Maîtriser l'usinage CNC de pièces en titane de grande taille

Le titane peut être usiné en CNC comme l'acier inoxydable ; comme nous le savons tous, il a des propriétés de matériau désirables, et il est également relativement facile à travailler. Au stade initial de l'application de la technologie de coulée de précision d'alliage de titane, ce processus était principalement utilisé pour produire des pièces moulées de précision de taille moyenne aux formes relativement simples. La plupart de ces pièces moulées sont inférieures à 500 mm de taille, et la plupart des formes sont en forme de tige, de disque, de plan, d'anneau, etc. La plupart des épaisseurs de paroi sont dans la plage de 6 à 10 mm, comme les implants dans le corps humain. Parmi eux se trouvent les prothèses, les pales de moteur, les entretoises et d'autres structures. Comme il n'y a pas de structures de processus complexes telles que des rainures profondes, des gorges et des nervures, la contrainte structurelle pendant le coulage est relativement faible, l'alimentation est relativement suffisante, et le processus de formation de ce type de pièce est relativement simple, donc la qualité de formation peut toujours être maintenue à un niveau de qualité supérieur. Alors que pour l'usinage CNC de titane de grande taille, un usinage parfait n'est pas si simple, cet article vous montrera les méthodes détaillées pour réaliser des pièces moulées en titane de grande taille parfaites.

Types de pièces en titane de grande taille

Avant de connaître les méthodes de usinage CNC de précision du titane, d'abord, connaissons les types de grande taille. Comme le titane est devenu plus populaire pour ses bonnes qualités, les gens ont commencé à l'utiliser dans des pièces moulées complexes à parois minces de plus grande taille. Il y en a deux types.

Pièces en titane de taille moyenne-grande

Ce type de pièce est un type de pièce qui a été continuellement développé pour répondre aux besoins d'application pratiques de l'industrie aérospatiale. Avec le développement progressif du domaine aérospatial, l'application de cette technologie de formation de pièces est devenue l'objet de recherche clé de divers grands instituts de recherche. La plupart des pièces de grande taille à parois minces complexes sont strictement contrôlées entre 500 et 1000 mm de taille, avec une épaisseur de paroi de 1 à 3 mm, et leur structure est relativement complexe, la rendant très difficile à former.

Pièces en titane de grande taille

De telles pièces ne peuvent être comparées à d'autres pièces sous tous les aspects de qualité et de performance. La taille de ce type de pièce estmostly au-dessus de 1500 mm, l'épaisseur de paroi minimale est d'environ 1 mm, et la masse estmostly autour de 50 à 1000 kg. Ce type de pièce est souvent utilisé pour remplacer la structure formée par de nombreux fixateurs et assemblages de pièces, améliorant ainsi de manière globale la stabilité et la précision de la structure de la pièce et réduisant significativement les coûts, et accélérant la production.

Quelle est la méthode conventionnelle pour usiner le titane de grande taille ?

Les processus d'usinage des alliages de titane impliquent des opérations d'usinage conventionnelles (tournage, fraisage de face, coupe à grande vitesse (HSC), fraisage, perçage), des opérations de formage (formage à froid et à chaud ; hydroformage, forgeage), et des opérations d'usinage alternatives (découpe laser, découpe au jet d'eau, frittage laser direct de métal). Les opérations d'usinage des alliages de titane sont considérées comme difficiles en raison de leur résistance à la traction relativement élevée, de leur faible limite d'élasticité, de leur module d'élasticité 50 % plus faible (104 GPa) et d'une conductivité thermique environ 80 % plus faible que celle de l'acier. Le module d'élasticité plus faible peut causer un plus grand effet de « retour élastique » et de déflexion de la pièce. Par conséquent, des montages plus rigides et des dégagements plus grands pour les outils sont requis.

Pourquoi est-il difficile d'usiner le titane de grande taille ?

Le premier aspect est les caractéristiques des pièces moulées de précision en alliage de titane de grande taille en termes de structure de pièce. Les pièces moulées de précision en alliage de titane de grande taille sont généralement des pièces de type cadre intégral. La hauteur libre en direction Z est généralement supérieure à 650 mm, et la zone qui peut être efficacement soutenue à l'intérieur du composant est petite. La rigidité locale de la pièce est relativement faible ; la surface de la pièce a relativement de nombreuses structures à parois minces, la plupart des épaisseurs de nervures sont de 2 à 3 mm, et l'usinabilité est relativement faible ; les pièces moulées de précision en alliage de titane ont généralement quatre marches de diamètre. Les trous focaux et les gorges profondes sont très difficiles à usiner en CNC, et les exigences de précision de construction telles que la largeur de gorge, la coaxialité et le diamètre sont également très élevées.

Le deuxième aspect est les caractéristiques du brut de la pièce. Bien que la taille du brut de la pièce moulée de précision en alliage de titane ait été essentiellement fixée à ce stade, il est difficile de contrôler l'erreur de précision pendant le processus de forgeage de la pièce en alliage de titane, il est donc facile d'apparaître dans le processus d'usinage CNC ultérieur. Les deux problèmes suivants : d'une part, il est difficile d'atteindre une coordination efficace entre la surface non usinée et la surface usinée, et il est facile de provoquer des marches d'usinage dans le processus d'usinage, ce qui augmente considérablement la charge de travail réelle du travail de rectification de l'ajusteur ; d'autre part, cela augmentera le problème d'excédent inégal du traitement de la pièce, entraînant une déformation grave de la pièce pendant les opérations d'usinage CNC.

Le troisième aspect est l'analyse des caractéristiques de déformation des pièces. Si la distribution des contraintes des pièces moulées en alliage de titane de grande taille n'est pas uniforme, cela entraînera facilement de graves problèmes de déformation des pièces en alliage de titane. Puisque la plupart des pièces moulées de précision en alliage de titane de grande taille sont des structures de cadre semi-fermées, et qu'il y a peu de supports internes solides, l'extrémité arrière des pièces de précision montrera également une structure ouverte, la rigidité de la structure de la pièce est faible, et il n'y a pas de renforcement pour les nervures de processus. Par conséquent, des problèmes de déformation tels que la tension d'extrémité ouverte, la dislocation en direction de la hauteur et la flexion de profil sont susceptibles de se produire pendant le traitement. Les principaux facteurs de déformation incluent l'enlèvement excessif de matière locale et la libération insuffisante de contraintes internes ; après le coulage du brut, la distribution de la microstructure des pièces de précision n'est pas assez uniforme, ce qui entraîne le problème de libération déséquilibrée des contraintes thermiques.

Malgré ces revers, il existe des techniques qui rendent l'usinage du titane plus facile.

Quelle est la méthode parfaite pour usiner le titane ?

Sur la base des caractéristiques structurelles des pièces moulées en alliage de titane de grande taille et des difficultés réelles de traitement, un plan technologique d'usinage numérique spécifique est formulé, incluant le serrage, le positionnement rapide, le contrôle de la déformation et le contrôle de la précision dimensionnelle.

Introduction détaillée de l'usinage du titane

Le premier est le schéma d'application de la technologie de serrage. Puisque la partie supérieure de la structure des pièces moulées en alliage de titane de grande taille estmostly dans un état libre, les ouvertures aux deux extrémités de la pièce et les grands trous au milieu ont une rigidité relativement faible. Habituellement, des problèmes de vibration sont susceptibles de se produire pendant l'usinage, ce qui affecte négativement la qualité de l'usinage CNC. Face à ce problème, vous pouvez choisir d'ajouter trois ensembles supplémentaires d'outillages de support réglables sur la plateforme d'usinage CNC pour améliorer efficacement la rigidité réelle de la partie d'usinage CNC de la pièce moulée de précision en alliage de titane pour assurer la qualité de surface et les performances de la pièce moulée pendant l'usinage CNC.

Le deuxième est la méthode de positionnement rapide. Le travail de positionnement rapide consiste à installer un dispositif de goupille de positionnement fixe sur la partie outillage de la plateforme de traitement et à installer une structure de trou de position à la position correspondante du boss technique du traitement de la pièce pour assurer que le jeu trou-arbre puisse être répercuté, afin d'atteindre un positionnement rapide et précis pendant le processus d'usinage CNC. En même temps, la goupille de positionnement à l'extrémité d'origine de l'outillage doit être conçue cylindrique, et la goupille de positionnement distale doit être conçue hexagonale, afin de laisser une marge supplémentaire pour la déformation d'usinage de la pièce sur la base d'une meilleure fixation de la pièce de précision. Poser les bases pour les opérations de serrage ultérieures.

Le troisième est le traitement de contrôle de la déformation. L'optimisation des outils de coupe et des paramètres associés vient en premier. Lors de la coupe des pièces de précision, la force de coupe est l'un des facteurs qui ont le plus grand impact sur la qualité des pièces de précision. La force de coupe détermine largement la chaleur de coupe et la déformation de traitement des pièces en alliage de titane et affecte même l'efficacité réelle de la coupe. Par conséquent, dans le processus de travail de coupe, un outil tranchant avec un bord affûté ou un angle de dépouille relativement grand est généralement sélectionné, et une méthode de traitement par couches à faible profondeur de coupe est utilisée pour réduire la probabilité de problèmes de déformation des pièces moulées de précision en alliage de titane pendant le processus d'usinage CNC. Le deuxième est la réalisation du raclage sans contrainte. Sous l'influence de diverses contraintes de traitement, les pièces moulées de précision en alliage de titane auront certains problèmes de déformation. Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser le serrage sans contrainte et le raclage sans contrainte, et d'autres méthodes. Réduire la déformation des pièces. Lorsque la pièce moulée de précision en alliage de titane de grande taille est dans un état libre, la surface inférieure du boss de positionnement est amortie par des composants tels que des rondelles en cuivre pour garantir que les pièces sont serrées sans contrainte pendant l'opération de pressage, et le boss de positionnement ne sera pas déformé, afin d'éliminer les problèmes de contrainte de serrage et de déformation de la pièce pendant le processus d'usinage.

Le quatrième est le schéma de contrôle de la précision dimensionnelle. Avant le début du travail d'usinage CNC, il est nécessaire de mesurer la surface usinée et la surface non usinée de manière exhaustive afin de faciliter l'inspection de la déformation ultérieure et de l'excédent d'usinage et de déterminer l'excédent d'usinage du programme CNC à travers les résultats de l'inspection. Dans le processus d'usinage CNC réel, en raison du problème évident de recul de l'outil dans la structure à parois minces des pièces moulées de précision en alliage de titane de grande taille, la précision d'usinage CNC des pièces de précision est facilement affectée, ce qui entraîne finalement une inégalité locale et des différences de taille des pièces de précision.

Caractéristiques des pièces CNC en titane

• 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 des industries comme l'aérospatiale, l'automobile et le médical.

Le fabricant professionnel d'usinage CNC de titane – JTR

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