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 traitement.
1. Phénomènes physiques de l’usinage du titane
La force de coupe du traitement de l'alliage de titane n'est que légèrement supérieure à celle de l'acier de même dureté, mais le phénomène physique du traitement de l'alliage de titane est beaucoup plus compliqué que celui du traitement de l'acier, ce qui rend le traitement de l'alliage de titane confronté à de grandes 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 du processus de coupe de l'alliage de titane ne sera pas rapidement transférée à la pièce ou emportée par les copeaux, mais sera accumulée dans la zone de coupe, et la température générée peut atteindre 1 000 °C, provoquant le le tranchant de l'outil s'use, se fissure et meurt rapidement. L'accumulation d'arêtes, l'apparition rapide d'arêtes usées, génère à son tour plus de chaleur dans la zone de coupe, réduisant encore davantage la durée de vie de l'outil.
La température élevée générée lors du processus de découpe détruit également l’intégrité de surface des pièces en alliage de titane, entraînant une diminution de la précision géométrique de la pièce et un phénomène d’écrouissage qui réduit considérablement sa résistance à la fatigue.
L'élasticité des alliages de titane peut être bénéfique pour les performances des pièces, mais lors de la découpe, la déformation élastique de la pièce est une cause importante de vibrations. La pression de coupe fait sortir la pièce « élastique » de l’outil et rebondit, de sorte que le frottement entre l’outil et la pièce est supérieur 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 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 pour produire une déformation plastique, et la résistance et la dureté du matériau au point de coupe augmentent considérablement. A ce moment, l'usinage à la vitesse de coupe initialement déterminée devient trop élevée, ce qui entraîne en outre une forte usure de l'outil.
La « chaleur » est le « coupable » de la difficulté de traiter les alliages de titane !
2. Savoir-faire technologique pour le traitement des alliages de titane
Sur la base de la compréhension du mécanisme de traitement des alliages de titane, associée à l'expérience passée, le principal savoir-faire en matière de processus de traitement des alliages de titane est le suivant :
(1) Plaquettes à géométrie à angle positif pour réduire la force de coupe, la chaleur de coupe et la déformation de la pièce.
(2) Gardez 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) Un fluide de coupe à haute pression et à grand débit est utilisé pour assurer la stabilité thermique du processus d'usinage et empêcher la surface de la pièce de se dégénérer et d'endommager l'outil en raison d'une température excessive.
(4) Gardez le tranchant de la lame tranchant, les couteaux émoussés sont à l'origine d'une accumulation de chaleur et d'une usure, ce qui peut facilement conduire à la défaillance des couteaux.
(5) Traitement dans l'état le plus doux possible de l'alliage de titane, car le matériau devient plus difficile à traiter après durcissement, le traitement thermique améliore la résistance du matériau et augmente l'usure de la lame.
(6) Utilisez un grand rayon de nez ou un chanfrein pour couper autant que possible dans l'arête de coupe. Cela peut réduire la force de coupe et la chaleur à chaque point et éviter une casse locale. Lors du fraisage d'alliages de titane, parmi les paramètres de coupe, la vitesse de coupe a la plus grande influence sur la durée de vie de l'outil vc, suivie par la quantité de coupe radiale (profondeur de fraisage) ae.
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3. Résoudre les problèmes de traitement du titane à partir de la lame
L'usure des rainures de la lame qui se produit lors du traitement de l'alliage de titane est l'usure locale de l'arrière et de l'avant dans le sens de la profondeur de coupe, qui est souvent causée par 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 une température de traitement supérieure à 800°C sont également l'une des raisons de la formation d'usure des rainures. Parce que pendant le traitement, les molécules de titane de la pièce s'accumulent à l'avant de 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 enlève le revêtement en carbure de la plaquette. L'usinage du titane nécessite donc des matériaux et des géométries de plaquette spéciaux.
4. 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 de manière opportune et précise pour éliminer rapidement la chaleur. Il existe sur le marché des structures uniques de fraises spécialement utilisées pour le traitement des alliages de titane.
Heure de publication : 09 août 2023
