Le titane est un métal remarquable connu pour sa haute résistance, sa faible densité et son excellente résistance à la corrosion. En tant que fournisseur de pièces en titane, j'ai été témoin de la demande croissante de titane dans diverses industries, notamment l'aérospatiale, le médical et l'automobile. Cependant, l’usinage du titane peut s’avérer une tâche difficile en raison de ses propriétés uniques, telles qu’une faible conductivité thermique et une réactivité chimique élevée. Le choix des bons outils de coupe est crucial pour garantir un usinage efficace et précis des pièces en titane. Dans cet article de blog, je discuterai des outils de coupe adaptés aux pièces en titane et fournirai quelques informations basées sur mon expérience dans l'industrie.
Comprendre les défis de l'usinage du titane
Avant de se pencher sur les outils de coupe adaptés, il est essentiel de comprendre les défis associés à l’usinage du titane. Le titane a une conductivité thermique relativement faible, ce qui signifie que la chaleur générée pendant le processus de coupe a tendance à s'accumuler au niveau du tranchant. Cela peut entraîner une usure rapide des outils, une durée de vie réduite et un mauvais état de surface. De plus, le titane est chimiquement réactif, en particulier à haute température, ce qui peut faire adhérer le matériau de la pièce à l'outil de coupe, ce qui entraîne une accumulation d'arêtes (BUE) et accélère encore l'usure de l'outil.
Un autre défi réside dans la haute résistance et la ténacité du titane. Les forces de coupe sont généralement plus élevées lors de l’usinage du titane par rapport aux autres métaux, ce qui nécessite des outils de coupe suffisamment résistants et rigides. De plus, la formation de copeaux lors de l'usinage du titane est souvent continue et filandreuse, ce qui peut entraîner des problèmes d'évacuation des copeaux et potentiellement endommager l'outil de coupe ou la pièce à usiner.
Types d'outils de coupe pour les pièces en titane
Outils de coupe en carbure
Les outils de coupe en carbure sont largement utilisés pour l'usinage du titane en raison de leur dureté, de leur résistance à l'usure et de leur stabilité thermique élevées. Le carbure de tungstène est le type de carbure le plus couramment utilisé dans les outils de coupe. Il peut supporter des températures de coupe élevées et offre une bonne résistance à l’abrasion et à l’usure en cratère.
- Outils en carbure revêtu: Les outils en carbure revêtu sont un excellent choix pour l'usinage du titane. Le revêtement, tel que le nitrure de titane (TiN), le carbonitrure de titane (TiCN) ou le nitrure d'aluminium-titane (AlTiN), peut améliorer les performances de l'outil de plusieurs manières. Il réduit la friction entre l'outil et la pièce, ce qui contribue à abaisser les températures de coupe et à prévenir la formation de BUE. Le revêtement fournit également une couche supplémentaire de protection contre l'usure, prolongeant ainsi la durée de vie de l'outil. Par exemple, les outils en carbure revêtus d'AlTiN sont particulièrement adaptés à l'usinage à grande vitesse du titane car ils peuvent conserver leur dureté et leur résistance à l'oxydation à des températures élevées.
- Outils en carbure monobloc: Les outils de coupe en carbure monobloc sont entièrement fabriqués en carbure et offrent une grande précision et rigidité. Ils sont disponibles dans diverses géométries, telles que des fraises en bout, des forets et des plaquettes, et peuvent être utilisés pour une large gamme d'opérations d'usinage du titane, notamment le fraisage, le perçage et le tournage. Les fraises en carbure monobloc, par exemple, peuvent fournir un excellent état de surface et une excellente précision dimensionnelle lors de l'usinage de composants en titane.
Outils de coupe en céramique
Les outils de coupe en céramique constituent une autre option pour l'usinage du titane, en particulier pour les applications à grande vitesse et à haute température. Les céramiques ont une dureté et une résistance à l'usure extrêmement élevées, et elles peuvent fonctionner à des vitesses de coupe nettement supérieures à celles des outils en carbure.
- Céramiques à base d'alumine: Les céramiques à base d'alumine, telles que les composites alumine-carbure de titane (Al₂O₃-TiC), sont couramment utilisées pour l'usinage du titane. Ils ont une bonne stabilité chimique et peuvent résister à des températures de coupe élevées sans usure importante. Cependant, les outils en céramique sont relativement fragiles et nécessitent une manipulation soigneuse et des paramètres d'usinage appropriés pour éviter la casse de l'outil.
- Céramiques en nitrure de silicium (Si₃N₄): Les céramiques de nitrure de silicium offrent une résistance, une ténacité et une résistance aux chocs thermiques élevées. Ils conviennent aux opérations de coupe interrompues et peuvent offrir une longue durée de vie lors de l'usinage du titane. Les plaquettes en céramique Si₃N₄ sont souvent utilisées dans les applications de tournage et de fraisage où une productivité élevée est requise.
Outils de coupe en nitrure de bore cubique (CBN)
Le nitrure de bore cubique est l'un des matériaux les plus durs connus, juste derrière le diamant. Les outils de coupe CBN sont extrêmement résistants à l'usure et peuvent être utilisés pour l'usinage à grande vitesse du titane.
- Inserts CBN: Les plaquettes CBN sont généralement utilisées pour le tournage de finition et l'usinage dur des alliages de titane. Ils peuvent fournir un excellent état de surface et une excellente précision dimensionnelle, et leur haute résistance à l'usure permet une longue durée de vie de l'outil. Cependant, les outils CBN sont relativement coûteux et leur application est limitée à certaines opérations d'usinage et nuances de titane.
Considérations sur la géométrie et la conception des outils
Outre le matériau de l'outil, la géométrie et la conception de l'outil de coupe jouent également un rôle crucial dans l'usinage du titane. Voici quelques considérations importantes :
- Angle de coupe: Un angle de coupe positif peut réduire les forces de coupe et améliorer le flux des copeaux, mais il peut également diminuer la résistance de l'outil. Pour l'usinage du titane, un petit angle de coupe positif ou nul est souvent recommandé pour équilibrer les forces de coupe et la résistance de l'outil.
- Angle de dégagement: Un angle de dépouille suffisant est nécessaire pour éviter que l'outil ne frotte contre la pièce, ce qui pourrait générer de la chaleur et accélérer l'usure de l'outil. Un angle de dépouille plus grand peut contribuer à réduire la friction et à améliorer les performances de l'outil.
- Rayon de coupe: Un tranchant tranchant peut réduire les forces de coupe et améliorer la finition de surface. Cependant, un bord très tranchant peut être sujet à l’écaillage. Un rayon de coupe légèrement arrondi peut fournir une meilleure résistance des bords tout en conservant de bonnes performances de coupe.
- Conception du brise-copeaux: Une conception efficace du brise-copeaux est essentielle pour l'usinage du titane afin de contrôler la formation des copeaux et de faciliter leur évacuation. Un brise-copeaux bien conçu peut briser les copeaux continus et filandreux en morceaux plus petits et plus faciles à gérer, empêchant ainsi le colmatage des copeaux et réduisant le risque d'endommagement de l'outil.
Exemples d'application
Jetons un coup d'œil à quelques exemples d'application spécifiques d'utilisation des outils de coupe ci-dessus pour des pièces en titane.
- Auge en titane résistant à la corrosion GR2: Lors du fraisageAuge en titane résistant à la corrosion GR2, une fraise en carbure revêtu avec une géométrie appropriée peut être utilisée. Le revêtement contribue à réduire la friction et la génération de chaleur, tandis que la géométrie de la fraise en bout assure une évacuation efficace des copeaux. Un petit angle de coupe positif et un angle de dépouille suffisant sont recommandés pour équilibrer les forces de coupe et éviter l'usure de l'outil.
- Bride en titane Gr1 de perçage: Pour le perçageBride en titane Gr1, un foret en carbure monobloc avec une géométrie de pointe spécialisée peut être utilisé. Le matériau en carbure monobloc offre une résistance élevée et une résistance à l'usure, et la géométrie de la pointe est conçue pour améliorer la formation de copeaux et l'efficacité du perçage. Une vitesse d'avance lente et une vitesse de broche modérée sont généralement nécessaires pour éviter une génération de chaleur excessive et une casse d'outil.
- Bride tournante en titane Gr5: En tournantBride en titane Gr5, une plaquette CBN ou une plaquette carbure revêtue peuvent être utilisées en fonction des exigences spécifiques. Les plaquettes CBN conviennent aux opérations de finition à grande vitesse, tandis que les plaquettes en carbure revêtu sont plus polyvalentes et peuvent être utilisées à la fois pour l'ébauche et la finition. La géométrie de la plaquette, telle que l'angle de coupe, l'angle de dépouille et la conception du brise-copeaux, doit être soigneusement sélectionnée pour optimiser les performances de coupe.
Conclusion
L'usinage de pièces en titane nécessite une sélection minutieuse d'outils de coupe pour surmonter les défis associés à ce métal unique. Les outils de coupe en carbure, les outils de coupe en céramique et les outils de coupe en CBN ont chacun leurs propres avantages et conviennent à différentes applications d'usinage du titane. En prenant en compte le matériau, la géométrie et la conception de l'outil, ainsi que les exigences spécifiques de l'opération d'usinage, il est possible d'obtenir un usinage efficace et précis des pièces en titane.
Si vous êtes à la recherche de pièces en titane de haute qualité ou si vous avez besoin de conseils sur les meilleurs outils de coupe pour vos projets d'usinage du titane, n'hésitez pas à nous contacter. Nous sommes un fournisseur professionnel de pièces en titane possédant une vaste expérience dans l’industrie et nous nous engageons à fournir à nos clients les meilleurs produits et services.
Références
- Astakhov, vice-président (2010). Mécanique de coupe des métaux. Elsevier.
- Shaw, MC (2005). Principes de coupe des métaux. Presse de l'Université d'Oxford.
- Trent, EM et Wright, PK (2000). Découpe de métal. Butterworth-Heinemann.