Pourquoi pensons-nous que l'alliage de titane est un matériau difficile à usiner ? En raison du manque de compréhension approfondie du mécanisme et des phénomènes de traitement. Cependant, les caractéristiques matérielles des alliages de titane en font un défi pour de nombreux atelier d'usinage de précision, et de nombreux ingénieurs recherchent des solutions adaptées à ce matériau. Richconn, nous avons une riche expérience dans l'usinage CNC du titane, choisissez notre titane Service d'usinage CNC, nous pouvons le faire à votre satisfaction.
Les tarauds en titane (comme le TC4) sont plus difficiles à usiner que la plupart des alliages, mais il est toujours possible de choisir le bon taraud. Le titane est à la fois dur et léger, ce qui en fait un métal très attractif pour l'aérospatiale, la médecine et d'autres industries
01, la « chaleur » est le « principal coupable » de la difficulté d’usinage des alliages de titane.
La force de coupe du traitement des alliages de titane n'est que légèrement supérieure à celle de l'acier de même dureté, mais le phénomène physique du traitement des alliages de titane est beaucoup plus complexe que celui du traitement de l'acier, ce qui fait que l'usinage des alliages de titane est confronté à de grandes difficultés.
La plupart des alliages de titane ont une conductivité thermique très faible, seulement 1/7 de l'acier et 1/16 de l'aluminium. Par conséquent, lors du processus de découpe de l'alliage de titane, la chaleur générée ne sera pas rapidement transférée à la pièce ou éliminée par copeaux, mais accumulée dans la zone de découpe, la température résultante peut atteindre 1,000 XNUMX ℃ ou plus, de sorte que le tranchant de l'outil s'use rapidement, s'écaille et génère des tumeurs de copeaux, l'apparition rapide de l'usure du tranchant du couteau, puis la zone de coupe génère plus d'usure rapide du tranchant et la zone de coupe produit plus de chaleur, ce qui réduit encore la durée de vie de l'outil.
Les températures élevées générées lors du processus de découpe détruisent également l'intégrité de la surface de la pièce en alliage de titane, ce qui entraîne une réduction de la précision géométrique de la pièce et l'apparition de phénomènes d'écrouissage qui réduisent considérablement sa résistance à la fatigue.
L'élasticité des alliages de titane peut être bénéfique pour les performances des pièces, mais la déformation élastique de la pièce pendant le processus de coupe est une cause importante de vibrations. La pression de coupe provoque l'éloignement de la pièce « élastique » de l'outil et son rebond, ce qui entraîne davantage de frottements entre l'outil et la pièce que de coupe. Le processus de frottement génère également de la chaleur, ce qui aggrave le problème de mauvaise conductivité thermique des alliages de titane.
Ce problème est aggravé lors de l'usinage de pièces déformables telles que des pièces à parois minces ou toroïdales. L'usinage de pièces à parois minces en alliage de titane avec la précision dimensionnelle souhaitée n'est pas une tâche facile. Étant donné que 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, le point de coupe de la résistance et de la dureté du matériau augmente considérablement. À ce stade, l'usinage à la vitesse de coupe initialement déterminée devient trop élevé, ce qui entraîne une usure supplémentaire de l'outil.
02,Savoir-faire des procédés d'usinage des alliages de titane
Sur la base d'une compréhension du mécanisme d'usinage des alliages de titane et de l'expérience passée, le principal savoir-faire en matière de processus d'usinage des alliages de titane est le suivant :
(1) Utilisez des plaquettes à géométrie angulaire positive pour minimiser les forces de coupe, la chaleur de coupe et la déformation de la pièce.
(2) Maintenez une avance constante pour éviter le durcissement de la pièce. L'outil doit toujours être avancé pendant le processus de coupe et la dépouille radiale ae doit être de 30 % du rayon pendant Usinage par fraisage CNC.
(3) Utilisez un fluide de coupe à haute pression et à haut débit pour assurer la stabilité thermique du processus d'usinage et pour éviter la dénaturation de la surface de la pièce et l'endommagement de l'outil de coupe en raison d'une température trop élevée.
(4) Gardez les bords des inserts tranchants ; les outils émoussés sont la cause d'une accumulation de chaleur et d'une usure, ce qui peut facilement conduire à une défaillance de l'outil.
(5) Usiner les alliages de titane dans leur état le plus mou possible, car le matériau devient plus difficile à usiner après durcissement, et le traitement thermique augmente la résistance du matériau et augmente l'usure de l'insert.
(6) Utilisez un grand rayon de pointe ou une coupe en chanfrein pour insérer autant de tranchant que possible dans la coupe. Cela réduit les forces de coupe et la chaleur à chaque point et évite les ruptures localisées. Lors du fraisage d'alliages de titane, la vitesse de coupe a le plus grand effet sur la durée de vie de l'outil vc parmi les différents paramètres de coupe, avec la dépouille radiale (profondeur de fraisage) ae en deuxième position.
03, de la lame pour résoudre les problèmes de traitement du titane
L'usure des rainures des plaquettes d'usinage en alliage de titane se produit derrière et devant l'usure locale dans le sens de la profondeur de coupe, elle est souvent due à la couche durcie laissée par le prétraitement. La réaction chimique et la diffusion entre l'outil et le matériau de la pièce à usiner à une température d'usinage supérieure à 800 ℃ sont également l'une des raisons de la formation d'usure des rainures.
En raison de l'accumulation des molécules de titane de la pièce à usiner à l'avant de la lame lors du processus d'usinage, des tumeurs de copeaux se forment lors du « soudage » à haute pression et à haute température avec le tranchant. Lorsque les tumeurs de copeaux se détachent du tranchant, elles emportent le revêtement en carbure de la plaquette. Par conséquent, l'usinage du titane nécessite des matériaux et des géométries de plaquette spéciaux.
04,Structure d'outil adaptée à l'usinage du titane
L'usinage du titane est principalement axé sur la chaleur. Il est donc nécessaire de pulvériser de grandes quantités de liquide de coupe à haute pression sur le tranchant de manière opportune et précise afin d'éliminer rapidement la chaleur. Il existe sur le marché des configurations de fraises uniques spécialement conçues pour l'usinage du titane.
05,Utilisez le bon liquide de coupe
Le fluide de coupe (liquide de refroidissement/lubrifiant) affecte la durée de vie du taraud. Bien que les mêmes fluides de coupe utilisés pour d'autres opérations sur les alliages de titane soient une option pour le taraudage, ces fluides ne produisent pas toujours la qualité de filetage et la durée de vie du taraud souhaitées. Nous recommandons l'utilisation d'une émulsion de qualité avec une teneur en huile plus élevée, ou mieux encore, d'une huile de taraudage.
Lors du taraudage, les propriétés lubrifiantes du liquide de coupe sont généralement plus importantes que le refroidissement, car le taraud fonctionne à des vitesses relativement faibles et n'enlève pas de grandes quantités de matière. La lubrification contribue à prolonger la durée de vie du taraud et protège la finition de surface des filetages.
Le taraudage d'alliages de titane extrêmement difficiles à usiner peut nécessiter l'utilisation de pâtes de taraudage contenant des additifs. Ces additifs sont conçus pour adhérer à la surface de coupe malgré les forces d'usinage élevées générées à l'interface outil-pièce. L'inconvénient des pâtes de taraudage est qu'elles doivent être appliquées manuellement et ne peuvent pas être appliquées automatiquement par le système de refroidissement de la machine.
06,Utilisation de tiges de taraudage
Les tarauds sont particulièrement sensibles aux vibrations, ce qui peut réduire la qualité du filetage et raccourcir la durée de vie du taraud. Pour cette raison, des tiges de taraudage hautes performances doivent être utilisées pour assurer une configuration rigide. Des cycles de taraudage rigides/synchronisés sont possibles sur les centres d'usinage CNC car la rotation de la broche peut être synchronisée avec précision avec l'axe d'avance du taraud dans le sens horaire et antihoraire.
Cette capacité permet de réaliser des filetages dans des tarauds sans compensation de longueur.
Certains porte-outils de taraudage sont conçus pour compenser les légères erreurs de synchronisation qui peuvent survenir même avec le meilleur équipement CNC (les porte-outils de taraudage de marque sont recommandés).
07, À propos des rencontres
Pour une précision et une répétabilité maximales, vérifiez les fixations de votre pièce pour vous assurer que votre système de serrage est correctement fixé à la pièce. Ce conseil est particulièrement important pour les ateliers à faible volume et les usines de production automobile à volume élevé, qui sont plus susceptibles que jamais de devoir travailler avec des pièces en titane.
La plupart de ces pièces présentent des parois fines et des caractéristiques complexes qui favorisent les vibrations. Dans ces applications, les configurations rigides favorisent chaque opération d'usinage, y compris le taraudage.
Pour ces raisons, nous vous recommandons de collaborer avec les entreprises de prototypage rapide de vos montages de travail afin qu'elles aient une compréhension claire du problème à résoudre. Cela permettra d'éviter les problèmes de communication et de réduire les coûts globaux du projet.
08, Planifiez à l'avance pour déterminer les besoins en équipement de taraudage
La durée de vie du taraud dépend de nombreux facteurs, notamment des capacités de la machine-outil, de la précision du contrôle de l'avance, de la qualité de la tige de taraudage, de la qualité de l'alliage de titane, du type de liquide de refroidissement ou de lubrifiant, etc.
L’optimisation de tous ces facteurs garantira une opération de taraudage rentable.
Une bonne règle de base pour le taraudage du titane est de prévoir de réaliser 250 à 600 trous par taraudage pour un trou deux fois plus profond que son diamètre. Tenez des registres précis pour surveiller la durée de vie du taraud. (Bien entendu, il est toujours important de tenir des registres précis lorsque vous vous engagez dans l'usinage avec un nouveau taraud, quel que soit le type de matériau avec lequel vous travaillez.)
Des changements inattendus dans la durée de vie du taraud peuvent indiquer que des variables clés doivent être ajustées. Des problèmes avec l'opération de taraudage peuvent également indiquer des conditions qui affectent négativement d'autres opérations.