Depuis la découverte du titane en 1790, l’homme explore ses extraordinaires propriétés depuis plus d’un siècle. En 1910, le titane métallique a été produit pour la première fois, mais le cheminement vers l’utilisation d’alliages de titane a été long et difficile. Il faudra attendre 1951 pour que la production industrielle devienne une réalité.
Les alliages de titane sont connus pour leur résistance spécifique élevée, leur résistance à la corrosion, leur résistance aux températures élevées et leur résistance à la fatigue. Ils pèsent seulement 60 % de celui de l'acier pour le même volume, mais sont plus résistants que l'acier allié. En raison de ces excellentes propriétés, les alliages de titane sont de plus en plus utilisés dans divers domaines, notamment l'aviation, l'aérospatiale, la production d'électricité, l'énergie nucléaire, le transport maritime, les produits chimiques et les équipements médicaux.
Raisons pour lesquelles les alliages de titane sont difficiles à traiter
Les quatre principales caractéristiques des alliages de titane – une faible conductivité thermique, un écrouissage important, une grande affinité pour les outils de coupe et une déformation plastique limitée – sont les principales raisons pour lesquelles ces matériaux sont difficiles à traiter. Leurs performances de coupe ne représentent qu’environ 20 % de celles de l’acier facile à couper.
Faible conductivité thermique
Les alliages de titane ont une conductivité thermique qui ne représente qu'environ 16 % de celle de l'acier 45#. Cette capacité limitée à évacuer la chaleur pendant le traitement entraîne une augmentation significative de la température au niveau du tranchant ; en fait, la température de la pointe pendant le traitement peut dépasser de plus de 100 % celle de l'acier 45#. Cette température élevée provoque facilement une usure diffuse de l'outil de coupe.
Un écrouissage sévère
L'alliage de titane présente un phénomène d'écrouissage important, entraînant une couche de durcissement superficiel plus prononcée que l'acier inoxydable. Cela peut entraîner des problèmes lors du traitement ultérieur, comme une usure accrue des outils.
Grande affinité avec les outils de coupe
Forte adhérence au carbure cémenté contenant du titane.
Petite déformation plastique
Le module élastique de l'acier 45 est d'environ la moitié, ce qui entraîne une récupération élastique importante et un frottement important. De plus, la pièce à usiner est susceptible de se déformer par serrage.
Conseils technologiques pour l'usinage des alliages de titane
Basées sur notre compréhension des mécanismes d’usinage des alliages de titane et nos expériences antérieures, voici les principales recommandations technologiques pour l’usinage de ces matériaux :
- Utilisez des lames avec une géométrie à angle positif pour minimiser les forces de coupe, réduire la chaleur de coupe et diminuer la déformation de la pièce.
- Maintenir une avance constante pour éviter le durcissement de la pièce. L'outil doit toujours être en avance pendant le processus de coupe. Pour le fraisage, la profondeur de coupe radiale (ae) doit être égale à 30 % du rayon de l'outil.
- Utiliser des fluides de coupe à haute pression et à haut débit pour assurer la stabilité thermique pendant l'usinage, évitant ainsi la dégénérescence de la surface et les dommages aux outils dus à des températures excessives.
- Gardez le bord de la lame bien aiguisé. Les outils émoussés peuvent entraîner une accumulation de chaleur et une usure accrue, augmentant considérablement le risque de défaillance de l'outil.
- Usiner les alliages de titane dans leur état le plus tendre autant que possible.Traitement d'usinage CNCdevient plus difficile après durcissement, car le traitement thermique augmente la résistance du matériau et accélère l'usure de la lame.
- Utilisez un grand rayon de pointe ou un chanfrein lors de la coupe pour maximiser la zone de contact de la lame. Cette stratégie peut réduire les forces de coupe et la chaleur à chaque point, contribuant ainsi à prévenir les ruptures locales. Lors du fraisage d'alliages de titane, la vitesse de coupe a l'impact le plus important sur la durée de vie de l'outil, suivie par la profondeur de coupe radiale.
Résolvez les problèmes de traitement du titane en commençant par la lame.
L'usure de la rainure de la lame qui se produit lors du traitement des alliages de titane est une usure localisée qui se produit le long de l'arrière et de l'avant de la lame, dans le sens de la profondeur de coupe. Cette usure est souvent causée par une couche durcie provenant des processus d'usinage précédents. De plus, à des températures de traitement supérieures à 800°C, les réactions chimiques et la diffusion entre l'outil et le matériau de la pièce contribuent à la formation d'usure des rainures.
Pendant l'usinage, les molécules de titane de la pièce à usiner peuvent s'accumuler devant la lame en raison de la pression et de la température élevées, conduisant à un phénomène appelé arête accumulée. Lorsque ce bord accumulé se détache de la lame, il peut éliminer le revêtement de carbure sur la lame. En conséquence, le traitement des alliages de titane nécessite l’utilisation de matériaux et de géométries de lames spécialisés.
Structure d'outil adaptée au traitement du titane
Le traitement des alliages de titane repose principalement sur la gestion de la chaleur. Pour dissiper efficacement la chaleur, une quantité importante de fluide de coupe à haute pression doit être appliquée avec précision et rapidité sur le tranchant. De plus, il existe des modèles de fraises spécialisés spécialement conçus pour le traitement des alliages de titane.
A partir de la méthode d'usinage spécifique
Tournant
Les produits en alliage de titane peuvent obtenir une bonne rugosité de surface pendant le tournage et l'écrouissage n'est pas sévère. Cependant, la température de coupe est élevée, ce qui entraîne une usure rapide des outils. Pour répondre à ces caractéristiques, nous nous concentrons principalement sur les mesures suivantes concernant les outils et les paramètres de coupe :
Matériaux d'outils :En fonction des conditions existantes de l'usine, les matériaux d'outils YG6, YG8 et YG10HT sont sélectionnés.
Paramètres de géométrie de l'outil :angles avant et arrière de l'outil approprié, arrondi de l'info-bulle.
Lors du tournage du cercle extérieur, il est important de maintenir une vitesse de coupe faible, une avance modérée, une profondeur de coupe plus profonde et un refroidissement adéquat. La pointe de l'outil ne doit pas être plus haute que le centre de la pièce, car cela pourrait la coincer. De plus, lors de la finition et du tournage de pièces à parois minces, l'angle de déviation principal de l'outil doit généralement être compris entre 75 et 90 degrés.
Fraisage
Le fraisage de produits en alliage de titane est plus difficile que le tournage, car le fraisage est une coupe intermittente et les copeaux adhèrent facilement à la lame. Lorsque les dents collantes coupent à nouveau la pièce, les copeaux collants sont arrachés et un petit morceau de matériau de l'outil est enlevé, ce qui entraîne un écaillage, ce qui réduit considérablement la durabilité de l'outil.
Méthode de fraisage :utilisent généralement le fraisage vers le bas.
Matériau de l'outil :acier rapide M42.
Le fraisage vers le bas n'est généralement pas utilisé pour le traitement de l'acier allié. Ceci est principalement dû à l'influence de l'écart entre la vis mère de la machine-outil et l'écrou. Lors du fraisage vers le bas, lorsque la fraise s'engage dans la pièce à usiner, la force du composant dans le sens d'avance s'aligne avec le sens d'avance lui-même. Cet alignement peut entraîner un mouvement intermittent de la table porte-pièce, augmentant ainsi le risque de casse de l'outil.
De plus, lors du fraisage vers le bas, les dents de la fraise rencontrent une couche dure au niveau de l'arête de coupe, ce qui peut endommager l'outil. Lors du fraisage inverse, les copeaux passent de fins à épais, ce qui rend la phase de coupe initiale sujette au frottement sec entre l'outil et la pièce. Cela peut exacerber l’adhérence des copeaux et l’écaillage de l’outil.
Pour obtenir un fraisage plus fluide des alliages de titane, plusieurs considérations doivent être prises en compte : réduire l'angle avant et augmenter l'angle arrière par rapport aux fraises standards. Il est conseillé d'utiliser des vitesses de fraisage plus faibles et d'opter pour des fraises à dents pointues tout en évitant les fraises à dents en forme de pelle.
Tapotement
Lors du taraudage de produits en alliage de titane, de petits copeaux peuvent facilement adhérer à la lame et à la pièce. Cela entraîne une augmentation de la rugosité de la surface et du couple. Une sélection et une utilisation inappropriées des tarauds peuvent provoquer un écrouissage, entraîner une très faible efficacité de traitement et parfois conduire à la rupture des tarauds.
Pour optimiser le taraudage, il est conseillé de privilégier l'utilisation d'un taraudage sauté à un fil sur place. Le nombre de dents sur le taraud doit être inférieur à celui d'un taraud standard, généralement autour de 2 à 3 dents. Un angle de conicité de coupe plus grand est préférable, la section conique mesurant généralement 3 à 4 longueurs de filetage. Pour faciliter l'élimination des copeaux, un angle d'inclinaison négatif peut également être meulé sur le cône de coupe. L’utilisation de tarauds plus courts peut améliorer la rigidité du cône. De plus, le cône inversé doit être légèrement plus grand que la norme pour réduire la friction entre le cône et la pièce.
Alésage
Lors de l'alésage d'un alliage de titane, l'usure de l'outil n'est généralement pas importante, ce qui permet d'utiliser à la fois des alésoirs en carbure et en acier rapide. Lors de l'utilisation d'alésoirs en carbure, il est essentiel de garantir une rigidité du système de traitement, similaire à celle utilisée lors du perçage, pour éviter l'écaillage de l'alésoir.
Le principal défi lors de l’alésage des trous en alliage de titane est d’obtenir une finition lisse. Pour éviter que la lame ne colle à la paroi du trou, la largeur de la lame de l'alésoir doit être soigneusement réduite à l'aide d'une pierre à huile tout en garantissant une résistance suffisante. Généralement, la largeur de la lame doit être comprise entre 0,1 mm et 0,15 mm.
La transition entre le tranchant et la section d'étalonnage doit présenter un arc lisse. Un entretien régulier est nécessaire après l'usure, garantissant que la taille de l'arc de chaque dent reste cohérente. Si nécessaire, la section d'étalonnage peut être agrandie pour de meilleures performances.
Forage
Le perçage des alliages de titane présente des défis importants, provoquant souvent la combustion ou la rupture des forets pendant le traitement. Cela résulte principalement de problèmes tels qu'un meulage inapproprié des forets, une évacuation insuffisante des copeaux, un refroidissement inadéquat et une mauvaise rigidité du système.
Pour percer efficacement les alliages de titane, il est essentiel de se concentrer sur les facteurs suivants : assurer un meulage correct du foret, utiliser un angle supérieur plus grand, réduire l'angle avant du bord extérieur, augmenter l'angle arrière du bord extérieur et ajuster la conicité arrière pour qu'elle soit 2 à 3 fois celle d'un foret standard. Il est important de rétracter fréquemment l'outil pour éliminer rapidement les copeaux, tout en surveillant également la forme et la couleur des copeaux. Si les copeaux semblent plumeux ou si leur couleur change pendant le perçage, cela indique que le foret s'émousse et doit être remplacé ou affûté.
De plus, le gabarit de perçage doit être solidement fixé à l'établi, avec la lame de guidage proche de la surface d'usinage. Il est conseillé d'utiliser un foret court dans la mesure du possible. Lorsque l'alimentation manuelle est utilisée, il convient de veiller à ne pas avancer ou reculer le foret dans le trou. Cela pourrait provoquer le frottement de la lame du foret contre la surface de traitement, entraînant un écrouissage et un émoussement du foret.
Affûtage
Problèmes courants rencontrés lors du meulagePièces en alliage de titane CNCinclure le colmatage de la meule dû à des copeaux coincés et à des brûlures superficielles sur les pièces. Cela est dû au fait que les alliages de titane ont une mauvaise conductivité thermique, ce qui entraîne des températures élevées dans la zone de broyage. Ceci provoque à son tour une liaison, une diffusion et de fortes réactions chimiques entre l’alliage de titane et le matériau abrasif.
La présence de copeaux collants et de meules obstruées réduit considérablement le rapport de broyage. De plus, la diffusion et les réactions chimiques peuvent entraîner des brûlures superficielles sur la pièce, réduisant ainsi la résistance à la fatigue de la pièce. Ce problème est particulièrement prononcé lors du meulage de pièces moulées en alliage de titane.
Pour résoudre ce problème, les mesures prises sont :
Choisissez le matériau de meule approprié : carbure de silicium vert TL. Dureté de la meule légèrement inférieure : ZR1.
La découpe des matériaux en alliage de titane doit être contrôlée par les matériaux des outils, les fluides de coupe et les paramètres de traitement afin d'améliorer l'efficacité globale du traitement.
Si vous souhaitez en savoir plus ou demander une information, n'hésitez pas à contacterinfo@anebon.com
Vente chaude : usine en Chine produisantComposants de tournage CNCet petite CNCComposants de fraisage.
Anebon se concentre sur son expansion sur le marché international et a établi une solide base de clients dans les pays européens, aux États-Unis, au Moyen-Orient et en Afrique. L'entreprise donne la priorité à la qualité comme fondement et garantit un excellent service pour répondre aux besoins de tous les clients.
Heure de publication : 29 octobre 2024