Maîtriser l'usinage du titane : techniques expertes et sélection d'outils pour alliages

Dans l'industrie manufacturière actuelle, le titane et ses alliages sont devenus des incontournables dans les applications aérospatiales, médicales, automobiles et d'armement. Ce métal populaire résiste à la rouille et aux produits chimiques, est recyclable, et est extrêmement résistant 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, y compris près de 40 grades ASTM, ainsi que plusieurs alliages supplémentaires. Les grades 1 à 4 sont considérés comme du titane commercialement pur avec des exigences variables sur la résistance à la traction ultime. Le grade 5 (Ti6Al4V ou Ti 6-4) est la combinaison la plus courante, alliée avec 6 % d'aluminium et 4 % de vanadium. Bien que le titane et ses alliages soient souvent regroupés, il existe des différences clés entre eux qui doivent être notées avant de déterminer l'approche d'usinage idéale.

Préoccupations liées au titane

Maintien de pièce

Bien que le titane puisse avoir des propriétés matérielles plus désirables que l'acier moyen, il se comporte aussi de manière plus flexible et est souvent moins rigide que d'autres métaux. Cela nécessite une prise sécurisée sur les pièces en titane, et une configuration de machine aussi rigide que possible. D'autres considérations incluent l'évitement des coupes interrompues, et le maintien de l'outil en mouvement en tout temps lors du contact avec la pièce. Rester dans un trou percé ou arrêter un outil à côté d'un mur profilé fera frotter l'outil – créant un excès de chaleur, durcissant le matériau par écrouissage, et causant 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 de la sélection des vitesses et avances. Alors que les grades de titane commercialement pur sont plus tendres et plus collants 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 de l'outil. Maintenir une charge de copeau plus importante et éviter les frottements inutiles améliore les performances de l'outil dans les alliages de titane plus durs, et minimisera la quantité de durcissement par écrouissage produite. Choisir un RPM plus bas, associé à une charge de copeau plus importante, peut fournir une réduction significative de la température par rapport aux options à vitesse plus élevée. En raison de ses faibles propriétés de conduction, maintenir les températures au minimum mettra moins de stress sur l'outil et réduira l'usure. L'utilisation de fluide de coupe à haute pression est également une méthode efficace pour réduire la génération de chaleur lors de l'usinage du titane.

Galling et arête rapportée

Le prochain obstacle à considérer est que le titane a une forte tendance à adhérer à un outil de coupe, créant une arête rapportée. C'est un problème délicat qui peut être réduit en utilisant de grandes quantités de fluide de coupe à haute pression dirigé directement sur la surface de coupe. Le but est d'évacuer les copeaux dès que possible pour éviter le recoupage des copeaux, et de garder les gorges propres et exemptes de débris. Le galling est une préoccupation majeure dans les grades de titane commercialement pur en raison de leur nature « collante ». Cela peut être résolu en utilisant les stratégies mentionnées précédemment, telles que le maintien de l'avance en tout temps lors du contact avec la pièce, et l'utilisation de beaucoup de fluide de coupe à haute pression.

Solutions pour le titane

Bien que les préoccupations principales lors de l'usinage du titane et de ses alliages puissent varier, les méthodes pour les atténuer restent quelque peu constantes. Les idées principales sont d'éviter le galling, la génération de chaleur, le durcissement par écrouissage, et la déformation de la pièce ou de l'outil. Utilisez beaucoup de fluide de coupe à haute pression, maintenez les vitesses basses et les avances élevées, maintenez l'outil en mouvement lors du contact avec la pièce, et utilisez une configuration aussi rigide que possible.

De plus, la sélection d'un revêtement d'outil approprié peut aider à rendre votre travail réussi. Avec la chaleur élevée générée lors des opérations d'usinage du titane, avoir un revêtement capable de gérer adéquatement la température est essentiel pour maintenir les performances tout au long d'une opération. Le bon revêtement aidera également à éviter le galling et à évacuer les copeaux efficacement. Des revêtements tels que l'Aluminium Titane Nitride (AlTiN Nano) de Harvey Tool produisent une couche d'oxyde à haute température, et augmenteront la lubrification de l'outil.

Solutions d'outillage

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

Alors que le titane et ses nombreux alliages continuent de croître en utilisation 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, associées au bon revêtement, permettront une exécution réussie.