Depuis la découverte de l'élément titane en 1790, l'humanité a mené cent ans d'exploration ardue pour obtenir ses performances extraordinaires. En 1910, l'humanité a produit le métal titane pour la première fois, mais l'application des alliages de titane a été un chemin long et ardu, et ce n'est que 40 ans plus tard, en 1951, que la production industrielle a finalement été réalisée.
Alliages de titane Les alliages de titane se caractérisent par une résistance spécifique élevée, une résistance à la corrosion, une résistance aux températures élevées et une résistance à la fatigue. Un alliage de titane de même taille ne pèse que 60% d'acier mais est plus résistant que l'acier allié. En raison de ses bonnes caractéristiques, l'alliage de titane est de plus en plus utilisé dans les domaines de l'aviation, de l'aérospatiale, des équipements de production d'énergie, de l'énergie nucléaire, de la construction navale, de l'industrie chimique, des équipements médicaux, etc.
Raisons de l'usinage complexe des alliages de titane
Les quatre caractéristiques de l'alliage de titane, telles qu'une faible conductivité thermique, un durcissement important, une grande affinité avec l'outil et une faible déformation plastique, sont les raisons essentielles pour lesquelles l'alliage de titane est difficile à traiter. Son indice de coupe ne représente que 20% de celui de l'acier de décolletage.
Faible conductivité thermique
La conductivité thermique de l'alliage de titane n'est que d'environ 16% de celle de l'acier. La chaleur de traitement ne peut pas être évacuée à temps, ce qui entraîne des températures locales élevées au niveau de la coupe (la température de la pointe d'usinage est plus d'une fois supérieure à celle de l'acier), ce qui déclenche facilement l'usure par diffusion de l'outil.
Durcissement sévère
Le phénomène d'écrouissage de l'alliage de titane est évident. La couche d'écrouissage superficielle est plus importante que celle de l'acier inoxydable, ce qui entraînera certaines difficultés pour le traitement ultérieur, par exemple, l'augmentation des dommages aux limites de l'outil.
Grande affinité avec les outils
Collage sévère avec du carbure contenant du titane.
Faible déformation plastique
Le module d'élasticité est environ deux fois moins élevé que celui de l'acier, de sorte que la reprise élastique est importante et que le frottement est sévère. Dans le même temps, la pièce à usiner est également sujette à des déformations dues au serrage.
Savoir-faire en matière d'usinage des alliages de titane
Sur la base de la compréhension du mécanisme d'usinage des alliages de titane et de l'expérience acquise, le principal savoir-faire en matière de processus d'usinage des alliages de titane est le suivant :
(1) Utiliser des plaquettes avec une géométrie à angle positif pour minimiser les efforts de coupe, la chaleur de coupe et la déformation de la pièce.
(2) Maintenir une avance constante pour éviter le durcissement de la pièce. L'outil doit être constamment alimenté pendant le processus de coupe, et la dépouille radiale doit être égale à 30% du rayon lors du fraisage.
(3) Un liquide de coupe à haute pression et à haut débit est utilisé pour assurer la stabilité thermique du processus d'usinage et pour éviter la dénaturation de la surface de la pièce et l'endommagement de l'outil de coupe en raison de températures trop élevées.
(4) Veillez à ce que les bords de la lame soient bien affûtés. Les outils émoussés sont la cause d'une accumulation de chaleur et d'une usure qui peuvent facilement conduire à une défaillance de l'outil.
(5) L'usinage des alliages de titane dans l'état le plus mou possible, car le matériau devient plus difficile à traiter après la trempe, et le traitement thermique augmente la résistance du matériau et accroît l'usure de la plaquette.
(6) Utiliser un rayon de pointe important ou une coupe en chanfrein pour amener la plus grande partie possible de la lame dans la coupe. Cela réduit la force de coupe et la chaleur à chaque point et évite les ruptures localisées. Lors du fraisage d'alliages de titane, la vitesse de coupe a l'impact le plus important sur la durée de vie de l'outil parmi les différents paramètres de coupe, la dépouille radiale (profondeur de fraisage) arrivant en deuxième position.
Résoudre les problèmes de traitement du titane du point de vue de la lame
L'usure de la rainure de la plaquette qui se produit pendant l'usinage du titane est une usure localisée à l'arrière et à l'avant dans la direction de la profondeur de coupe, et elle est souvent causée par la couche durcie laissée par l'usinage précédent. La réaction chimique et la diffusion entre l'outil et le matériau de la pièce à usiner à une température d'usinage supérieure à 800 ℃ est également l'une des raisons de la formation de l'usure des rainures. Au cours du processus d'usinage, les molécules de titane de la pièce à l'avant de la lame s'accumulent dans la "soudure" à haute pression et à haute température avec l'arête de coupe, provoquant la formation de tumeurs de copeaux. Lorsque l'accumulateur de copeaux se détache de l'arête de coupe, il emporte le revêtement en carbure de la plaquette, de sorte que l'usinage du titane nécessite des matériaux et des géométries de plaquettes uniques.
Le point central de l'usinage du titane est la chaleur, et de grandes quantités de liquide de coupe à haute pression doivent être pulvérisées sur l'arête de coupe de manière opportune et précise afin d'éliminer rapidement la chaleur. Il existe sur le marché des configurations uniques de fraises spécialement conçues pour l'usinage du titane.
tournant
Les produits en alliage de titane sont faciles à obtenir, ont une bonne rugosité de surface, l'écrouissage n'est pas important, mais la température de coupe est élevée et l'usure de l'outil est rapide. Pour ces caractéristiques, l'outil principal, les paramètres de coupe doivent prendre les mesures suivantes :
Matériau de l'outil : YG6, YG8, YG10HT selon les conditions existantes de l'usine.
Paramètres de géométrie de l'outil : angles avant et arrière appropriés, arrondi de la pointe.
Avec une vitesse de coupe plus faible, une avance modérée, une profondeur de coupe plus importante et un refroidissement adéquat, la pointe de l'outil ne peut pas être plus haute que le centre de la pièce à usiner lors du tournage cylindrique. Sinon, il est facile d'attacher le couteau, le tournage de précision et le tournage de pièces à parois minces ; l'angle de déviation central de l'outil doit être important, généralement de 75 à 90 degrés.
fraisage
Le fraisage des produits en alliage de titane est plus complexe que le tournage, car le fraisage est une coupe intermittente, et les copeaux sont faciles à coller à l'arête de coupe ; lorsque les copeaux collants des dents de la fraise pénètrent à nouveau dans la pièce à usiner, les copeaux collants sont touchés et emportent un minuscule morceau de matériau d'outillage, la formation d'écailles, ce qui réduit considérablement la durée de vie de l'outil.
Méthode de fraisage : généralement fraisage lisse.
Matériau de l'outil : HSS M42.
Le traitement général de l'acier allié n'est pas utilisé pour le fraisage lisse en raison de la vis de la machine-outil, du jeu de l'écrou, du fraisage lisse, du rôle de la fraise dans la pièce à usiner, dans la direction de la force d'alimentation, et de la même direction d'alimentation, il est facile de faire en sorte que la table de la pièce à usiner produise des fluctuations de jeu, ce qui a pour résultat de frapper le couteau. Dans le cas du fraisage en marche avant, les dents de la fraise commencent à entamer la peau dure, ce qui entraîne la rupture de l'outil. Cependant, le copeau de fraisage inversé étant de fin à épais, lors de la coupe initiale dans l'outil, il est facile de sécher la friction avec la pièce à usiner, ce qui aggrave le copeau de la tige de l'outil et l'écaillage. Pour que le fraisage de l'alliage de titane se fasse en douceur, il convient également de noter que, par rapport à la fraise standard générale, l'angle avant doit être réduit et l'angle arrière doit être augmenté. La vitesse de fraisage doit être faible ; dans la mesure du possible, il convient d'utiliser une fraise à dents pointues et d'éviter l'utilisation d'une fraise à dents en forme de bêche.
taraudage
Le taraudage des produits en alliage de titane, parce que le copeau est petit, est facile à lier à la lame et à la pièce à usiner, ce qui entraîne une grande valeur de rugosité de la surface de traitement et un couple important. Une mauvaise sélection des tarauds et une opération incorrecte lors du taraudage peuvent très facilement provoquer un durcissement, et l'efficacité du traitement pourrait être beaucoup plus élevée avec des tarauds cassés.
Il faut privilégier l'utilisation d'un taraud sautoir en place ; le nombre de dents doit être inférieur à celui du taraud standard, généralement 2 à 3 dents. L'angle du cône de coupe doit être important, et la partie conique de la longueur générale du filetage de la boucle de 3 à 4. Afin de faciliter l'enlèvement des copeaux, mais aussi dans la partie du cône de coupe de l'inclinaison négative du meulage. Essayez d'utiliser un taraud court pour augmenter la rigidité du taraud. La partie du cône inversé du taraud doit être plus importante que la norme afin de réduire la friction entre le taraud et la pièce à usiner.
Alésage
L'usure de l'outil n'est pas importante lors de l'alésage du titane, et les alésoirs en carbure et en acier rapide peuvent être utilisés. Lors de l'utilisation d'alésoirs en carbure cémenté, il est nécessaire d'adopter un processus de forage similaire à la rigidité du système pour éviter que l'alésoir ne s'écaille. L'alésage de l'alliage de titane lorsque le problème principal est la mauvaise finition du trou alésé. Il faut utiliser la pierre à huile pour réparer les bords étroits de l'alésoir afin d'éviter que la bande de bord et la paroi du trou ne se collent, mais pour garantir une résistance suffisante, une largeur de bord générale de 0,1 ~ 0,15 mm est appropriée.
L'arête de coupe et la partie de calibrage du transfert doivent présenter un arc lisse, l'usure doit être rectifiée en temps voulu et la taille de l'arc des dents doit être cohérente ; si nécessaire, la partie de calibrage du cône inversé peut être augmentée.
forage
Le perçage des alliages de titane est relativement délicat, et il arrive souvent que le processus soit marqué par des phénomènes de brûlure et de bris de foret. Cela est principalement dû à un mauvais affûtage du foret, à l'élimination des copeaux en temps opportun, à un refroidissement inadéquat et à la rigidité du système de traitement, entre autres raisons. Par conséquent, dans le processus de perçage de l'alliage de titane, nous devons prêter attention à un affûtage raisonnable du foret, à un angle supérieur important, à la réduction du bord extérieur de l'angle avant, à l'augmentation du bord extérieur de l'angle arrière, et au cône inversé ajouté au foret standard 2 à 3 fois. Retournez l'outil avec diligence et retirez les copeaux à temps ; faites attention à la forme et à la couleur des copeaux. Si les copeaux ont l'air plumeux ou si leur couleur change au cours du processus de forage, cela indique que le foret a été émoussé et qu'il doit être affûté à temps.
Le moule de perçage doit être fixé sur la table de travail, la surface de guidage du moule de perçage doit être proche de la surface d'usinage et le foret court doit être utilisé autant que possible. Un autre point important est que lors de l'alimentation manuelle, le foret ne doit pas être dans le trou. Sinon, l'arête du foret frotte la surface d'usinage, ce qui entraîne un durcissement et l'émoussement du foret.
Broyage
Un problème courant lors de la rectification de pièces en alliage de titane est l'encrassement de la meule en raison de la présence de copeaux collants et de brûlures à la surface des pièces. La raison en est la mauvaise conductivité thermique des alliages de titane, qui génère des températures élevées dans la zone de meulage, ce qui entraîne une liaison, une diffusion et de fortes réactions chimiques entre l'alliage de titane et l'abrasif. Les copeaux collants et l'encrassement de la meule entraînent une diminution significative du taux de rectification et, en raison de la diffusion et de la réaction chimique, la surface de la pièce à rectifier est brûlée, ce qui entraîne une réduction de la résistance à la fatigue de la pièce, ce qui est plus évident lors de la rectification de pièces moulées en alliage de titane.
Mesures prises pour résoudre ce problème :
Choix du matériau de la meule : carbure de silicium vert TL. Dureté de la meule légèrement inférieure : ZR1.
La coupe des matériaux en alliage de titane doit être contrôlée en termes de matériaux d'outils, de fluides de coupe et de paramètres du processus d'usinage afin d'améliorer l'efficacité globale de l'usinage des matériaux en alliage de titane.
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