. Las herramientas desafiladas son la causa de la acumulación de calor y el desgaste, lo que fácilmente puede provocar fallos en la herramienta.

(5) Procese la aleación de titanio en el estado más blando posible, porque el material se vuelve más difícil de procesar después del enfriamiento y el tratamiento térmico aumenta la resistencia del material y aumenta el desgaste de la hoja.

(6) Utilice un radio de arco de punta de herramienta grande o un chaflán para cortar tanto como sea posible en el filo. Esto reduce la fuerza de corte y el calor en cada punto y evita roturas locales. Al fresar aleaciones de titanio, entre los parámetros de corte, la velocidad de corte tiene el mayor impacto en la vida útil de la herramienta vc, seguida del acoplamiento radial de la herramienta (profundidad de fresado) ae.

Tercero: comience con cuchillas para resolver los problemas de procesamiento del titanio.

El desgaste de la ranura de la hoja que se produce al mecanizar aleaciones de titanio es el desgaste local de la parte posterior y frontal a lo largo de la dirección de la profundidad de corte. A menudo es causada por la capa endurecida dejada por el procesamiento anterior. La reacción química y la difusión entre la herramienta y el material de la pieza a temperaturas de procesamiento superiores a 800°C también son una de las causas del desgaste de las ranuras.

Porque durante el proceso de mecanizado, las moléculas de titanio de la pieza de trabajo se acumulan delante de la hoja y se "soldan" a la hoja bajo alta presión y alta temperatura, formando un filo reconstruido. Cuando el filo reconstruido se desprende del filo, se lleva consigo el recubrimiento de carburo del inserto, por lo que el mecanizado de titanio requiere geometrías y materiales de inserto especiales.

Cuarto: Estructura de herramienta adecuada para mecanizado de titanio.

El foco del procesamiento de aleaciones de titanio es el calor. Se debe rociar una gran cantidad de fluido de corte a alta presión sobre el filo de manera rápida y precisa para eliminar el calor rápidamente. Existen en el mercado estructuras únicas de fresas específicamente para el procesamiento de aleaciones de titanio.