Pourquoi pensons-nous que l'alliage de titane est un matériau difficile à usiner ? En raison du manque de compréhension approfondie de son mécanisme et de son phénomène de transformation.
1． Performance physique lors de la transformation du titane
La force de coupe de l'alliage de titane n'est que légèrement supérieure à celle de l'acier de même dureté, mais la performance physique de l'usinage de l'alliage de titane est beaucoup plus complexe que celle de l'usinage de l'acier, ce qui rend l'usinage de l'alliage de titane extrêmement difficile.
La conductivité thermique de la plupart des alliages de titane est très faible, seulement 1/7 de celle de l'acier et 1/16 de celle de l'aluminium. Par conséquent, la chaleur générée lors de la coupe de l'alliage de titane ne sera pas rapidement transférée à la pièce à usiner ou évacuée par les copeaux, mais sera accumulée dans la zone de coupe, et la température générée peut atteindre plus de 1 000 ℃, de sorte que l'arête de coupe de l'outil est rapidement usée, fissurée, et qu'une arête rapportée est générée, et l'arête de coupe rapidement usée génère plus de chaleur dans la zone de coupe, ce qui réduit encore la durée de vie de l'outil.
La température élevée générée par le processus de coupe détruit également l'intégrité de la surface des pièces en alliage de titane, ce qui entraîne une diminution de la précision géométrique des pièces et l'apparition d'un écrouissage qui réduit sérieusement leur résistance à la fatigue.
L'élasticité des alliages de titane peut être bénéfique à la performance des pièces, mais dans le processus de coupe, la déformation élastique de la pièce à usiner est une cause importante de vibration. Sous l'effet de la pression de coupe, la pièce "élastique" s'éloigne de l'outil et rebondit, de sorte que la friction entre l'outil et la pièce est supérieure à l'action de coupe. Le processus de friction génère également de la chaleur, ce qui aggrave le problème de la mauvaise conductivité thermique des alliages de titane.
Ce problème est plus grave lors de l'usinage de pièces à parois minces ou de pièces annulaires, qui sont faciles à déformer. Il n'est pas facile d'usiner des pièces à parois minces en alliage de titane avec la précision dimensionnelle souhaitée. Lorsque le matériau de la pièce est repoussé par l'outil, la déformation locale de la paroi mince a dépassé la plage élastique et produit une déformation plastique, et la résistance et la dureté du matériau au point de coupe ont augmenté de manière significative. À ce stade, l'usinage à la vitesse de coupe initialement déterminée devient trop élevé, ce qui entraîne une usure rapide de l'outil.
"La chaleur est le "coupable" du traitement difficile de l'alliage de titane !
2. Savoir-faire technologique pour la transformation des alliages de titane
Sur la base de la compréhension du mécanisme de traitement des alliages de titane et de l'expérience acquise, le principal savoir-faire en matière de traitement des alliages de titane est le suivant :
(1) Les plaquettes à angle positif sont utilisées pour réduire 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 toujours être en état d'avance pendant le processus de coupe, et l'engagement radial ae doit être de 30% du rayon pendant le fraisage.
(3) Un liquide de coupe à haute pression et à grand débit est utilisé pour assurer la stabilité thermique du processus de traitement et empêcher la dénaturation de la surface de la pièce à usiner et l'endommagement de l'outil en raison d'une température excessive.
(4) Veiller à ce que le tranchant de la lame soit bien aiguisé. Les outils émoussés sont la cause de l'accumulation de chaleur et de l'usure, ce qui peut facilement entraîner la défaillance de l'outil.
(5) Travailler dans l'état le plus mou de l'alliage de titane autant que possible, car le matériau devient plus difficile à travailler après durcissement, et le traitement thermique améliore la résistance du matériau et augmente l'usure de la lame.
(6) Utiliser un grand rayon de nez ou une chambre pour couper le plus possible dans l'arête de coupe. Cela permet de réduire les forces de coupe et la chaleur en tout point, et d'éviter les ruptures locales. Lors du fraisage d'un alliage de titane, la vitesse de coupe a la plus grande influence sur la durée de vie de l'outil VC, et la profondeur de coupe radiale (profondeur de fraisage) AE vient en deuxième position.
3. Résoudre le problème à partir de la lame
L'usure des rainures de la lame dans l'usinage des alliages de titane est l'usure locale de l'arrière et de l'avant le long de la direction de la profondeur de coupe, qui 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 de traitement supérieure à 800 ℃ est également l'une des raisons de la formation de l'usure des rainures. En effet, au cours du processus d'usinage, les molécules de titane de la pièce s'accumulent devant la lame et se "soudent" à l'arête de la lame sous haute pression et haute température, formant ainsi une arête rapportée. Lorsque l'arête accumulée se détache de l'arête de coupe, elle entraîne avec elle le revêtement en carbure de la plaquette. C'est pourquoi l'usinage des alliages de titane nécessite des matériaux et des géométries de plaquettes spécifiques.
4. Structure de l'outil de coupe adaptée à l'usinage du titane
Le traitement des alliages de titane est axé sur la chaleur, et une grande quantité de liquide de coupe à haute pression doit être pulvérisée sur l'arête de coupe à temps et avec précision, de manière à ce que la chaleur puisse être évacuée rapidement. Il existe sur le marché une structure unique de fraise spécialement utilisée pour le traitement des alliages de titane.
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