Les alliages de titane sont solides, mais difficiles à usiner, en particulier les pièces en tôle-fines. Les couper facilement entraîne des déformations sous contrainte et des imprécisions dimensionnelles, provoquant des maux de tête pour beaucoup ! Pas de panique, une combinaison de techniques peut résoudre ce problème : ajustez les trajectoires de fraisage par électroérosion à fil et CNC, optimisez les plans d'usinage et utilisez des dispositifs de positionnement + une découpe en boucle fermée-pour améliorer la rigidité des pièces, réduire la déformation à la source et garantir une qualité de produit constante !
1. Introduction
Les alliages de titane sont largement utilisés dans l’aérospatiale en raison de leur haute résistance, de leur résistance à la corrosion, de leur résistance à la chaleur et de leur dureté. Leurs inconvénients incluent une mauvaise conductivité thermique et une difficulté d’usinage élevée.
La partie nervurée en alliage de titane mesure 43 mm de long, 25 mm de large et 3,5 mm d'épaisseur. L'épaisseur et les deux cavités intérieures sont fraisées CNC, tandis que les huit nervures sont usinées par fil EDM, assurant une largeur de nervure de (0,3 ± 0,05) mm et une symétrie de 0,05 mm avec les cavités intérieures. Ceci est classé comme une partie de côte fine-. Dix pièces ont été initialement traitées conformément aux documents de processus. Le personnel d'inspection a constaté que quatre pièces présentaient des problèmes de largeur et de symétrie des nervures, ne répondant pas aux exigences de conception.
2. Analyse des causes profondes
Les documents de processus originaux exigeaient une épaisseur de matière première de 5 mm. Cependant, en raison des limitations des stocks, seules des matières premières d’une épaisseur de 18 mm étaient disponibles. Par conséquent, la taille du flan devait être de 250 mm × 80 mm avec une épaisseur de 18 mm, comme le montre la figure 1. Un processus d'électroérosion à fil a été ajouté pour diviser l'épaisseur du matériau en deux (voir la figure 2), ce qui donne à chaque pièce une épaisseur de 9 mm. Celui-ci a ensuite été usiné à une épaisseur de 3,5 mm à l’aide d’un fraisage CNC. Lors du fraisage CNC, l'opérateur a utilisé une méthode de serrage par mandrin à vide (voir Figure 3). Une surface a d'abord été fraisée avec précision, supprimant une marge de 3 mm. La pièce a ensuite été retournée pour être aspirée et la deuxième surface a été fraisée jusqu'à une épaisseur de 3,5 mm. Enfin, la cavité interne au milieu de la pièce a été usinée.
Figure 1. Vide
Figure 2. Blanc divisé en deux
Figure 3. Serrage par ventouse à vide
Dix petites pièces sont disposées sur chaque morceau de matériau (voir Figure 4). Un trou de filetage en fil-de 3 mm est percé à une extrémité de chaque rangée de pièces, puis les pièces sont traitées par électroérosion à fil.
Figure 4. Disposition des pièces
Avant le traitement, l'opérateur d'électroérosion à fil vérifie la planéité du matériau et détecte une déformation sous contrainte (voir Figure 5), avec une déformation maximale de 3,05 mm. En utilisant une plaque de serrage pour la coupe, puisqu'il n'y a qu'un seul trou de filetage-, chaque petite pièce est interconnectée après la coupe. Le matériau est coupé et, par conséquent, sous contrainte, une déformation du matériau se produit pendant le traitement (voir Figure 6), provoquant un dépassement de la largeur des nervures de la pièce par rapport aux tolérances, affectant ainsi la symétrie avec la cavité interne.
Figure 5. Déformation du matériau avant découpe
Figure 6. Déformation du matériau après découpe
3. Prendre des mesures efficaces
L'analyse a révélé que le problème principal était la déformation du matériau sous contrainte. Les matériaux en alliage de titane génèrent de la chaleur de coupe pendant l'usinage. Le matériau dissipe lentement la chaleur et plus la tolérance est importante, plus la déformation est importante. Ce problème ne peut être résolu qu'en changeant la méthode de coupe [1]. Le schéma d'usinage original a été optimisé en prenant les mesures efficaces suivantes.
1) Remplacer un stress élevé par un stress faible. En fraisage CNC, plus la surépaisseur de coupe est grande, plus la contrainte et la déformation du matériau sont importantes. Le processus de coupe au fil de la matière première a été modifié, passant de la division en deux parties à la division en trois parties (voir Figure 7), de sorte que l'épaisseur de chaque morceau de matériau soit d'environ 6 mm, ce qui a considérablement réduit la surépaisseur d'usinage du fraisage CNC et a ainsi réduit la déformation du matériau.
Figure 7 Blanc divisé en trois parties
2) Modification de la méthode de serrage par fraisage CNC. Lors de l'usinage de l'épaisseur en fraisage CNC, la méthode de serrage du mandrin à vide a été remplacée par une méthode de serrage latérale-haute [2] (voir Figure 8). En retournant la pièce à plusieurs reprises et en fraisant les deux côtés, la quantité de coupe était inférieure ou égale à 0,2 mm à chaque fois, garantissant que l'épaisseur répondait aux exigences du dessin et réduisant la déformation du matériau lors de l'usinage. Selon le calcul, après le fraisage CNC, tant que la déformation de l'ensemble du morceau de matériau est contrôlée à moins de 0,5 mm, les exigences de planéité d'une seule petite pièce peuvent être satisfaites. L'opérateur a traité les pièces selon la méthode optimisée, en les inspectant au fur et à mesure du traitement pour garantir une planéité inférieure ou égale à 0,2 mm.
Figure 8 Serrage latéral-supérieur
3) Réalisez un outillage spécial pour augmenter le nombre de trous de filetage du fil-. Dans le processus de coupe au fil, pour éviter la déformation du matériau pendant le traitement, le nombre de trous de filetage du fil-a été augmenté à 10, garantissant que chaque partie de nervure possède un trou de filetage du fil-indépendant, qui est ensuite usiné en une seule étape par fraisage CNC pour garantir la cohérence. Un outillage de coupe au fil a été réalisé et la pièce à usiner a été positionnée sur la plaque d'outillage par des broches de positionnement (voir Figure 9). Chaque nervure a été traitée indépendamment, sans se couper, augmentant ainsi la rigidité du matériau et réduisant la déformation de la pièce [3].
Figure 9 Positionnement de la pièce sur le plateau d'outillage par positionnement des broches
4 Vérification des effets
20 pièces ont été traitées selon le schéma amélioré. Après avoir été testé par un équipement de test professionnel, la largeur et la symétrie des nervures répondaient toutes aux exigences du dessin. Finalement, un total de 120 pièces ont été traitées, toutes répondant aux exigences, avec un taux de réussite de 100 %, indiquant que le système amélioré était efficace. 5 Conclusion
Cet article présente un itinéraire d'usinage et une méthode de contrôle de la déformation pour les pièces en plaques minces en alliage de titane. En optimisant le schéma d'usinage et la méthode de serrage, en modifiant le parcours d'électroérosion à fil et la stratégie de fraisage CNC, et en adoptant des dispositifs de positionnement et une coupe fermée pour réduire la déformation par contrainte de coupe, les exigences de largeur de nervure et de symétrie des pièces sont efficacement garanties, accumulant ainsi de l'expérience pour l'usinage de ces pièces.
