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Choisir le bon outil pour l'usinage du titane

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L'usinage du titane, un superalliage, requiert une attention particulière. Des copeaux qui ne se cassent pas, une chaleur qui ne se dissipe pas et des bords accumulés sont quelques-uns des défis courants de l'usinage du titane.

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Cependant, les propriétés remarquables du titane en font un matériau de prédilection dans l'aviation, le sport automobile et la technologie médicale. Il vaut donc la peine d'apprendre à l'usiner correctement.

Les propriétés du titane en font un superalliage. Ce matériau est extrêmement résistant à la traction, très léger et résistant à la corrosion. En outre, le titane est antimagnétique, biocompatible et résistant aux milieux les plus agressifs. Ce matériau coûteux devient populaire dans de plus en plus de domaines et d'applications. Ce n'est pas un secret pour les ingénieurs de Bugatti, qui utilisent de nombreuses pièces en titane dans leur travail.

Le titane est cher - évitez le gaspillage

L'usinage du titane est un investissement, car il coûte environ trois à cinq fois plus cher que l'acier à outils. En toute logique, les utilisateurs doivent donc éviter les déchets. La sélection minutieuse d'un outil de coupe adapté n'est que la première étape. La fabrication de pièces tournées de précision en titane nécessite des outils adaptés à l'usinage de ce matériau particulier, ce qui permet d'usiner les alliages de titane les plus tenaces.

Mais cette diva du monde des matériaux peut mettre à mal vos outils de coupe pour les raisons suivantes :

- Une grande résistance à la chaleur (voir schéma)

- Des copeaux qui ne se cassent pas

- La nette tendance du titane à adhérer aux outils de coupe

- Un faible module d'élasticité

(Ti6Al4V = 110 kN/mm2, acier Ck45 = 210 kN/mm2)

Étant donné que seuls quelques privilégiés fabriquent des vis en titane pour la super voiture de sport Bugatti Chiron de 1500 chevaux, examinons plutôt la fabrication d'un arbre fileté et rainuré en alliage de titane standard Ti6Al4V Grade 5/23, tel qu'il est fréquemment utilisé dans la technologie médicale. Avec une résistance à la traction de Rm = 990 N/mm2, une limite d'élasticité de Re = 880 N/mm2, une dureté comprise entre 330 et 380 sur l'échelle de dureté Vickers et un allongement à la rupture A5d d'environ 18 %, cet alliage de titane est généralement utilisé pour les implants médicaux ainsi que pour les applications aéronautiques (3.7164) et industrielles (3.7165). Avec six pour cent d'aluminium et quatre pour cent de vanadium, et des éléments interstitiels (ELI) très faibles, cet alliage est hautement biocompatible, n'induisant pratiquement aucune réaction allergique connue.

Evacuer la chaleur de la zone de coupe

L'évacuation de la chaleur de la zone de coupe nécessite une finition de surface de haute qualité, une sécurité de processus fiable et une évacuation contrôlée des copeaux, tout en maintenant des temps de processus courts malgré des taux d'évacuation des copeaux potentiellement élevés.

Les utilisateurs pourraient penser que la majeure partie de la chaleur générée par le processus de tournage est évacuée par les copeaux, mais ce n'est pas le cas. Le titane étant un mauvais conducteur thermique, la chaleur ne peut être évacuée de la zone de coupe par les copeaux. Et, à des températures de 1200°C et plus dans la zone de coupe, l'outil de coupe peut rapidement subir des dommages liés à la chaleur.

Les mesures les plus simples à prendre pour éviter une accumulation excessive de chaleur sont d'amener le liquide de refroidissement directement dans la zone de coupe, de réduire la force de coupe en utilisant une arête de coupe affûtée et d'ajuster la vitesse de coupe en fonction du processus en cours.

Outils pour augmenter la durée de vie

De réelles améliorations sont apportées en sélectionnant l'outil de coupe approprié. Comme la chaleur doit être évacuée par l'arête de coupe et le liquide de refroidissement, et non par les copeaux, comme c'est le cas pour l'acier, une petite partie de l'arête de coupe doit supporter des contraintes thermiques et mécaniques extrêmement élevées.

La pression de coupe est réduite par l'utilisation de plaquettes indexables rectifiées, à forte positivité, avec des goujures polies, si nécessaire, avec le revêtement approprié, ce qui minimise les frottements lors de l'évacuation des copeaux. Ces trois paramètres permettent d'éviter la production de chaleur lors de l'usinage. Si une petite partie de la chaleur est encore réduite grâce à un flux de liquide de refroidissement optimal, l'arête de coupe aura une durée de vie plus longue. On peut aussi augmenter à nouveau la vitesse de coupe (Vc) pour améliorer la productivité.

Jusque-là, tout va bien. Mais comme les copeaux n'aiment pas se casser, d'autres difficultés peuvent être rencontrées. Un copeau sans fin pourrait s'enrouler autour de la pièce, de l'outil ou du mandrin de la machine et constituer un danger pour la machine ou votre sécurité. Il pourrait être utile de changer le sens de rotation et de retourner le tranchant si la conception de la machine le permet.

Si l'arête de coupe est orientée vers le bas, les copeaux tomberont librement sur le sol et ne présenteront plus de danger. Toutefois, dans le cas d'applications de dégrossissage exigeantes et de machines peu stables, les utilisateurs devront vérifier si l'action de coupe permet de diriger les copeaux vers le banc de la machine. Une fois que les copeaux ont quitté la zone de travail, ils ne peuvent plus perturber le processus.

Choisir le fabricant d'outils approprié

Pour s'assurer que l'utilisateur choisit le bon outil pour l'usinage du titane, il faut se tourner vers un fabricant. Certains vont même au-delà, en offrant des conseils basés sur l'expérience d'applications spécifiques, en plus de fournir l'outil de coupe lui-même.

Par exemple, ARNO Werkzeuge est un fabricant d'outils qui existe depuis 1941. En plus de fabriquer l'une des plus grandes sélections de plaquettes indexables hautement positives, il emploie de nombreux consultants en applications expérimentés qui seraient heureux de partager leurs connaissances pour garantir le bon déroulement des processus de fabrication des clients.

Ses plaquettes indexables à haute valeur positive sont suffisamment affûtées pour réduire au minimum la force de coupe, et leurs bords arrondis en option assurent une excellente stabilité. Grâce à des revêtements de haute technologie, ils sont bien armés contre la mauvaise conductivité thermique de ce matériau délicat.

Les plaquettes indexables négatives avec les géométries EX, NFT, NMT et NMT1 constituent une solution abordable et fiable pour l'usinage et l'ébauche de base. Les plaquettes indexables positives d'Arno avec les géométries PSF et PMT1 sont idéales pour l'usinage des superalliages. Toutes ces plaquettes sont très résistantes à l'usure par entaille et à la chaleur lors de l'usinage de matériaux durs. Les géométries uniques assurent un contrôle exceptionnel des copeaux et la sécurité du processus. Les experts dévoués de l'usinage du titane et les clients d'ARNO sont bien préparés. Après tout, on ne sait jamais quand on va recevoir l'appel d'un ingénieur de Bugatti.