Maîtriser l'usinage CNC du titane :conseils, défis et qualités de matériaux

Le titane est un matériau remarquable pour l’usinage CNC. Il peut résister à des températures élevées et résiste à la corrosion chimique. En outre, il est léger et possède plusieurs autres qualités, ce qui le rend unique et souhaitable pour les fabricants.

Les pièces en titane usinées CNC sont extrêmement durables, mais il peut être difficile d'usiner le titane en raison de sa haute résistance à la traction. Dans cet article, nous fournirons d'excellentes informations sur l'usinage CNC du titane, comment choisir les bons outils de coupe pour l'usinage du titane et des conseils utiles pour garantir un usinage réussi.

Pourquoi choisir le titane pour les pièces d'usinage CNC ?

Les principaux avantages du titane CNC en tant que matériau de fabrication incluent sa biocompatibilité supérieure, son degré élevé de résistance à la corrosion et le rapport résistance/poids le plus élevé de tous les métaux. Ce métal présente également une excellente ductilité et une bonne usinabilité. D'autres raisons de choisir le titane pour l'usinage de pièces CNC incluent :

• Durabilité :le titane est très durable et idéal pour la fabrication de pièces usinées CNC soumises à des conditions de travail difficiles ou extrêmes.
• Non magnétique :ce métal n'a aucune caractéristique magnétique. Il présente également une excellente résistance à l'oxydation, ce qui le rend résistant aux forces corrosives.
• Non toxique :le titane est résistant à la corrosion, possède une biocompatibilité élevée et des propriétés non toxiques, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans l'industrie médicale.

Ces qualités du titane lui confèrent des applications dans diverses industries, notamment les industries aérospatiale, médicale et automobile.

Défis à prendre en compte lors de l'usinage du titane

Bien que le titane CNC soit un excellent matériau pour de nombreuses utilisations, les fabricants rencontrent souvent des difficultés lors de son usinage. Ces défis incluent :

Réactivité chimique élevée et grippage

Lors de l'usinage d'alliages de titane, certains gaz peuvent réagir avec eux, entraînant des problèmes tels que l'oxydation et la fragilisation de la surface. Cela peut affaiblir les composants et réduire leur résistance à la corrosion.

De plus, ce métal présente un faible module d'élasticité par rapport à sa haute résistance, ce qui en fait un matériau gommeux à usiner. Étant gommeux, le titane peut adhérer à l'outil de coupe CNC, entraînant des pannes et des dommages. Outre les dommages causés aux outils, le grippage compromet souvent la qualité de la finition de surface du titane.

Accumulation de chaleur et forces de coupe

Maintenir une température fraîche lors de l’usinage du titane est l’un des défis les plus difficiles. La raison en est que le titane a une faible conductivité thermique, ce qui amène la pièce métallique à accumuler de la chaleur là où l'outillage est rapide. Celui-ci s'use plus rapidement et pourrait avoir un impact négatif sur la qualité des surfaces coupées s'il n'est pas traité, en particulier lors de l'usinage d'alliages de titane plus durs.

L'utilisation d'une plus grande charge de copeaux et d'un régime plus faible sur la machine CNC est essentielle pour ces alliages de titane plus résistants. Un liquide de refroidissement à haute pression peut également aider vos outils de coupe à fonctionner plus efficacement et à créer des pièces en titane de meilleure qualité.

De plus, les alliages de titane nécessitent des forces de coupe élevées, ce qui les rend difficiles à couper. Ces forces de coupe provoquent souvent une usure des outils, des pièces défectueuses et des vibrations élevées, ce qui a un impact sur la qualité du produit et la finition de surface.

Contraintes résiduelles et de durcissement

En raison de leur structure cristalline, les alliages de titane ne sont pas extrêmement flexibles, ce qui peut entraîner des problèmes lors de l'usinage. Leur structure cristalline peut augmenter la force de coupe pendant l'usinage, réduisant ainsi la facilité d'usinage et augmentant les risques de tensions résiduelles. Ces tensions peuvent provoquer une torsion, une fissure ou une durée de vie inférieure.

Conseils utiles pour l'usinage du titane

De nombreux ateliers d'usinage hésitent à travailler avec ce matériau de pointe en raison des difficultés d'usinage du titane. Cependant, en raison de ses qualités exceptionnelles, de nombreux fabricants choisissent d’utiliser le titane pour produire des pièces de haute qualité. Heureusement, des machinistes CNC et des fabricants d'outils qualifiés ont développé des conseils utiles sur le titane des machines.

Fixez solidement les pièces

Tout ce que vous pouvez faire pour réduire les vibrations facilitera l'usinage du titane, car le titane est déjà enclin à créer des vibrations d'outil. Pour éviter toute déformation de la pièce, fixez solidement les pièces. De plus, utilisez des machines CNC de premier ordre avec des dispositions d’outillage extrêmement rigides. Pour minimiser la déviation de l'outil, vous pouvez même envisager d'adopter des outils de coupe plus courts.

Choisissez le bon outil de coupe

En raison de la demande croissante de titane, les fabricants d’outils développent de nouvelles stratégies pour augmenter l’usinabilité du titane. Les outils de coupe dotés de revêtements en carbonitrure de titane (TiCN) ou en nitrure de titane et d'aluminium résistant à la chaleur (TiAlN) peuvent durer plus longtemps.

Dans l’ensemble, les machinistes doivent choisir des outils spécifiques au titane de qualité supérieure et inspecter et remplacer régulièrement les équipements usés. Pensez également à utiliser un outil avec un diamètre plus petit et plus d'arêtes de coupe pour garantir que le taux d'enlèvement de la pièce reste stable tout en limitant l'accumulation de chaleur.

Considérez les paramètres de coupe

Le contrôle de la température doit être utilisé avec précaution lors de l’usinage du titane. L’application constante d’un liquide de refroidissement à haute pression directement sur la zone de coupe est l’un des moyens les plus simples de maintenir la pièce et l’outillage au frais. Les copeaux ne colleront pas à vos outils d'usinage si vous les soufflez hors de la zone de coupe.

De plus, lorsque vous travaillez avec du titane, il est essentiel de prendre en compte vos avances, vos vitesses de broche et la charge de copeaux. Il s’agit de limiter la sollicitation des outils et équipements et d’éviter de rester trop longtemps au même endroit. Une stratégie de coupe alternative, telle qu'augmenter la profondeur de coupe axiale tout en diminuant l'engagement radial, peut également être intéressante à étudier pour augmenter l'efficacité de coupe et abaisser les températures d'usinage.

Evitez la surchauffe en utilisant un système de refroidissement à haute pression

La finition en titane nécessite un très petit pourcentage du rayon de l'outil pour être en contact, une avance extrêmement nette et très faible par dent. Mais cela entraînera une chaleur difficile à évacuer de la zone de travail. Si nous ne le faisons pas, cela finira par endommager nos outils de coupe et les effets de la chaleur rendront difficile le maintien des tolérances. Par conséquent, lors de la coupe du titane, utilisez la meilleure configuration de liquide de refroidissement possible.

Un système de refroidissement à haute pression constitue une aide efficace. Une broche peut également être indispensable, selon l'application. L'augmentation de la concentration du liquide de refroidissement peut également s'avérer bénéfique lors du travail avec du titane.

Différentes nuances de titane pour l'usinage CNC

Il existe différentes qualités de titane et types d’alliages de titane, chacun ayant son application idéale, ses avantages et ses inconvénients. Examinons ces notes en détail.

Grade 1 (Titane pur à faible teneur en oxygène)

Parmi les types de titane les plus fréquemment utilisés, celui-ci est l’alliage de titane le plus doux et le plus ductile. Le titane de grade 1 présente une excellente usinabilité, une excellente résistance aux chocs, une excellente résistance à la corrosion et une excellente formabilité. Par contre, sa résistance est inférieure à celle des autres qualités de titane. Cette qualité trouve des applications dans les industries médicale, automobile et aérospatiale.

Grade 2 (Titane pur avec teneur en oxygène standard)

Ceci est également connu sous le nom de titane, bête de somme. Il présente une résistance élevée à la corrosion, une résistance, une formabilité, une soudabilité, une ductilité et une faible résistance. Le titane de grade 2 trouve des applications dans les industries médicales et aérospatiales pour la production de moteurs d'avion.

Grade 3 (Titane pur avec une teneur moyenne en oxygène)

Bien qu’il ne soit pas aussi populaire commercialement que les grades 1 et 2, ce titane possède de bonnes propriétés mécaniques. Il présente une résistance élevée à la corrosion ainsi qu’une usinabilité et une résistance élevées. Il trouve des applications dans les secteurs médical, maritime et aérospatial.

Grade 4 (Titane pur à haute teneur en oxygène)

Cette qualité de titane présente une résistance élevée et une résistance à la corrosion. Cependant, il n’est pas facile à usiner et nécessite souvent des quantités élevées de liquide de refroidissement et une vitesse d’avance élevée. Le titane de grade 4 trouve des applications dans les cuves cryogéniques, les équipements CPI, les composants de cellule, les échangeurs de chaleur, etc.

Les grades 1 à 4 ci-dessus sont tous du titane pur, la section suivante concerne les différentes qualités d'alliage de titane.

Niveau 5 (Ti6Al4V)

L'alliage de titane grade 5 contient 4 % de vanadium et 6 % d'aluminium. Il n'est pas aussi résistant que les autres alliages mais présente une résistance élevée à la corrosion et une formabilité élevée. Il est idéal pour la production d'énergie, les applications offshore et marines, ainsi que les structures critiques de la cellule.

Grade 6 (Ti 5 Al-2.5Sn)

Cette nuance de titane présente une bonne stabilité, résistance et soudabilité, en particulier à haute température, ce qui lui confère une application dans la production de cellules et de moteurs à réaction.

Niveau 7 (Ti-0,15Pd)

Ce grade de titane est similaire au grade 2, à la seule différence de sa teneur en palladium, ajouté pour améliorer sa résistance à la corrosion. L'alliage de titane de grade 7 présente une excellente formabilité et soudabilité. Il est idéal pour une utilisation dans la production d'équipements de traitement chimique.

Niveau 11 (Ti-0,15Pd)

Le titane de grade 11 est assez similaire au grade 7. Cependant, il est plus ductile, avec une tolérance plus faible pour les autres impuretés. Il a une résistance inférieure à celle du grade 7 et trouve une application dans l'industrie marine et de fabrication du chlorate.

Niveau 12 (Ti0.3Mo0.8Ni)

Le titane de grade 12 est assez cher et contient 0,8 % de nickel et 0,3 % de molybdène, ce qui lui confère une excellente soudabilité, une résistance à haute température et une résistance à la corrosion. Il trouve des applications dans les échangeurs de chaleur et les échangeurs de chaleur, les composants marins et aéronautiques, etc.

Niveau 23 (T6Al4V-ELI)

Également connu sous le nom d'interstitiel extra faible ou TAV-EIL, le titane de grade 23 partage des propriétés similaires au grade 5 mais est plus pur. Il présente une bonne ténacité à la rupture, une bonne biocompatibilité et une mauvaise usinabilité relative. Il est utilisé dans la production d'épingles orthopédiques, de vis, d'agrafes chirurgicales et d'appareils orthodontiques.

Comment choisir les bons outils de coupe pour l'usinage du titane ?

Utiliser n’importe quel outil de coupe lors de l’usinage CNC avec du titane est généralement une mauvaise idée. Voici comment choisir les bons outils de coupe pour le fraisage du titane ou lors de l'utilisation d'autres techniques d'usinage CNC.

Prendre en considération le nombre de cannelures de l'outil de coupe

Vous devez augmenter le nombre de cannelures de fraise en bout pour obtenir les temps de cycle du produit. Pour le titane, plus de dents équivaut à moins de broutage. Par exemple, une fraise à 10 cannelures, bien que adaptée aux charges de copeaux idéales pour la plupart des matériaux, est parfaite pour une utilisation avec le titane. Cela est principalement dû à la nécessité de réduire les engagements radiaux.

Évitez les coupes interrompues et gardez le tranchant affûté

En raison de son faible module d’Young, le titane est solide et élastique. Cela signifie que pour éliminer efficacement et sans frotter un copeau de la surface, nous avons besoin d'un outil tranchant.

Évitez autant que possible les coupes interrompues, car elles peuvent enfoncer des copeaux dans vos outils tranchants, entraînant éventuellement une défaillance précoce de l'outil.

Prendre en compte le revêtement des outils de coupe

Les revêtements peuvent grandement améliorer la capacité de votre outillage à supporter la chaleur produite par le titane. Le TiAlN (nitrure de titane et d'aluminium) est un revêtement approprié à considérer. Il confère un pouvoir lubrifiant pour lutter contre les arêtes rapportées, le grippage et le soudage des copeaux et est particulièrement bien adapté aux températures rencontrées lors de l'usinage.

Essayez les fraises à grande avance lors de l'usinage du titane

Les fraises à grande avance conviennent pour maintenir un faible engagement lors du travail avec du titane axialement et radialement. Ces outils sont spécialement conçus pour effectuer cette tâche efficacement.

Finitions de surface des pièces usinées en titane

Une gamme de techniques de finition de surface, y compris le polissage du titane, peut améliorer les produits en titane usinés CNC pour des raisons fonctionnelles et esthétiques. Ces finitions de surface comprennent :

• Polissage
• Anodisation
• Chrome
• Revêtement en poudre
• Revêtement PVD
• Brossage

Applications des pièces usinées en titane

Les pièces usinées en titane sont durables, résistantes à la corrosion et esthétiques. Ces qualités leur confèrent des applications dans une variété d'industries.

Industrie maritime/navale

Comparé à la plupart des métaux naturels, le titane présente une résistance à la corrosion plus élevée. Cette résistance le rend idéal pour produire des arbres d'hélice, des robots sous-marins, des équipements de gréage, des vannes à bille, des échangeurs de chaleur marins, des canalisations de systèmes d'incendie, des pompes, des revêtements de cheminée d'échappement et des systèmes de refroidissement embarqués.

Aéronautique

En raison de ses nombreuses qualités recherchées, le titane est un matériau recherché dans l’industrie aérospatiale. Ces qualités incluent son rapport résistance/poids élevé, sa résistance exceptionnelle à la corrosion et sa capacité à résister aux environnements extrêmement chauds. Les pièces en titane utilisées dans l'industrie aérospatiale comprennent les composants de siège, les composants de turbine, les pièces d'arbre, de vanne, de boîtier et de filtre, ainsi que les pièces pour les systèmes de génération d'oxygène.

Automobile

Dans le secteur automobile, le débat entre le titane et l'aluminium ne cesse de faire rage, l'aluminium ayant le dessus en raison de sa disponibilité et de sa rentabilité. Néanmoins, le titane est encore présent dans la production de pièces automobiles. Les principales utilisations automobiles du titane et de ses alliages sont la production de soupapes, de ressorts de soupape, de dispositifs de retenue, de supports de butée de voiture, d'écrous d'oreille suspendus, d'axes de piston de moteur, de ressorts de suspension, de pistons d'étrier de frein, de culbuteurs de moteur et de bielles de moteurs à combustion interne.

Médical et Dentaire

L'industrie médicale trouve plusieurs applications au titane en raison de sa haute résistance à la corrosion, de sa faible conductivité électrique et de son pH physiologique. Les pièces en titane utilisées pour l'industrie médicale comprennent des vis à os coniques, droites ou autotaraudeuses, des vis pour implants dentaires, des vis crâniennes pour systèmes de fixation crânienne, des tiges de fixation vertébrale, des connecteurs et des plaques, des broches orthopédiques, etc.

Choisissez WayKen pour l'usinage de pièces en titane

WayKen est une entreprise experte en usinage CNC, avec une grande spécialité dans l'usinage du titane. Nous offrons des services d’usinage CNC du titane de haute qualité aux industries à des prix très compétitifs. Avec un usinage 5 axes et des équipements de machines de précision, notre équipe de concepteurs et d'ingénieurs est toujours prête à prendre et traiter votre commande dans les plus brefs délais, réduisant ainsi les délais de mise sur le marché.

Conclusion

Le titane et ses alliages nécessitent un usinage soigné pour une production de pièces optimale. C'est un métal très différent de ses homologues comme l'acier et le laiton. Cela nécessite l’utilisation d’outils appropriés, d’expertise et de patience. C'est pourquoi il est souvent préférable de confier les projets d'usinage CNC Titanium à des professionnels comme WayKen, qui garantissent des pièces de haute qualité et précises.

FAQ

Le titane est-il plus difficile à usiner que l'acier ?

Le titane est plus difficile à usiner que l’acier, principalement en raison de son point de fusion élevé. Il est également très malléable et s'étire souvent avant de se briser, ce qui le rend plus difficile à usiner.

Quelle est l'avance de fraisage du titane ?

Lors du travail du titane, cet insert doit être usiné à une vitesse de 40 à 150 m/min avec une avance de 0,03 à 0,15 mm par dent.

Comment soulager les contraintes du titane après l'usinage ?

Les techniques de réduction des contraintes peuvent être utilisées sur les alliages de titane sans compromettre leur ductilité ou leur résistance. Les pièces forgées sont produites en chauffant le métal à des températures comprises entre 595 et 705 °C (1 100 et 1 300 °F) pendant une à deux heures avant de les refroidir à l'air.