Usinage CNC du titane: Tout ce qu'il faut savoir

Le titane est un excellent matériau d'usinage doté d'une grande variété de propriétés, privilégié pour l'usinage CNC en raison de son excellente résistance à la corrosion, de sa résistance à la chaleur, de sa durabilité et de sa bonne biocompatibilité pour une large gamme d'applications aérospatiales, aéronautiques et médicales. Cet article aborde des connaissances importantes sur l'usinage du titane, notamment le choix des outils, les raisons pour lesquelles le titane est difficile à usiner, les conseils pour l'usinage CNC du titane et les applications.

Qu'est-ce que le titane ?

Le titane est un métal de transition à l'éclat blanc argenté qui a été découvert en Angleterre en 1791. Deux des caractéristiques les plus importantes du titane sont son rapport poids/résistance et sa résistance à la corrosion. En outre, il présente une excellente biocompatibilité et est inoffensif, même lorsqu'il est utilisé en grandes quantités, ce qui le rend précieux dans le domaine médical. Dans la fabrication, le titane est souvent allié à l'aluminium, au vanadium, au zirconium et au molybdène.

Pourquoi choisir le titane pour les pièces d'usinage CNC ?

Bien que le titane soit coûteux à usiner, il reste un matériau de fabrication populaire. Voici les principaux avantages du titane en tant que matériau d'usinage :

Résistance à la corrosion : Le titane réagit facilement à l'oxygène pour former une fine couche d'oxyde à sa surface, ce qui lui confère une résistance naturelle à la corrosion.

Rapport résistance/poids : La densité du titane est de 4,51g/cm3, soit 57% de l'acier, ce qui le rend moins dense ; le titane est moins de deux fois plus lourd que l'aluminium et trois fois plus résistant.

Biocompatibilité : Le titane présente une biocompatibilité élevée. Dans le corps humain, il résiste à la corrosion due aux sécrétions et n'est pas toxique, ce qui en fait un matériau idéal pour l'industrie médicale.

Durabilité : Le titane a une résistance très élevée, la résistance spécifique de l'alliage de titane est 3,5 fois supérieure à celle de l'acier inoxydable, 1,3 fois supérieure à celle de l'alliage d'aluminium et 1,7 fois supérieure à celle de l'alliage de magnésium.

Non magnétique : Le titane est non magnétique, il n'est pas affecté par les interférences magnétiques. C'est un matériau important pour les scanners médicaux, les avions, les satellites et les radars.

Pourquoi l'usinage CNC du titane ?

En raison des caractéristiques de l'alliage de titane, telles qu'une résistance élevée et une faible conductivité thermique, il existe des problèmes tels que la difficulté de la coupe et de l'usinage, la faible efficacité de l'usinage et l'usure importante de l'outil, de sorte que le coût de production est élevé. Toutefois, grâce à l'amélioration continue de la technologie de traitement de la coupe et de la rectification CNC, le coût continue de baisser, le processus d'usinage CNC est mature et de haute précision, et reste le traitement courant de l'alliage de titane.

Pourquoi le titane est-il difficile à usiner ?

Température Concentration

La conductivité thermique de la plupart des alliages de titane est très faible, seulement 1/7 de celle de l'acier, 1/16 de celle de l'aluminium et 1/25 de celle du cuivre. Par conséquent, la chaleur générée pendant la coupe des alliages de titane n'est pas rapidement transférée à la pièce ou emportée par les copeaux, mais se concentre dans la zone de coupe.

La température générée à la pointe de l'outil peut atteindre 1 000 °C, ce qui entraîne une usure et une fissuration rapides de l'arête de coupe de l'outil ainsi qu'une accumulation de copeaux, réduisant ainsi la durée de vie de l'outil.

Déformation élastique

Le module d'élasticité de l'alliage de titane n'est pas très élevé. Par exemple, le module d'élasticité du Ti-6Al-4V (titane de grade 5) n'est que de 110 Gpa, alors que le module d'élasticité de l'acier 45 est de 210 Gpa, et que le module d'élasticité de l'acier inoxydable 304 et 316 est également d'environ 200 Gpa. Par conséquent, la déformation élastique est facile à produire lors de l'usinage de l'alliage de titane.

Vibrations

L'élasticité des alliages de titane peut être bénéfique à la performance de la pièce, mais la déformation élastique de la pièce pendant le processus de coupe est une cause importante de vibration.

L'usinage des alliages de titane génère environ 10 fois plus de vibrations que l'acier. La chaleur de coupe étant concentrée dans la section de coupe, elle produit des copeaux déchiquetés et provoque des fluctuations de la puissance de coupe.

Conseils utiles pour l'usinage du titane

Refroidissement

Utiliser un liquide de refroidissement pour réduire les températures de coupe élevées. Le liquide de refroidissement à base d'huile insoluble est adapté à la coupe lourde à faible vitesse, et le liquide de refroidissement de coupe soluble est adapté à la coupe à grande vitesse. Les méthodes de coupe à basse température, telles que l'utilisation d'azote liquide (-180°C) ou de CO2 liquide (-76°C) comme fluide de coupe, peuvent réduire efficacement la température de la zone de coupe, améliorer la qualité des surfaces usinées et prolonger la durée de vie des outils de coupe.

Sélection d'outils de coupe appropriés

La sélection d'outils appropriés pour la mise en œuvre de la politique de l'UE en matière d'environnement. outils de coupe peut améliorer considérablement l'efficacité de l'usinage. Étant donné que la chaleur de l'alliage de titane repose principalement sur l'arête de coupe et le liquide de refroidissement à disperser, au lieu d'être évacuée par les copeaux comme dans le cas de l'acier, la minuscule partie de l'arête de coupe doit résister à d'importantes contraintes thermiques et mécaniques. Le fait de maintenir l'arête de coupe affûtée réduit les forces de coupe. Si nécessaire, des outils revêtus peuvent être utilisés pour minimiser l'adhérence de l'alliage et pour briser les copeaux trop longs.

Avance constante ou augmentation de la vitesse d'avance

Pendant la coupe, la dureté des alliages de titane augmente, ce qui accélère l'usure de l'outil. Par conséquent, il est essentiel de maintenir une avance constante pour minimiser l'écrouissage. Si les performances de l'équipement le permettent, essayez d'augmenter la vitesse d'avance pour minimiser les risques d'accumulation de chaleur et d'écrouissage.

Comment choisir les bons outils de coupe pour l'usinage du titane？

Lors de l'usinage CNC du titane, il est souvent difficile d'utiliser les bons outils de coupe, et voici les facteurs à prendre en compte :

Nombre d'arêtes sur les outils de coupe

Pour le titane, plus le nombre d'arêtes est élevé, moins les vibrations sont importantes. Pour obtenir des cycles d'usinage plus courts, vous devez augmenter le nombre de goujures de votre outil de fraisage. Par exemple, une fraise à 10 goujures a une faible charge de copeaux pour la plupart des matériaux, mais elle est idéale pour le titane. Cela permet principalement de réduire l'engagement radial.

Géométrie de l'outil

La sélection d'une géométrie d'outil appropriée, y compris l'angle de coupe, l'angle avant, l'angle arrière, peut réduire la force de coupe et la chaleur de coupe. Lors de l'usinage d'un alliage de titane, il convient généralement de choisir un angle avant plus petit, ce qui peut améliorer de manière significative la résistance de l'arête de coupe et la résistance à l'écaillage ; le choix d'un angle arrière plus grand peut réduire la zone de contact entre l'arrière de l'outil, la surface de transition et la surface d'usinage.

Fraise à grande avance

Les fraises à grande avance conviennent pour maintenir un faible engagement lors de l'usinage axial et radial du titane. Les fraises à grande avance sont idéales pour minimiser l'interaction lors de l'usinage du titane dans la direction radiale à l'aide d'une CNC à 5 axes.

Revêtements pour outils de coupe

Les revêtements peuvent être efficaces pour réduire le frottement et améliorer la résistance à haute température des outils de coupe. Le TiAlN (revêtement PVD de nitrure de titane et d'aluminium) est un excellent revêtement utilisé sur une large gamme d'outils de coupe. Il est lubrifiant, empêche l'accumulation de copeaux, l'usure et le soudage des copeaux, et convient parfaitement aux températures utilisées pour le fraisage CNC des alliages de titane.

Maintient le tranchant de la lame et évite les interruptions de coupe

En raison de son faible module d'Young, le titane présente une résistance et une élasticité élevées. Cela signifie que pour enlever les copeaux de la surface efficacement et sans frottement, nous devons utiliser des outils tranchants. Essayez d'éviter les coupes intermittentes, car ce type de coupe comprime les copeaux dans l'outil tranchant et peut entraîner une défaillance prématurée de l'outil.

Finitions de surface pour les pièces usinées en titane

• Electrophorèse
• Sablage de perles
• Polissage
• Chromage
• Peinture
• Revêtement PVD
• Revêtement par poudre

Applications des pièces usinées en titane

Les pièces usinées en titane sont durables, résistantes à la corrosion et esthétiques. Ces propriétés leur permettent d'être utilisées dans un grand nombre d'industries

Aérospatiale

Le titane est un matériau indispensable à l'industrie aérospatiale en raison de sa légèreté, de son excellente ténacité à basse température et de sa résistance aux hautes températures. Dans l'industrie aérospatiale, le titane est utilisé dans la fabrication de boîtiers de moteurs de fusée, de boîtiers de satellites artificiels, d'engins spatiaux, de conteneurs à très basse température et de réservoirs de stockage sur les engins spatiaux habités. Dans la construction aéronautique, le titane et ses alliages jouent un rôle important dans la fabrication des disques et des pales de turbines d'avion, des rivets, des boîtiers, des composants structurels du fuselage, etc.

Chimique

Le titane est souvent utilisé dans l'industrie pétrochimique pour fabriquer des échangeurs de chaleur, des réacteurs, des réservoirs de stockage et d'autres équipements en raison de son haut niveau de résistance à la corrosion et à la chaleur. Le titane est plus largement utilisé dans les cas où une résistance élevée à la corrosion est requise.

Médical

Le titane est largement utilisé dans les dispositifs médicaux en raison de son excellente biocompatibilité, de son caractère non magnétique et de sa résistance à la corrosion. Le titane de qualité médicale est utilisé dans la fabrication d'articulations artificielles, d'os artificiels, d'implants dentaires, de stimulateurs cardiaques et d'autres dispositifs médicaux. Ces produits en titane ont une bonne compatibilité avec les os et les tissus humains et peuvent être implantés dans le corps pendant de longues périodes sans réactions indésirables.

Automobile

Le titane est léger, résiste bien aux températures élevées et à la corrosion. Il est donc de plus en plus utilisé dans l'industrie automobile, notamment pour la fabrication de composants de moteurs, de bielles, de vilebrequins, de systèmes d'échappement, de pièces de carrosserie et de châssis. L'utilisation d'alliages de titane pour fabriquer des pièces permet de réduire considérablement le poids des automobiles, d'améliorer le rendement énergétique et de prolonger la durée de vie.

Marine

La résistance à la corrosion du titane lui permet de fonctionner de manière stable dans l'eau de mer pendant de longues périodes. Les sous-marins en titane peuvent non seulement résister à la corrosion de l'eau de mer (selon des expériences, le titane ne sera pas corrodé dans le fond marin pendant 20 à 50 ans), mais ils sont également résistants à la pression profonde, leur profondeur de plongée étant supérieure à celle des sous-marins en acier inoxydable de 80%. En même temps, le titane est non magnétique, ne sera pas trouvé par les mines, a un très bon rôle d'anti-gardien. Il est souvent utilisé dans la fabrication d'équipements de dessalement, d'équipements de forage pétrolier en mer, de centrales électriques de conversion de l'énergie thermique des océans.

Sports et articles de consommation courante

La résistance à la corrosion et l'esthétique du titane en font un matériau idéal pour les articles de sport et les articles d'usage courant. Le titane est consommé en grandes quantités dans le secteur mondial de la fabrication d'équipements de golf, avec plus de 6 000 tonnes de titane utilisées chaque année pour la fabrication d'équipements de golf en titane. En outre, le titane est largement utilisé dans les raquettes de tennis et de badminton, les bâtons de ski, les pelles à neige, les bâtons d'alpinisme, les pointes de trekking, les luges, les masques d'escrime, les cannes à pêche, les bicyclettes, les montures de lunettes, les ustensiles alimentaires, les montres, les objets d'artisanat et d'autres articles ménagers.

Le titane a une large gamme d'applications couvrant l'aérospatiale, la chimie, la médecine, l'automobile, la marine, les sports et les besoins quotidiens. Avec les progrès constants de la science et de la technologie et l'amélioration continue des performances des matériaux en titane, les applications du titane continueront à s'étendre.

Grades de titane courants pour l'usinage CNC

Dans l'usinage CNC, les types de titane et d'alliages de titane sont principalement classés en fonction de leur composition et de leurs applications. Titane de grade 1titane de grade 2, titane de grade 3, titane de grade 4, titane de grade 5, titane de grade 6, titane de grade 7, titane de grade 23, etc. Si vous voulez en savoir plus sur le titane, ne manquez pas notre blog - qu'est-ce que le titane : le guide ultime .

Choisir DEK pour l'usinage de pièces en titane

DEK est une société d'usinage CNC professionnelle et expérimentée, spécialisée dans l'usinage des alliages de titane. Grâce à une technologie de pointe, DEK est en mesure d'offrir à ses clients un service de qualité. Centres d'usinage à 5 axes et une équipe de concepteurs et d'ingénieurs hautement qualifiés, nous fournissons un usinage CNC de haute qualité des alliages de titane à des prix compétitifs pour un large éventail d'industries. Voici quelques-unes de nos réussites roueles supports d'antenne et les fixations.

Conclusion

En lisant ce blog, vous devez avoir acquis une connaissance approfondie des éléments suivants usinage CNC du titane. L'usinage du titane et de ses alliages nécessite une attention particulière et une manipulation délicate pour garantir une production optimale de la pièce. Contrairement aux métaux courants tels que l'acier et le cuivre, l'usinage du titane présente des défis particuliers et nécessite l'utilisation d'outils adéquats, de techniques spécialisées et d'une patience suffisante. C'est pourquoi il est souvent préférable de confier les projets d'usinage CNC du titane à une équipe spécialisée telle que DEKoù nous pouvons garantir la haute qualité et la précision des pièces.

FAQ

Quel est le coût de l'usinage CNC du titane ?

Le coût de l'usinage CNC du titane peut varier en fonction d'un certain nombre de facteurs, tels que la complexité de la pièce, sa taille, les tolérances requises, la quantité produite et la qualité du titane utilisé.

Quels types d'outils de coupe sont couramment utilisés pour usiner le titane ?

Outils en acier rapide (HSS) ; plaquettes en carbure ; plaquettes en céramique et outils en diamant polycristallin (PCD)

Quelle est la vitesse de coupe du titane ?

Lors de l'usinage CNC du titane, il est recommandé d'utiliser de faibles vitesses de coupe. Les températures de la pointe de l'outil peuvent être facilement augmentées par des vitesses de coupe plus élevées, ce qui peut compromettre les outils.

Le titane se déforme-t-il lorsqu'il est usiné ?

Le titane peut se déformer lorsqu'il est usiné en raison de sa faible conductivité thermique et de sa grande résistance, qui entraînent une accumulation de chaleur et des contraintes résiduelles. Des techniques de refroidissement et d'usinage appropriées sont nécessaires pour minimiser le gauchissement.