Aborder le titane :un guide pour l'usinage du titane et de ses alliages

Dans l'industrie manufacturière d'aujourd'hui, le titane et ses alliages sont devenus des produits de base dans les applications aérospatiales, médicales, automobiles et d'armes à feu. Ce métal populaire est résistant à la rouille et aux produits chimiques, est recyclable et extrêmement solide pour son poids. Cependant, plusieurs défis doivent être pris en compte lors de l'usinage du titane et de la sélection des outils et paramètres appropriés pour le travail.

Variétés de titane

Le titane est disponible dans de nombreuses variétés, dont près de 40 nuances ASTM, ainsi que plusieurs alliages supplémentaires. Les grades 1 à 4 sont considérés comme du titane commercialement pur avec des exigences variables en matière de résistance à la traction ultime. Le grade 5 (Ti6Al4V ou Ti 6-4) est la combinaison la plus courante, alliée à 6 % d'aluminium et 4 % de vanadium. Bien que le titane et ses alliages soient souvent regroupés, il existe certaines différences essentielles entre eux qui doivent être notées avant de déterminer l'approche d'usinage idéale.

La fraise en bout HVTI de Helical Solutions est un excellent choix pour les parcours d'outils à haute efficacité dans le titane.

Préoccupations concernant le titane

Serrage

Bien que le titane puisse avoir des propriétés matérielles plus souhaitables que votre acier moyen, il se comporte également de manière plus flexible et n'est souvent pas aussi rigide que les autres métaux. Cela nécessite une prise sûre des pièces en titane et une configuration de machine aussi rigide que possible. D'autres considérations incluent le fait d'éviter les coupes interrompues et de maintenir l'outil en mouvement à tout moment en contact avec la pièce. Rester dans un trou percé ou arrêter un outil à côté d'un mur profilé provoquera le frottement de l'outil, créant un excès de chaleur, durcissant le matériau et provoquant une usure prématurée de l'outil.

Génération de chaleur

La chaleur est un ennemi redoutable et la génération de chaleur doit être prise en compte lors du choix des vitesses et des avances. Alors que les qualités commercialement pures de titane sont plus douces et plus gommeuses que la plupart de ses alliages, l'ajout d'éléments d'alliage augmente généralement la dureté du titane. Cela augmente les préoccupations concernant la chaleur générée et l'usure des outils. Maintenir une plus grande charge de copeaux et éviter les aides au frottement inutiles avec des performances d'outil dans les alliages de titane plus durs, et minimisera la quantité d'écrouissage produite. Le choix d'un régime inférieur, associé à une plus grande charge de copeaux, peut fournir une réduction significative de la température par rapport aux options de vitesse plus élevée. En raison de ses propriétés de faible conduction, le maintien des températures au minimum exercera moins de contraintes sur l'outil et réduira l'usure. L'utilisation d'un liquide de refroidissement haute pression est également une méthode efficace pour réduire la génération de chaleur lors de l'usinage du titane.

Ces couvercles d'arbre à cames ont été fabriqués sur mesure en titane pour Mitsubishi Evos.
Photo avec l'aimable autorisation de @RebootEng (Instagram)

Gauillage et bord construit

Le prochain obstacle à considérer est que le titane a une forte tendance à adhérer à un outil de coupe, créant ainsi une arête accumulée. Il s'agit d'un problème délicat qui peut être réduit en utilisant de grandes quantités de liquide de refroidissement haute pression dirigé directement sur la surface de coupe. L'objectif est d'enlever les copeaux dès que possible pour éviter la recoupe des copeaux et de garder les flûtes propres et exemptes de débris. Le grippage est une grande préoccupation dans les qualités commercialement pures de titane en raison de leur nature « gommeuse ». Cela peut être résolu en utilisant les stratégies mentionnées précédemment, telles que la poursuite de l'alimentation à tout moment du contact avec la pièce et l'utilisation de beaucoup de liquide de refroidissement à haute pression.

Solutions en titane

Alors que les principales préoccupations lors de l'usinage du titane et de ses alliages peuvent changer, les méthodes pour les atténuer restent quelque peu constantes. Les idées principales sont d'éviter le grippage, la génération de chaleur, l'écrouissage et la déviation de la pièce ou de l'outil. Utilisez beaucoup de liquide de refroidissement à haute pression, maintenez les vitesses et les avances, maintenez l'outil en mouvement lorsqu'il est en contact avec la pièce et utilisez une configuration aussi rigide que possible.

De plus, la sélection d'un revêtement d'outil approprié peut contribuer à la réussite de votre travail. Avec la chaleur élevée générée lors des opérations d'usinage du titane, il est essentiel de disposer d'un revêtement capable de supporter la température de manière adéquate pour maintenir les performances tout au long d'une opération. Un revêtement adéquat aidera également à éviter le grippage et à évacuer efficacement les copeaux. Les revêtements tels que le nitrure d'aluminium et de titane (AlTiN Nano) de Harvey Tool produisent une couche d'oxyde à haute température et augmentent le pouvoir lubrifiant de l'outil.

Solutions d'outillage

Helical Solutions propose la gamme d'outils HVTI-6 optimisés pour le fraisage à haute efficacité (HEM) dans le titane et ses alliages. Le HVTI-6 de Helical est doté de son revêtement Aplus qui offre une lubrification accrue et une résistance aux températures élevées pour une durée de vie améliorée de l'outil et des vitesses et des avances plus rapides.

Alors que le titane et ses nombreux alliages continuent de croître dans diverses industries, de plus en plus de machinistes seront chargés de couper ce matériau difficile. Cependant, la gestion de la chaleur et l'évacuation appropriée des copeaux, lorsqu'elles sont associées au bon revêtement, permettront un cycle réussi.