Dans l’industrie manufacturière actuelle, le titane et ses alliages sont devenus des agrafes dans les applications aérospatiales, médicales, automobiles et les armes à feu. Ce métal populaire résiste à la rouille et aux produits chimiques, est recyclable et est extrêmement solide pour son poids. Cependant, plusieurs défis doivent être pris en compte lors de l’usinage du titane et de la sélection des outils et des paramètres appropriés pour le travail.
Variétés de titane
Le titane est disponible dans de nombreuses variétés, y compris près de 40 grades ASTM, ainsi que plusieurs alliages supplémentaires. Les grades 1 à 4 sont considérés comme du titane commercialement pur avec des exigences variables sur la résistance à la traction ultime. Le grade 5 (Ti6Al4V ou Ti 6-4) est la combinaison la plus courante, alliée à 6 % d’aluminium et 4 % de vanadium. Bien que le titane et ses alliages soient souvent regroupés, il existe quelques différences clés entre eux qui doivent être notées avant de déterminer l’approche d’usinage idéale.
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Préoccupations du titane
Maintien du travail
Bien que le titane puisse avoir des propriétés matérielles plus désirables que votre acier moyen, il se comporte également de manière plus flexible et n’est souvent pas aussi rigide que les autres métaux. Cela nécessite une prise sûre sur les pièces en titane, et un réglage de la machine aussi rigide que possible. Il faut également éviter les coupes interrompues et maintenir l’outil en mouvement à tout moment de son contact avec la pièce. Rester dans un trou percé ou arrêter un outil à côté d’une paroi profilée fera frotter l’outil – créant un excès de chaleur, écrouissant le matériau et causant une usure prématurée de l’outil.
Génération de chaleur
La chaleur est un ennemi redoutable, et la génération de chaleur doit être prise en compte lors du choix des vitesses et des avances. Alors que les qualités commercialement pures de titane sont plus douces et plus gommeuses que la plupart de ses alliages, l’ajout d’éléments d’alliage augmente généralement la dureté du titane. Cela augmente les préoccupations concernant la chaleur générée et l’usure de l’outil. Le maintien d’une charge de copeaux plus importante et l’évitement des frottements inutiles contribuent à la performance de l’outil dans les alliages de titane plus durs et minimisent la quantité d’écrouissage produite. Le choix d’une vitesse de rotation plus faible, associée à une charge de copeaux plus importante, peut permettre une réduction significative de la température par rapport aux options à vitesse plus élevée. En raison de ses faibles propriétés de conduction, le fait de maintenir les températures à un niveau minimum permet de réduire les contraintes sur l’outil et l’usure. L’utilisation d’un liquide de refroidissement à haute pression est également une méthode efficace pour réduire la production de chaleur lors de l’usinage du titane.
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Photo courtoisie de @RebootEng (Instagram)
Galling et bord construit
Le prochain obstacle à considérer est que le titane a une forte tendance à adhérer à un outil de coupe, créant un bord construit. C’est un problème délicat qui peut être réduit en utilisant de copieuses quantités de liquide de refroidissement à haute pression visant directement la surface de coupe. L’objectif est d’éliminer les copeaux dès que possible afin d’éviter qu’ils ne se recoupent et de maintenir les cannelures propres et exemptes de débris. La formation de galles est une préoccupation majeure dans les qualités commercialement pures de titane en raison de leur nature « gommeuse ». Cela peut être abordé en utilisant les stratégies mentionnées précédemment, telles que la poursuite de l’avance à tout moment du contact avec la pièce et l’utilisation d’une grande quantité de liquide de refroidissement à haute pression.
Solutions pour le titane
Si les préoccupations principales lors de l’usinage du titane et de ses alliages peuvent changer, les méthodes pour les atténuer restent quelque peu constantes. Les idées principales sont d’éviter le grippage, la production de chaleur, l’écrouissage et la déviation de la pièce ou de l’outil. Utilisez beaucoup de liquide de refroidissement à haute pression, maintenez des vitesses basses et des avances élevées, gardez l’outil en mouvement lorsqu’il est en contact avec la pièce et utilisez une configuration aussi rigide que possible.
En outre, le choix d’un revêtement d’outil approprié peut contribuer à la réussite de votre travail. Avec la chaleur élevée qui est générée pendant les opérations d’usinage du titane, avoir un revêtement qui peut gérer de manière adéquate la température est essentiel pour maintenir la performance tout au long d’une opération. Un revêtement approprié permet également d’éviter le grippage et d’évacuer efficacement les copeaux. Les revêtements tels que le nitrure d’aluminium et de titane (AlTiN Nano) de Harvey Tool produisent une couche d’oxyde à haute température et augmenteront le pouvoir lubrifiant de l’outil.
A mesure que l’utilisation du titane et de ses nombreux alliages continue de croître dans diverses industries, davantage de machinistes seront chargés de couper ce matériau difficile. Cependant, la gestion de la chaleur et l’évacuation appropriée des copeaux, lorsqu’elles sont associées à un revêtement adéquat, permettront une exécution réussie.
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