Depuis la découverte du titane en 1790, l’homme l’explore depuis un siècle pour obtenir ses propriétés extraordinaires. En 1910, les humains ont commencé à produire du titane, mais le chemin vers l’application des alliages de titane a été long et ardu. Ce n’est que 40 ans plus tard, en 1951, que la production industrielle fut enfin réalisée.
Les alliages de titane présentent les caractéristiques d'une résistance spécifique élevée, d'une résistance à la corrosion, d'une résistance aux températures élevées et d'une résistance à la fatigue. Le poids des alliages de titane de même taille ne représente que 60 % de celui de l’acier, mais il est plus résistant que l’acier allié. En raison de leurs bonnes propriétés, les alliages de titane sont de plus en plus utilisés dans l'aviation, l'aérospatiale, les équipements de production d'électricité, l'énergie nucléaire, les navires, les produits chimiques et les équipements médicaux.
Raisons de la difficulté de traitement des alliages de titane
Les quatre caractéristiques des alliages de titane, telles qu'une faible conductivité thermique, un écrouissage sévère, une affinité élevée avec les outils de coupe et une faible déformation plastique, sont les raisons essentielles de la difficulté de traitement des alliages de titane. Son indice de coupe n'équivaut qu'à 20% de celui d'un acier facile à couper.
Faible conductivité thermique
La conductivité thermique de l'alliage de titane ne représente qu'environ 16 % de celle de l'acier 45#. La chaleur ne peut pas être évacuée dans le temps pendant le traitement, ce qui entraîne une température locale élevée du tranchant (la température de la pointe pendant le traitement est plus de 1 fois celle de l'acier 45#), ce qui provoque facilement une usure diffuse de l'outil.
Un écrouissage sévère
Le phénomène d'écrouissage de l'alliage de titane est évident et la couche de durcissement de surface est plus grave que celle de l'acier inoxydable, ce qui entraînera certaines difficultés lors du traitement ultérieur, telles qu'un endommagement accru de la limite de l'outil.
Grande affinité avec les outils
Forte adhérence au carbure cémenté contenant du titane.
Petite déformation plastique
Il s'agit d'environ la moitié du module élastique de l'acier 45, donc la récupération élastique est importante et le frottement est important. Dans le même temps, la pièce à usiner est également sujette à une déformation par serrage.
Conseils techniques pour le traitement de l'alliage de titane
Sur la base de la compréhension du mécanisme de traitement de l'alliage de titane et de l'expérience antérieure, les principaux conseils de traitement pour le traitement de l'alliage de titane sont les suivants :
(1) Utilisez une lame avec une géométrie à angle positif pour réduire la force 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 avance pendant le processus de coupe. La profondeur de coupe radiale ae lors du fraisage doit être de 30 % du rayon.
(3) Utilisez un fluide de coupe à haute pression et à haut débit pour garantir la stabilité thermique du processus d'usinage et éviter la dégénérescence de la surface et les dommages aux outils dus à une température excessive.
(4) Gardez le bord de la lame affûté. Les outils émoussés sont à l'origine d'une accumulation de chaleur et d'une usure, ce qui peut facilement conduire à une défaillance de l'outil.
(5) Traiter autant que possible l'alliage de titane dans son état le plus mou, car le matériau devient plus difficile à traiter après durcissement. Le traitement thermique augmente la résistance du matériau et augmente l'usure de la lame.
(6) Utilisez un grand rayon de pointe d'outil ou un chanfrein pour couper et insérer autant de lame que possible dans la coupe. Cela peut réduire la force de coupe et la chaleur à chaque point et éviter des dommages locaux. Lors du fraisage d'un alliage de titane, la vitesse de coupe a le plus grand impact sur la durée de vie de l'outil parmi tous les paramètres de coupe, suivie par la profondeur de coupe radiale.
Résolvez les problèmes de traitement du titane en commençant par la lame
L'usure de la rainure de la lame qui se produit lors du traitement de l'alliage de titane est une usure locale à l'arrière et à l'avant dans le sens de la profondeur de coupe. Cela est souvent dû à la couche durcie laissée par le traitement précédent. La réaction chimique et la diffusion entre l'outil et le matériau de la pièce à une température de traitement supérieure à 800 degrés sont également l'une des raisons de la formation de l'usure des rainures. Parce que pendant le traitement, les molécules de titane de la pièce s'accumulent devant la lame et se « soudent » à la lame sous haute pression et haute température pour former un bord accumulé. Lorsque le bord accumulé est décollé de la lame, le revêtement en carbure de la lame est enlevé. Par conséquent, le traitement des alliages de titane nécessite des matériaux et des géométries de lame spéciaux.
Structure d'outil adaptée au traitement du titane
Le traitement des alliages de titane est axé sur la chaleur. Une grande quantité de liquide de coupe à haute pression doit être pulvérisée sur le tranchant de manière rapide et précise pour éliminer rapidement la chaleur. Il existe sur le marché des structures de fraises uniques spécifiquement destinées au traitement des alliages de titane.
A partir de la méthode d'usinage spécifique
Tournant
Les produits en alliage de titane permettent facilement d'obtenir une bonne rugosité de surface lors du tournage, et l'écrouissage n'est pas grave, mais la température de coupe est élevée et l'outil s'use rapidement. Compte tenu de ces caractéristiques, les mesures suivantes sont principalement prises en termes d'outils et de paramètres de coupe :
Matériau de l'outil : YG6, YG8 et YG10HT sont sélectionnés en fonction des conditions existantes de l'usine.
Paramètres de géométrie de l'outil : angles avant et arrière de l'outil appropriés, pointe de l'outil arrondie.
Faible vitesse de coupe, vitesse d'avance modérée, profondeur de coupe profonde, refroidissement suffisant, la pointe de l'outil ne peut pas être plus haute que le centre de la pièce lors de la rotation du cercle extérieur, sinon il est facile de se coincer. Lors de la finition et du tournage de pièces à parois minces, l'angle de déviation principal de l'outil doit être grand, généralement de 75 à 90 degrés.
Fraisage
Le fraisage de produits en alliage de titane est plus difficile que le tournage, car le fraisage est une coupe intermittente et les copeaux adhèrent facilement à la lame. Lorsque les dents des copeaux collants coupent à nouveau la pièce, les copeaux collants sont arrachés et emportent un petit morceau de matériau de l'outil, formant un bord cassé, ce qui réduit considérablement la durabilité de l'outil.
Méthode de fraisage : utilisez généralement le fraisage vers le bas.
Matériau de l'outil : acier rapide M42.
Généralement, le traitement des aciers alliés n’utilise pas le fraisage. En raison de l'influence de l'écart entre la vis mère de la machine-outil et l'écrou, lors du fraisage, la fraise agit sur la pièce et la force dans le sens d'avance est la même que la direction d'avance, ce qui peut facilement provoquer la pièce à usiner. la table ait un mouvement intermittent, provoquant la rupture du couteau. Pour le fraisage vers le bas, les dents de la fraise heurteront la peau dure lorsqu'elles commenceront à couper, provoquant la rupture de la fraise. Cependant, étant donné que les copeaux du fraisage inverse sont fins à épais, la fraise est sujette à un frottement sec avec la pièce lors de la première coupe, ce qui aggrave le collage et l'écaillage de la fraise. Afin de fraiser en douceur les alliages de titane, il convient également de noter que l'angle avant doit être réduit et l'angle arrière doit être augmenté par rapport à la fraise standard générale. La vitesse de fraisage doit être faible et des fraises à dents pointues doivent être utilisées autant que possible, et l'utilisation de fraises à dents de pelle doit être évitée.
Tapotement
Lors du taraudage de produits en alliage de titane, les copeaux étant petits, ils adhèrent facilement à la lame et à la pièce, ce qui entraîne une grande valeur de rugosité et un couple élevé sur la surface usinée. Une mauvaise sélection et un mauvais fonctionnement des tarauds pendant le taraudage peuvent facilement provoquer un écrouissage, une efficacité de traitement extrêmement faible et une rupture occasionnelle des tarauds.
Il faut privilégier l'utilisation d'un taraud avec un seul filetage en place. Le nombre de dents doit être inférieur à celui d'un taraud standard, généralement 2 à 3 dents. L'angle de conicité de coupe doit être grand et la partie conique a généralement une longueur de 3 à 4 filetages. Pour faciliter l'élimination des copeaux, un angle négatif peut également être meulé sur la partie conique de coupe. Essayez d'utiliser des tarauds courts pour augmenter la rigidité du cône. La partie conique inversée du cône doit être convenablement plus grande que la partie standard pour réduire la friction entre le taraud et la pièce.
Alésage
L'usure de l'outil n'est pas grave lors de l'alésage des alliages de titane, et des alésoirs en carbure et en acier rapide peuvent être utilisés. Lors de l'utilisation d'alésoirs en carbure, la rigidité du système de traitement similaire à celle du perçage doit être adoptée pour empêcher l'alésage de s'écailler. Le principal problème lors de l’alésage des alliages de titane est que la finition de l’alésage n’est pas bonne. La largeur de la lame de l'alésoir doit être réduite avec une pierre à huile pour éviter que la lame ne colle à la paroi du trou, mais une résistance suffisante doit être assurée. Généralement, la largeur de la lame est de 0,1 à 0,15 mm.
La transition entre le tranchant et la pièce d'étalonnage doit être un arc lisse. Après usure, il doit être réparé à temps et la taille de l'arc de chaque dent doit être cohérente ; si nécessaire, la partie calibrage du cône arrière peut être augmentée.
Forage
Le perçage des alliages de titane est difficile et le phénomène de brûlure et de rupture du foret se produit souvent pendant le traitement. Cela est principalement dû à plusieurs raisons telles qu'un mauvais meulage des forets, une élimination intempestive des copeaux, un mauvais refroidissement et une mauvaise rigidité du système de processus. Par conséquent, lors du perçage des alliages de titane, il convient de prêter attention à un meulage raisonnable du foret, à un grand angle supérieur, à un angle avant réduit du bord extérieur, à un angle arrière accru du bord extérieur et à une conicité arrière augmentée à 2 à 3 fois celle du foret standard. Rétractez fréquemment l'outil et retirez les copeaux à temps, en faisant attention à la forme et à la couleur des copeaux. Si les copeaux apparaissent plumeux ou changent de couleur pendant le perçage, cela signifie que le foret est émoussé et que l'outil doit être changé et affûté à temps.
Le gabarit de perçage doit être fixé sur l'établi, la surface du couteau de guidage du gabarit de perçage doit être proche de la surface de traitement et essayez d'utiliser un foret court. Un autre problème à noter est que lorsque l'alimentation manuelle est adoptée, le foret ne doit pas avancer ou reculer dans le trou, sinon la lame du foret frottera contre la surface de traitement, provoquant un écrouissage et émoussant le foret.
Affûtage
Un problème courant lors du meulage de pièces en alliage de titane est que les copeaux collants provoquent le blocage de la meule et des brûlures à la surface des pièces. La raison en est que la conductivité thermique de l'alliage de titane est mauvaise, ce qui provoque une température élevée dans la zone de meulage, de sorte que l'alliage de titane et l'abrasif sont liés, diffusés et réagissent fortement chimiquement. Les copeaux collants et le blocage de la meule entraînent une diminution significative du rapport de broyage. En raison de la diffusion et de la réaction chimique, la surface de la pièce est brûlée, ce qui entraîne une diminution de la résistance à la fatigue des pièces, ce qui est plus évident lors du meulage de pièces moulées en alliage de titane.
Pour résoudre ce problème, les mesures prises sont :
Sélectionnez le matériau de meule approprié : carbure de silicium vert TL. Dureté de la meule légèrement inférieure : ZR1.
Le traitement de coupe des matériaux en alliage de titane doit être contrôlé du point de vue des matériaux d'outils, des fluides de coupe et des paramètres de traitement afin d'améliorer l'efficacité globale du traitement des matériaux en alliage de titane.
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