Pourquoi l’alliage de titane est-il un matériau difficile à usiner ?

 

1. Phénomènes physiques de l'usinage du titane

La force de coupe du traitement de l'alliage de titane est légèrement supérieure à celle de l'acier de même dureté. Néanmoins, le phénomène physique du traitement de l'alliage de titane est beaucoup plus compliqué que celui du traitement de l'acier, ce qui rend le traitement de l'alliage de titane confronté à d'énormes difficultés.

La conductivité thermique de la plupart des alliages de titane est très faible, seulement 1/7 de celle de l'acier et 1/16 de celle de l'aluminium. Par conséquent, la chaleur générée lors de la coupe des alliages de titane ne sera pas rapidement transférée à la pièce ou évacuée par les copeaux. Néanmoins, il s'accumulera dans la zone de coupe et la température générée peut atteindre 1 000 °C ou plus, ce qui entraînera une usure, un écaillage et une fissure rapides du tranchant de l'outil. La formation d'une arête rapportée et l'apparition rapide d'une arête usée génèrent davantage de chaleur dans la zone de coupe, réduisant ainsi encore la durée de vie de l'outil.usinage du titane

Les températures élevées générées lors du processus de découpe détruisent également l’intégrité de la surface des pièces en alliage de titane, entraînant une diminution de la précision géométrique des pièces et un écrouissage qui réduit considérablement leur résistance à la fatigue.

L'élasticité des alliages de titane peut être bénéfique pour les performances des pièces, mais lors de la découpe, la déformation élastique de la pièce est une cause essentielle de vibration. La pression de coupe fait que la pièce « élastique » s'éloigne de l'outil et rebondit, de sorte que la friction entre l'outil et la pièce est supérieure à l'action de coupe. Le processus de friction génère également de la chaleur, aggravant le problème de la mauvaise conductivité thermique des alliages de titane.

Ce problème est encore plus grave lors de l'usinage de pièces à paroi mince ou en forme d'anneau, facilement déformables. Il n’est pas facile d’usiner des pièces en alliage de titane à parois minces avec la précision dimensionnelle attendue. Lorsque l'outil repousse le matériau de la pièce, la déformation locale de la paroi mince dépasse la plage élastique ; une déformation plastique se produit et la résistance et la dureté du matériau de la pointe de coupe augmentent considérablement. L'usinage à la vitesse de coupe préalablement déterminée devient trop élevé, ce qui entraîne une usure brutale de l'outil.

"Chaud" est le "coupable" qui rend difficile le traitement des alliages de titane !

 

2. Savoir-faire technologique pour l'usinage CNC du titane 

Basé sur la compréhension du mécanisme de traitement des alliages de titane et l'ajout d'expérience, le principal savoir-faire en matière de processus de traitement des alliages de titane est le suivant :

(1) Les plaquettes à géométrie positive sont utilisées pour réduire la force de coupe, la chaleur de coupe et la déformation de la pièce.

(2) Maintenir une avance constante pour éviter le durcissement de la pièce. L'outil doit toujours être en état d'avance pendant le processus de coupe et la quantité de coupe radiale doit être de 30 % du rayon pendant le fraisage.

(3) Un fluide de coupe à haute pression et à grand débit est utilisé pour assurer la stabilité thermique du processus d'usinage et empêcher la dégénérescence de la surface de la pièce et les dommages à l'outil dus à une température excessive.

(4) Gardez le bord de la lame affûté ; les outils émoussés provoquent une accumulation de chaleur et une usure, conduisant rapidement à une défaillance de l'outil.

(5) Usinage dans l'état le plus doux possible de l'alliage de titane car le matériau devient plus difficile à usiner après durcissement et le traitement thermique augmente la résistance du matériau et l'usure de l'insert.

(6) Utilisez un grand rayon de nez ou un chanfrein pour couper autant que possible dans l'arête de coupe. Cela réduit la force de coupe et la chaleur en tout point et évite les cassures locales. Lors du fraisage d'alliages de titane, parmi les paramètres de coupe, la vitesse de coupe a l'influence la plus significative sur la durée de vie de l'outil vc, suivie par l'engagement radial (profondeur de fraisage) ae.

 

3. Commencez par la lame pour résoudre le problème de traitement du titane

L'usure de la rainure de la plaquette lors de l'usinage des alliages de titane est l'usure locale de l'arrière et de l'avant dans le sens de la profondeur de passe, qui est souvent causée par la couche durcie laissée par le traitement précédent. La réaction chimique et la diffusion de l'outil et du matériau de la pièce à usiner à une température de traitement supérieure à 800 °C sont également à l'origine de la formation d'usure des rainures. Parce que pendant le processus d'usinage, les molécules de titane de la pièce à usiner s'accumulent à l'avant de la lame et sont « soudées » au bord de la lame sous haute pression et haute température, formant un bord accumulé. Lorsque l'arête accumulée se détache de l'arête de coupe, elle enlève le revêtement en carbure de la plaquette. L'usinage du titane nécessite donc des matériaux et des géométries de plaquette uniques.cUsinage de précision sur mesure

 

4. Structure d'outil adaptée à l'usinage du titane

Le traitement des alliages de titane est axé sur la chaleur, et une grande quantité de fluide de coupe à haute pression doit être pulvérisée sur le tranchant rapidement et avec précision pour éliminer rapidement la chaleur. Il existe des configurations uniques de fraises spécifiquement pour l’usinage du titane.