Le 13 septembre, Apple a lancé la série de téléphones mobiles iPhone 15. Il convient de mentionner que c'est la première fois que des cadres en alliage de titane apparaissent sur les smartphones.
L'alliage de titane est un matériau léger, résistant à la corrosion et à haute résistance. Lorsqu'il est utilisé dans les smartphones, il peut améliorer la résistance globale, la résistance aux chutes et aux rayures du téléphone. Cependant, l'alliage de titane est un matériau difficile à usiner, et l'introduction de cadres en alliage de titane constitue également un défi dans la technologie CNC.
Pourquoi pensons-nous que l’alliage de titane est un matériau difficile à usiner ? Découvrons ses caractéristiques de traitement de coupe associées.
01
La « chaleur » est le « coupable » qui rend les alliages de titane difficiles à traiter
La force de coupe lors du traitement des alliages de titane n'est que légèrement supérieure à celle de l'acier de même dureté, mais les phénomènes physiques du traitement des alliages de titane sont beaucoup plus complexes que ceux du traitement de l'acier, ce qui rend le traitement des alliages de titane confronté à d'énormes difficultés.
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 découpe de l’alliage de titane ne sera pas rapidement transférée à la pièce ou évacuée par les copeaux, mais sera concentrée dans la zone de découpe. La température générée peut atteindre plus de 1 000 degrés, provoquant une usure, une fissuration et une formation rapides du tranchant de l'outil. Le tranchant accumulé, un tranchant qui s'use rapidement, génère plus de chaleur dans la zone de coupe, raccourcissant encore la durée de vie de l'outil.
Les températures élevées générées lors du processus de découpe détruisent également l’intégrité de surface des pièces en alliage de titane, entraînant une diminution de la précision géométrique des pièces et un phénomène d’écrouissage qui réduit considérablement leur résistance à la fatigue.
L'élasticité des alliages de titane peut être bénéfique pour les performances des pièces, mais lors du processus de découpe, la déformation élastique de la pièce est une cause importante de vibrations. La pression de coupe éloigne la pièce « élastique » de l'outil et rebondit, ce qui fait que la friction entre l'outil et la pièce l'emporte sur 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 encore plus grave lors du traitement de pièces à paroi mince ou en forme d'anneau qui se déforment facilement. Il n’est pas facile de traiter des pièces à parois minces en alliage de titane avec la précision dimensionnelle attendue. Parce que 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, la résistance du matériau et la dureté du point de coupe augmentent considérablement. A ce moment, la vitesse de coupe initialement déterminée devient trop élevée, ce qui entraîne une usure rapide de l'outil.
02
Savoir-faire en matière de processus pour le traitement des alliages de titane
Sur la base de la compréhension du mécanisme de traitement des alliages de titane et de l'ajout de l'expérience passée, le principal savoir-faire en matière de processus de traitement des alliages de titane est le suivant :
(1) Utilisez des plaquettes 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 état d'avance pendant le processus de coupe. La quantité de coupe radiale ae doit être de 30 % du rayon lors du fraisage.
(3) Utilisez un fluide de coupe à haute pression et à haut débit pour assurer la stabilité thermique du processus d'usinage et éviter la dégénérescence de la surface de la pièce et les dommages à l'outil causés par 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) Traitez les alliages de titane dans l'état le plus doux possible, car le matériau devient plus difficile à traiter après la trempe et le traitement thermique augmente la résistance du matériau et augmente l'usure de la lame.
(6) Utilisez un grand rayon d'arc de pointe d'outil ou un chanfrein pour insérer autant de bord d'outil que possible dans la coupe. Cela réduit la force de coupe et la chaleur en tout point et évite les cassures locales. Lors du fraisage d'un alliage de titane, parmi les paramètres de coupe, la vitesse de coupe a le plus grand impact sur la durée de vie de l'outil vc, suivie par l'engagement radial de l'outil (profondeur de fraisage) ae.
03
Commencez par des lames pour résoudre les problèmes de traitement du titane
L'usure des rainures de lame qui se produit lors de l'usinage d'alliages de titane est l'usure locale de l'arrière et de 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 usiner à des températures de traitement supérieures à 800 degrés sont également l'une des causes de l'usure des rainures.
Parce que pendant le processus d'usinage, les molécules de titane de la pièce s'accumulent devant la lame et sont « soudées » à la lame sous haute pression et haute température, formant un bord accumulé. Lorsque l'arête rapportée se détache de l'arête de coupe, elle entraîne avec elle le revêtement en carbure de la plaquette. L'usinage du titane nécessite donc des matériaux et des géométries de plaquette spéciaux.
04
Structure d'outil adaptée à l'usinage 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 rapidement et avec précision pour éliminer rapidement la chaleur. Il existe sur le marché des structures uniques de fraises spécifiquement destinées au traitement des alliages de titane.
