Pourquoi le titane est-il difficile à usiner ?

Les quatre caractéristiques des alliages de titane, notamment une faible conductivité thermique, un écrouissage sévère, une affinité élevée avec les outils de coupe et une faible déformation plastique, sont les raisons essentielles pour lesquelles les alliages de titane sont difficiles à traiter. Son indice de coupe n'équivaut qu'à 20% de l'acier de décolletage.

Faible conductivité thermique

La conductivité thermique de l'alliage de titane ne représente qu'environ 16 % de celle de l'acier 45#. La chaleur ne peut pas être évacuée à temps pendant le traitement, provoquant des températures locales élevées sur le tranchant (la température de la pointe de l'outil pendant le traitement est plus de deux fois celle de l'acier 45#), ce qui peut facilement provoquer une usure par diffusion de l'outil.

Un écrouissage sévère

Le phénomène d'écrouissage de l'alliage de titane est évident et la couche de durcissement de surface est plus sévère que celle de l'acier inoxydable, ce qui entraînera certaines difficultés lors du traitement ultérieur, telles qu'un endommagement accru de la limite de l'outil.

Grande affinité avec les couteaux

Liaison sévère avec du carbure contenant du titane.

Petite déformation plastique

Il s'agit d'environ la moitié du module élastique de l'acier 45, donc la récupération élastique est importante et le frottement est important. Dans le même temps, la pièce à usiner est également sujette à une déformation par serrage.

Savoir-faire en matière de processus pour le traitement des alliages de titane

Sur la base de la compréhension du mécanisme de traitement des alliages de titane et de l'ajout de l'expérience passée, le principal savoir-faire en matière de processus de traitement des alliages de titane est le suivant :

(1) Utilisez des plaquettes à géométrie d'angle positif pour réduire la force de coupe, la chaleur de coupe et la déformation de la pièce.

(2) Maintenir 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 d'engagement radial de l'outil ae pendant le fraisage doit être de 30 % du rayon.

(3) Utilisez un fluide de coupe à haute pression et à haut débit pour garantir la stabilité thermique du processus d'usinage et éviter la dégénérescence de la surface de la pièce et les dommages à l'outil causés par une température excessive.

(4) Gardez le bord de la lame affûté. Les outils émoussés sont à l'origine d'une accumulation de chaleur et d'une usure, ce qui peut facilement conduire à une défaillance de l'outil.

(5) Traitez autant que possible l'alliage de titane dans l'état le plus doux, car le matériau devient plus difficile à traiter après la trempe et le traitement thermique augmente la résistance du matériau et augmente l'usure de la lame.

(6) Utilisez un grand rayon d'arc de pointe d'outil ou un chanfrein pour couper autant que possible dans l'arête de coupe. Cela réduit la force de coupe et la chaleur en tout point et évite les cassures locales. Lors du fraisage d'un alliage de titane, parmi les paramètres de coupe, la vitesse de coupe a le plus grand impact sur la durée de vie de l'outil, suivie par l'engagement radial de l'outil (profondeur de fraisage).

Commencez par des lames pour résoudre les problèmes de traitement du titane

L'usure des rainures de la lame qui se produit lors de l'usinage d'alliages de titane est l'usure locale de l'arrière et de l'avant dans le sens de la profondeur de coupe. Cela est souvent dû à la couche durcie laissée par le traitement précédent. La réaction chimique et la diffusion entre l'outil et le matériau de la pièce à une température de traitement supérieure à 800 degrés sont également l'une des causes de l'usure des rainures. Parce que pendant le processus d'usinage, les molécules de titane de la pièce s'accumulent devant 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 entraîne avec elle le revêtement en carbure de la plaquette. L'usinage du titane nécessite donc des matériaux et des géométries de plaquette spéciaux.

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 rapidement et avec précision pour éliminer rapidement la chaleur. Il existe sur le marché des structures uniques de fraises spécifiquement destinées au traitement des alliages de titane.

Commencez par des méthodes de traitement mécanique spécifiques

tournant

Lors du tournage de produits en alliage de titane, il est facile d'obtenir une meilleure rugosité de surface et l'écrouissage n'est pas grave, mais la température de coupe est élevée et l'outil s'use rapidement. En réponse à ces caractéristiques, les mesures suivantes sont principalement prises en termes d'outils et de paramètres de coupe :

Matériau de l'outil : YG6, YG8, YG10HT sont sélectionnés en fonction des conditions existantes de l'usine.

Paramètres géométriques de l'outil : angles avant et arrière de l'outil appropriés et arrondi de la pointe de l'outil.

Vitesse de coupe inférieure, avance modérée, profondeur de coupe plus importante, refroidissement suffisant. Lorsque vous tournez le cercle extérieur, la pointe de l'outil ne peut pas être plus haute que le centre de la pièce, sinon il est facile d'attacher l'outil. Lors de la finition du tournage et du tournage de pièces à paroi mince, la déviation principale de l'outil L'angle doit être grand, généralement de 75 à 90 degrés.

Fraisage

Le fraisage de produits en alliage de titane est plus difficile que le tournage, car le fraisage est une coupe intermittente et les copeaux sont faciles à lier à la lame. Lorsque les dents anti-copeaux coupent à nouveau la pièce, les copeaux sont arrachés et emportent un petit morceau de matériau de l'outil, formant ainsi une lame de déchiquetage qui réduit considérablement la durabilité de l'outil.

Méthode de fraisage : Généralement, le fraisage vers le bas est utilisé.

Matériau de l'outil : acier rapide M42.

Généralement, le fraisage n’est pas utilisé dans le traitement de l’acier allié. En raison de l'influence du jeu entre la vis et l'écrou de la machine-outil, lors du fraisage vers le bas, la fraise agit sur la pièce à usiner et la force du composant dans le sens d'avance est la même que la direction d'avance, ce qui amène facilement la table à pièce à usiner. effondrement. Des mouvements intermittents se produisent, entraînant des coups de couteau. Pour le fraisage vers le bas, les dents de la fraise heurtent la peau dure lorsqu'elles commencent à couper, provoquant la rupture de la fraise. Cependant, étant donné que les copeaux de fraisage passent de fins à épais, l'outil est sujet à un frottement sec avec la pièce lors de la coupe initiale, ce qui aggrave l'adhérence des copeaux et l'écaillage des bords de l'outil. Afin de fraiser l'alliage de titane en douceur, il convient également de noter que par rapport aux fraises standard générales, l'angle de coupe doit être réduit et l'angle de dépouille doit être augmenté. La vitesse de fraisage doit être faible. Essayez d'utiliser des fraises à dents tranchantes et évitez d'utiliser des fraises à dents de pelle.

Tapotement

Lors du taraudage de produits en alliage de titane, les copeaux sont petits et faciles à lier à la lame et à la pièce, ce qui entraîne une grande rugosité de surface et un couple élevé. Une mauvaise sélection du taraud et un mauvais fonctionnement pendant le taraudage peuvent facilement conduire à un écrouissage, à une efficacité de traitement extrêmement faible et à une rupture occasionnelle du taraud.

Il faut donner la priorité au taraud à fil sauté avec le bon fil. Le nombre de dents doit être inférieur à celui du taraud standard, généralement 2 à 3 dents. L'angle de cône de coupe doit être grand et la partie conique est généralement de 3 à 4 longueurs de filetage. Pour faciliter l'évacuation des copeaux, un angle d'inclinaison négatif peut également être meulé sur le cône de coupe. Essayez d'utiliser des tarauds courts pour augmenter la rigidité du taraud. La partie conique inversée du taraud doit être suffisamment plus grande que la norme pour réduire la friction entre le taraud et la pièce.

alésage

L'usure de l'outil n'est pas grave lors de l'alésage d'un alliage de titane, et des alésoirs en carbure et en acier rapide peuvent être utilisés. Lors de l'utilisation d'alésoirs en carbure, une rigidité du système de traitement similaire à celle du perçage doit être adoptée pour empêcher l'alésage de s'écailler. Le principal problème qui se pose lors de l’alésage des alliages de titane est que la finition de l’alésage n’est pas bonne. La largeur de la lame de l'alésoir doit être réduite avec une pierre à aiguiser pour empêcher la lame de coller à la paroi du trou. Il faut toutefois garantir une solidité suffisante. Généralement, la largeur de la lame est de 0,1~0,15 mm. aussi.

Le point de transition entre le tranchant et la pièce d'étalonnage doit être un arc lisse. Il doit être meulé à temps après l'usure, et la taille de l'arc de chaque dent doit être cohérente ; si nécessaire, la conicité arrière de la pièce d'étalonnage peut être augmentée.

Forage

Le perçage des alliages de titane est difficile et des brûlures et des cassures de forets se produisent souvent pendant le processus d'usinage. Cela est principalement dû à plusieurs raisons telles qu'un mauvais affûtage du foret, une élimination intempestive des copeaux, un mauvais refroidissement et une mauvaise rigidité du système de traitement. Par conséquent, lors du perçage d'alliages de titane, il faut prêter attention à un affûtage raisonnable du foret, à un grand angle de sommet, à un angle de coupe du bord extérieur réduit, à un angle de dépouille du bord extérieur accru et à une conicité arrière augmentée à 2 à 3 fois celle des forets standard. Rétractez fréquemment l'outil et retirez les copeaux rapidement, en faisant attention à la forme et à la couleur des copeaux. Si les copeaux apparaissent plumeux ou changent de couleur pendant le perçage, cela indique que le foret est émoussé et que l'outil doit être changé et affûté à temps.

La matrice de perçage doit être fixée sur l'établi, la surface de guidage de la matrice de perçage doit être proche de la surface de traitement et un foret court doit être utilisé autant que possible. Un autre problème à noter est que lorsque l'alimentation manuelle est utilisée, le foret ne doit pas avancer ou reculer dans le trou, sinon le bord du foret frottera contre la surface usinée, provoquant un écrouissage et rendant le foret émoussé.

affûtage

Les problèmes courants lors du meulage de pièces en alliage de titane sont le colmatage de la meule dû à des copeaux coincés et à des brûlures à la surface des pièces. La raison en est que la conductivité thermique de l'alliage de titane est faible, ce qui provoque une température élevée dans la zone de meulage, provoquant une liaison, une diffusion et une forte réaction chimique entre l'alliage de titane et l'abrasif. Les copeaux collants et le colmatage de la meule entraînent une diminution significative du rapport de broyage. En raison de la diffusion et des réactions chimiques, la pièce est brûlée sur la surface de meulage, ce qui entraîne une réduction de la résistance à la fatigue de la pièce. Ceci est plus évident lors du meulage de pièces moulées en alliage de titane.

Pour résoudre ce problème, les mesures prises sont :

Choisissez le matériau de meule approprié : carbure de silicium vert TL. Dureté de la meule légèrement inférieure : ZR1.

La découpe des matériaux en alliage de titane doit être contrôlée du point de vue des matériaux d'outils, des fluides de coupe et des paramètres du processus de traitement afin d'améliorer l'efficacité globale du traitement des matériaux en alliage de titane.