Comment le titane est-il usinable pour les composants automobiles, aérospatiaux et industriels

Le titane a été découvert pour la première fois en 1791, mais nous n'avons commencé à réaliser son potentiel industriel qu'en 1948, lorsque le gouvernement américain a commencé à financer la recherche sur le titane pour une utilisation dans les applications aéronautiques, aérospatiales et de défense. Le titane est un minéral abondant, mais le processus de transformation du minerai de titane en titane pur ou ses alliages est complexe et coûteux. Vous paierez une prime pour le nouveau titane et ses alliages par rapport aux autres métaux courants utilisés dans les processus d'usinage et de fabrication.

Le titane offre une combinaison unique de propriétés 

Le titane est réputé pour son rapport poids/résistance. Il est 45 % plus léger que l'acier, mais tout aussi résistant, 60 % plus lourd que l'aluminium et deux fois plus résistant. Le titane peut tolérer des températures extrêmes en raison de sa résistance à la fatigue à cycle élevé et de son point de fusion très élevé (3 034 °F ou 1 668 °C) et subit également un changement minimal de dimensions dans des environnements à température extrême en raison de son faible coefficient de dilatation thermique. Il est préférable à l'aluminium et à l'acier pour de nombreuses applications en raison de sa résistance à la corrosion, et il est souvent utilisé dans l'industrie médicale car il est biocompatible et non magnétique.

Cette combinaison de propriétés présente certains défis lorsqu'il s'agit de transformer du titane commercialement pur et ses alliages en composants pour les équipements automobiles, aérospatiaux, industriels, marins, médicaux et récréatifs. Le titane est-il usinable ? Oui, mais vous devrez comprendre comment ses propriétés affectent les techniques d'usinage.

Le titane est-il usinable ? Oui, mais tenez compte de ces facteurs

Le titane est usinable, mais il nécessite des considérations particulières concernant les procédés d'usinage. En raison de ses propriétés uniques, vous devrez faire preuve de prudence lors de l'usinage du titane pour les raisons suivantes :

• Faible conductivité thermique peut entraîner une accumulation excessive de chaleur dans les outils de coupe, ce qui affecte la qualité de la finition et raccourcit la durée de vie de l'outil.
• Tendances de durcissement au travail et l'adhérence de l'alliage peut créer de longs copeaux continus qui emmêlent l'outil.
• Module de Young bas peut provoquer un broutage et un retour élastique qui se traduit par une mauvaise qualité de surface.

Les machinistes expérimentés en titane relèvent ces défis en utilisant la configuration appropriée, les bons outils, la vitesse de coupe et l'équilibre de l'avance, et les techniques de fraisage.

Décrochage réglable en titane pour VTT (Image reproduite avec l'aimable autorisation de Paragon Machine Works)

Sélection et utilisation des outils

Une sélection et un soin appropriés des outils sont fondamentaux pour produire des composants dimensionnés avec précision avec des finitions de haute qualité. Pour ce faire, suivez les recommandations suivantes : 

• Conservez les arêtes vives de l'outil. Les outils émoussés entraînent une plus grande accumulation de chaleur, provoquent des déchirures et produisent une mauvaise finition de surface.
• Utilisez des outils en carbure avec des revêtements par dépôt physique en phase vapeur (PVD). Ce revêtement résiste à l'adhérence de l'alliage et brise efficacement les copeaux longs.
• Utilisez des outils en acier rapide ou en carbure revêtu de nitrure d'aluminium et de titane . Ceux-ci peuvent être optimaux pour certaines applications, aidant à gérer les températures élevées générées lors de la coupe, à résister au "collage" de l'alliage et à briser les copeaux longs.
• Envisagez d'utiliser un outil en poix fine ou en épi de maïs. La géométrie de l'outil, dans ce cas un nombre accru d'arêtes de coupe, améliore le taux d'enlèvement.

La dureté du titane peut provoquer un broutage de l'outil, ce qui ruine la finition de surface. Vous pouvez éviter cela en assurant une prise ferme sur la pièce en titane et une configuration rigide de la machine.

Taux d'alimentation élevé

Dans l'ensemble, vous souhaiterez maintenir la vitesse d'alimentation la plus élevée possible qui produira la qualité de finition requise. Les recommandations du fabricant d'outils, la vitesse de broche et la charge de copeaux seront prises en compte dans le calcul de la vitesse d'alimentation optimale. Une fois que l'outil commence à couper, évitez les interruptions. Gardez l'outil en mouvement pour éviter l'écrouissage, le grippage et l'usure prématurée de l'outil.

Faibles vitesses de coupe

La vitesse de coupe affecte l'accumulation de chaleur dans l'outil. Un faible régime (tours par minute) associé à une plus grande charge de copeaux peut aider à modérer la température de l'outil. Le titane commercialement pur tolère des vitesses plus élevées que les alliages de titane. La technique influence également la vitesse de coupe. Par exemple, le rainurage complet (engagement de l'outil à 180 degrés) nécessite une faible vitesse de surface. Cependant, en réduisant l'engagement radial, vous réduisez également le temps pendant lequel l'arête de coupe génère de la chaleur et augmentez le temps de refroidissement. Par conséquent, avec moins d'engagement radial, vous pouvez augmenter la vitesse de coupe et maintenir une température d'outil acceptable.

Le liquide de refroidissement est essentiel

Compte tenu des problèmes de chaleur liés à l'usinage du titane, le liquide de refroidissement est essentiel pour produire la finition souhaitée. Une grande variété de liquides de refroidissement solubles dans l'eau sont disponibles pour gérer la température, éliminer les copeaux, protéger le tranchant de l'outil et prolonger sa durée de vie. Une alimentation en liquide de refroidissement haute pression est nécessaire pour une élimination efficace des copeaux. Certaines opérations de fraisage peuvent profiter d'outils qui fournissent du liquide de refroidissement directement sur l'arête de coupe via la broche.

Réduire le coût d'usinage du titane 

Par rapport à l'usinage de métaux courants comme l'acier et l'aluminium, les propriétés uniques du titane exigent un niveau de compétence et de connaissance beaucoup plus élevé de l'interaction entre les outils de fraisage et le métal pour obtenir la finition requise. Le temps et l'attention supplémentaires requis pour usiner le titane s'ajoutent aux coûts déjà plus élevés du titane et de ses alliages.

Comme alternative au coût du nouveau titane, de nombreux ateliers d'usinage utilisent des restes de titane vérifiés dans leurs processus de production. Industrial Metal Service est spécialisé dans la fourniture de restes de titane utilisables aux ateliers d'usinage de la région de la baie de San Francisco et au-delà. Les restes sont vérifiés à l'aide de la technologie de fluorescence X pour garantir la qualité du titane. Nous pouvons également faire en sorte que les restes de titane soient coupés sur mesure, ce qui vous permet de commencer immédiatement le processus d'usinage plus facilement. Nous assurons une livraison régulière et fiable dans toute la région de la baie de San Francisco et expédions souvent du titane à des ateliers d'usinage du pays qui n'ont pas de fournisseur de métal local.