Comment augmenter la vitesse d'usinage du titane

Publié le 19 octobre 2020, | Par Candy, fabrication rapide WayKen

Le titane a longtemps été négligé en raison de ses propriétés. Cependant, les développements récents de la métallurgie et de la technologie de fabrication ont donné une nouvelle vision du matériau. À l'heure actuelle, le titane est convoité pour son rapport poids/résistance exceptionnel (3 fois supérieur à celui de l'acier), sa résistance à la corrosion, sa compatibilité avec les tissus humains et ses performances exceptionnelles à haute température. Les pièces en titane pour l'aérospatiale sont particulièrement appréciées pour leur légèreté et leur solidité. Il y a cependant beaucoup de problèmes avec l'usinage du titane.

Les alliages de titane les plus courants

Un certain nombre d'éléments sont ajoutés au titane pour augmenter ses capacités de performance. Le titane subit une transformation allotropique à une température supérieure à 800 C. Les éléments qui diminuent la température d'utilisation du titane sont appelés stabilisateurs bêta et ceux qui l'augmentent sont appelés stabilisateurs alpha. Selon le contenu des stabilisants, les alliages de titane sont divisés en 4 groupes.

1. Titane non allié. Bref, juste du titane. La version non alliée a la meilleure résistance à la corrosion mais une faible résistance.
2. Alliages alpha. Les alliages alpha ont une meilleure résistance au fluage, ils sont donc utilisés pour des performances à haute température.
3. Alliages alpha-bêta. Ce groupe est le plus répandu en raison de ses grandes propriétés. Les stabilisants alpha ajoutent à la résistance à la chaleur du matériau et les stabilisants bêta ajoutent à la résistance de l'alliage. L'alliage alpha-bêta le plus courant, le Ti-6Al-4V, représente près de 50 % de l'ensemble du marché des alliages de titane.
4. Alliages bêta. Ces alliages sont plus durs que tous les groupes précédents, cependant, leur densité est également plus élevée.

Prêt à démarrer votre nouveau projet maintenant

7 raisons pour lesquelles le titane est difficile à usiner

N'approfondissons pas la mécanique du fraisage du titane, du tournage du titane ou de la rectification du titane, de l'usure des outils et de la mécanique de génération des copeaux. Au lieu de cela, voici un résumé de 7 points pour lesquels le titane est si difficile à usiner.

1. Le titane conserve une résistance élevée même à des températures élevées et sa résistance à la déformation plastique persiste même à des vitesses de coupe. Cela rend les forces de coupe beaucoup plus importantes par rapport à n'importe quel acier.
2. Lorsque le copeau se forme après tout, il est très fin et la zone de contact entre le copeau et l'outil est trois fois plus petite que celle de l'acier. Pour cette raison, la pointe de l'outil doit supporter presque toute la force de coupe.
3. Les alliages de titane ont un coefficient de frottement élevé avec les matériaux des outils de coupe. Cela augmente la température de coupe et les forces.
4. À une température de plus de 500 degrés centigrades, le titane réagit chimiquement avec la majorité des matériaux d'outils. Oh, et le titane a tendance à s'enflammer lorsqu'il est coupé si l'accumulation de chaleur est trop élevée, donc l'utilisation d'un liquide de refroidissement lors de la coupe d'alliages de titane est un must absolu.
5. En raison d'une faible surface de contact et de la finesse des copeaux, toute la chaleur pendant le processus de coupe va à l'outil, ce qui réduit considérablement sa durée de vie. Seuls les liquides de refroidissement à haute pression peuvent faire face à l'accumulation de chaleur.
6. Les alliages de titane ont un très faible module d'élasticité. Cela peut entraîner des vibrations supplémentaires, des vibrations d'outils et une déviation.
7. A de faibles vitesses de coupe, le matériau peut coller au bord de coupe et il est extrêmement mauvais pour la finition de surface.

Donc, comme vous pouvez le voir, il y a un certain nombre de problèmes importants. Cependant, les ingénieurs de fabrication du monde entier ont mis au point de nombreuses stratégies pour augmenter les vitesses d'usinage du titane.

Augmentation des vitesses d'usinage du titane avec des outils de coupe

Le choix de l'outil de coupe est la première étape d'un processus d'usinage CNC réussi de l'aluminium et du titane. La principale chose à choisir est le matériau. Au fil des ans, un certain nombre d'alliages durs se sont avérés bons pour la coupe du titane. Pour être performants dans l'usinage de pièces en titane, les outils doivent posséder un certain nombre de propriétés.

• Les outils doivent être durs à haute température.
• Ils doivent avoir une résistance élevée au broutage.
• Ils doivent avoir des propriétés de fatigue élevées car la génération de cip avec du titane est un processus cyclique.
• Ils doivent être chimiquement neutres vis-à-vis du titane chaud.
• Ils doivent avoir une résistance élevée.
• Ils doivent avoir un bon taux de conductivité thermique pour compenser la lenteur du titane.

La gamme de matériaux d'outils la plus appropriée qui possède toutes les propriétés mentionnées ci-dessus est les alliages WC/Co. Une autre solution possible est les aciers rapides car ils sont très résistants à l'écaillage. Les outils diamantés ont également montré de bonnes performances contre l'usure du titane. Vous pouvez consulter nos conseils d'usinage du diamant ici.

Techniques d'usinage du titane à grande vitesse

Un autre moyen viable d'augmenter les performances de l'usinage du titane consiste à appliquer des stratégies spéciales d'usinage du titane. Nos services d'usinage du titane sont devenus assez compétents pour choisir les paramètres de coupe corrects afin de réduire au minimum le temps d'usinage du titane. Cependant, outre l'optimisation des paramètres, il existe des stratégies d'usinage non conventionnelles qui peuvent augmenter considérablement les vitesses de coupe du titane.

Outils de rebord

Ces outils ont été développés par la société General Electric. Ils utilisent des outils qui ont un mince rebord saillant. au lieu de l'ensemble de l'outil, seul ce mince rebord coupe le titane. Étant donné que la puce est également très fine, il n'y a pas de différence, cependant, le rebord s'use plus lentement et il est plus facile à affûter. Le flanc du rebord s'use rapidement puis reste constant pendant l'usure du reste du rebord, ce qui se produit plus lentement avec des flancs constants.

Inserts rotatifs

Les plaquettes rotatives sont utilisées pour le tournage du titane. Ils étaient impossibles auparavant en raison du manque de précision dans la conception des machines-outils. Cependant, le niveau de technologie de fabrication rend désormais son utilisation possible. Le principe de base est que l'insert d'outil a une forme ronde et tourne autour de la fixation lorsque l'outil coupe le brut. De cette façon, le transfert de chaleur est beaucoup plus rapide et l'outil ne chauffe pas autant. Ainsi, les vitesses de coupe peuvent être augmentées.

Enlèvement de métal assisté par ultrasons

L'ajout de vibrations ultrasoniques à l'outil de coupe facilite en fait la formation de copeaux. Le copeau de titane a une très mauvaise élasticité qui est aggravée par le durcissement par déformation lorsque le tranchant commence à couper le matériau. Les ondes ultrasonores favorisent la rupture des copeaux au lieu de la déformation et cela a une influence positive sur la durée de vie de l'outil, la finition de surface, les caractéristiques de l'outil, cela empêche l'accumulation de matière sur l'arête de coupe et permet au machiniste d'augmenter les vitesses de coupe.

Vous voulez en savoir plus ?

Choisir les bonnes pointes d'usinage et les bonnes matières premières pour votre prochain prototypage rapide est vraiment un élément important lorsque vous vous attendez à la performance. Chez WayKen, nous serons heureux de vous fournir davantage de conseils professionnels, n'hésitez pas à nous contacter :[email protected] ou à télécharger votre fichier CAO ici.