Pourquoi l'alliage de titane est-il difficile à travailler ?

1. phénomènes physiques du traitement du titane

La puissance de coupe des alliages de titane est seulement légèrement supérieure à celle des aciers de dureté équivalente, mais les phénomènes physiques d'usinage des alliages de titane sont beaucoup plus complexes que ceux des aciers, rendant l'usinage des alliages de titane extrêmement difficile.

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 coupe des alliages de titane n'est pas rapidement transférée à la pièce ou évacuée par les copeaux, mais se concentre dans la zone de coupe, la température résultante peut atteindre 1 000 ℃ ou plus, ce qui entraîne une usure rapide de l'outil, des éclats et la formation de tumeurs de copeaux, l'émergence rapide des bords usés, mais également fait générer plus de chaleur dans la zone de coupe, réduisant encore la durée de vie de l'outil.

Les températures élevées générées lors du processus de coupe détruisent également l'intégrité de surface de la pièce en alliage de titane, entraînant une réduction de la précision géométrique de la pièce et un phénomène de durcissement qui réduit sévèrement sa résistance à la fatigue.

L'élasticité des alliages de titane peut être bénéfique pour les performances des pièces, mais lors du processus de coupe, la déformation élastique de la pièce est une cause importante de vibration. La pression de coupe fait que la pièce "élastique" se détache de l'outil et rebondit, ce qui génère plus de friction entre l'outil et la pièce que l'action de coupe. Le processus de friction génère également de la chaleur, exacerbant le problème de faible conductivité thermique des alliages de titane.

Ce problème est exacerbé lors de l'usinage de pièces déformables, comme les pièces à parois minces ou en forme d'anneau, et l'usinage de pièces en titane à parois minces pour atteindre la précision dimensionnelle souhaitée n'est pas une tâche facile. Alors que le matériau de la pièce est poussé par l'outil, la déformation locale de la pièce à parois minces dépasse la plage élastique, entraînant une déformation plastique et une augmentation significative de la résistance et de la dureté du matériau au point de coupe. À ce stade, l'usinage à la vitesse de coupe initialement établie devient trop élevé, entraînant une usure rapide de l'outil.

"La chaleur" est le "coupable" de la difficulté à traiter les alliages de titane !

2. Savoir-faire pour l'usinage des alliages de titane

En se basant sur la compréhension du mécanisme de traitement des alliages de titane, ainsi que sur l'expérience passée, les principaux conseils de processus pour le traitement des alliages de titane sont les suivants :

(1) Adopter 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 un apport constant pour éviter le durcissement de la pièce, l'outil doit toujours être dans l'état d'alimentation pendant le processus de coupe, et l'ae de coupe radiale doit être de 30 % du rayon lors du fraisage.

(3) Adopter un liquide de coupe à haute pression et à haut débit pour garantir la stabilité thermique du processus d'usinage et prévenir la dégradation de la surface et les dommages à l'outil causés par des températures élevées.

(4) Garder le tranchant de la lame aiguisé, un outil émoussé est la cause de l'accumulation de chaleur et de l'usure, ce qui peut entraîner une défaillance de l'outil.

(5) Usiner l'alliage de titane dans son état le plus tendre possible, car le matériau durci devient plus difficile à usiner et le traitement thermique augmente la résistance du matériau et augmente l'usure des plaquettes.

(6) Utilisez de grands rayons de pointe ou des chanfreins pour couper, en mettant autant de la arête de coupe dans la coupe que possible. Cela réduit la force de coupe et la chaleur à chaque point et empêche la rupture locale. Lors du fraisage du titane, la vitesse de coupe a le plus grand effet sur la durée de vie de l'outil vc de tous les paramètres de coupe, suivie par l'attaque radiale de l'outil (profondeur de fraisage) ae.

3. Résoudre les problèmes d'usinage du titane dès le début de la lame.

L'usure de l'insert qui se produit pendant l'usinage du titane est localisée derrière et devant le long de la profondeur de coupe et est souvent causée par une couche durcie laissée par un usinage antérieur. Les réactions chimiques et la diffusion entre l'outil et le matériau de la pièce à usiner à des températures d'usinage supérieures à 800°C contribuent également à la formation de l'usure en rainure. Pendant le processus d'usinage, les molécules de titane de la pièce à usiner s'accumulent sur le devant de l'insert et sont "soudées" à l'arête de coupe sous haute pression et température, formant une tumeur de copeaux. Lorsque la tumeur est retirée de l'arête de coupe, elle emporte le revêtement en carbure de l'insert avec elle, donc l'usinage du titane nécessite des matériaux et des géométries d'insert spéciaux.

4. Structure d'outil adaptée à l'usinage du titane

Le point focal de l'usinage du titane est la chaleur, et de grandes quantités de liquide de coupe haute pression doivent être injectées sur l'arête de coupe de manière opportune et précise afin d'éliminer rapidement la chaleur. Il existe des configurations uniques de fraiseuses sur le marché qui sont spécifiquement conçues pour l'usinage du titane.