Conseils professionnels d'usinage CNC du titane — Aérospatial, automobile et plus

Avec son excellent rapport résistance/poids et sa résistance à la corrosion, le titane est l'un des métaux les plus utiles et populaires pour ingénieurs industriels, architectes et designers de produits de consommation. Il tire son nom des Titans de la mythologie grecque antique, et il est généralement à la hauteur de son nom.

Le titane a des propriétés matériaux désirables, et est aussi relativement facile à travailler. Il est soudable (en atmosphère inerte) et peut être usiné CNC comme l'acier inoxydable. Il est aussi compatible avec pratiquement tous les procédés de finition de surface : grenaillage, revêtement par poudrage, électrophorèse donnent tous de bons résultats sur titane. Bien sûr, certains métaux ont une usinabilité supérieure, mais le titane offre une bonne combinaison de formabilité et performance mécanique.

Cela dit, concevoir et fabriquer des pièces en titane n'est pas toujours pareil que pour l'aluminium ou matériaux peu coûteux. Et comme les bruts de titane coûtent environ 10 fois plus que l'Aluminium 6061, vous voudrez réussir vos pièces du premier coup.

Cet article couvre les bases de l'usinage CNC du titane : applications les plus adaptées, considérations d'usinage, options de finition de surface.

Qu'est-ce que le titane ?

Le titane est un métal de transition luisant découvert au Royaume-Uni au 18e siècle. Il a une apparence argentée et, malgré sa faible densité, est extrêmement résistant. Cela en fait une denrée précieuse dans les industries où l'allègement est crucial.

En plus de son bon rapport résistance/poids, le titane résiste hautement à la corrosion — eau de mer, chlore, acides — et est non-toxique même en grandes quantités. Cela le rend particulièrement utile dans le médical, pour implants et dispositifs.

Dans l'industrie, le titane est souvent allié à des éléments comme fer, aluminium, vanadium.

Pourquoi utiliser le titane ?

Malgré son prix premium, le titane est incroyablement populaire. Raisons :

• Haute résistance
• Résistance à la corrosion
• Bon rapport résistance/poids
• Ductilité
• Bonne usinabilité
• Options de traitement de surface
• Recyclable

Pour ces raisons, le titane est régulièrement utilisé dans l'aérospatial, l'automobile et le médical.

Pièces aérospatiales en titane : pièces de moteur d'avion, pièces de cellule, rotors, aubes de compresseur. En fait, l'aérospatial pilote la production de titane : deux tiers de tout le titane produit dans le monde vont dans les moteurs et cellules d'avion.

Dans le médical : implants chirurgicaux (remplacements de hanche long terme) et instruments. Le métal sert aussi pour fauteuils roulants et béquilles.

Pourquoi usiner le titane en CNC ?

Pour obtenir les pièces en titane les plus précises et abordables, l'usinage CNC est presque toujours la meilleure technique. Voyons les alternatives.

Les fabricants font rarement des pièces en titane par coulée. Car le titane chauffé réagit violemment avec l'oxygène, et beaucoup de matériaux réfractaires pour la coulée contiennent des traces d'oxygène.

Une parade est la coulée en graphite compacté — utilisant un moule en graphite sans oxygène — mais cela produit des pièces à texture de surface très rugueuse, inadaptée pour la plupart des applications médicales, aérospatiales et industrielles. La coulée à la cire perdue est possible mais requiert une chambre à vide.

Une option plus récente est la fabrication additive pour pièces en titane. Quelques technologies d'impression 3D, comme la fusion laser sélective (SLM), la fusion par faisceau d'électrons (EBM), et le dépôt d'énergie direct (DED), traitent des matériaux titane. Mais ces systèmes sont très chers, et beaucoup d'industries n'ont pas encore certifié le titane imprimé 3D pour pièces critiques de sécurité.

Comparé aux alternatives, l'usinage CNC est un moyen précis, sûr, polyvalent et abordable de faire des pièces en titane.

Points à considérer pour l'usinage du titane

Le titane est excellent pour beaucoup d'applications, mais a ses caractéristiques uniques à respecter pendant l'usinage CNC :

Accumulation de chaleur

Les alliages de titane peuvent être plus durs que les matériaux d'usinage courants comme les alliages d'aluminium. Cela entraîne une usure d'outil accrue et, simultanément, une accumulation de chaleur au point de contact.

Pour ces alliages plus durs, il peut être nécessaire de réduire les RPM de la machine CNC tout en utilisant un avançons plus important. Un liquide de refroidissement haute pression soulage aussi la contrainte sur les outils et aide à produire des pièces titane de meilleure qualité.

Certains titanes commercialement purs (Grades 1-2) génèrent moins de chaleur excessive mais précautions restent nécessaires.

Collage (galling)

Un problème plus marqué avec le titane commercialement pur qu'avec les alliages est le galling (collage) et l'arête rapportée (built-up edge).

Les grades 1-2 de titane deviennent gommeux pendant l'usinage et finissent par coller à l'outil de coupe. Cela peut être atténué par liquide de refroidissement haute pression et évacuation rapide des copeaux.

Ne pas traiter ce problème aggrave aussi l'accumulation de chaleur, accélérant l'émoussement des outils.

Maintien de pièce (workholding)

Le titane et ses alliages usinables sont moins rigides que d'autres métaux courants, et nécessitent donc une prise ferme pendant l'usinage CNC.

En plus d'une configuration machine rigide, il peut être bénéfique de maintenir un mouvement d'outil constant sans interrompre la coupe.

Finition de surface pour titane usiné CNC

Les pièces en titane usinées CNC peuvent être améliorées par divers traitements de finition — pour raisons fonctionnelles ou esthétiques.

Finition de surface incluent :

• Lissage
• Polissage
• Grenaillage (bead blasting)
• Brossage
• Peinture
• Chromage
• Métallisation
• Revêtement PVD
• Revêtement par poudrage
• Électrophorèse

Grades de titane courants

Grade Titane	Résistance	Résistance Corrosion	Formabilité	Usages
1	Faible	Élevée	Élevée	Cellules, échangeurs de chaleur
2	Moyenne	Élevée	Élevée	Cellules, moteurs avion, marine
3	Élevée	Élevée	Moyenne	Cellules, moteurs avion
4	Élevée	Élevée	Moyenne	Cellules, moteurs avion, médical, hydraulique
5 (6AL-4V)	Moyenne	Élevée	Élevée	Cellules, turbines, médical

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