Le titane est bien connu pour ses caractéristiques inhabituelles, qui ont un impact considérable sur l’usinabilité. La compréhension de ces caractéristiques est essentielle à l’efficacité des opérations d’usinage. Voici un aperçu de l’usinage du titane, couvrant les problèmes et les pratiques recommandées.
Faible conductivité thermique
Le titane a une très faible conductivité thermique, ce qui signifie que la chaleur créée pendant la coupe ne se dissipe pas efficacement. Au lieu de cela, elle se concentre près de l’arête de coupe, ce qui entraîne des températures d’usinage de plus de 1 093 °C. Cette chaleur peut accélérer l’usure de l’outil et éventuellement déformer l’arête de coupe.
Haute réactivité chimique
Le titane est chimiquement réactif, en particulier à haute température, ce qui peut provoquer un grippage et un soudage entre le matériau et l’outil de coupe. Ce contact peut entraîner une défaillance prématurée de l’outil et un écaillage.
Haute dureté
De nombreux alliages de titane, comme le Ti-6Al-4V, présentent des niveaux de dureté élevés (jusqu’à 40 HRC), ce qui les rend plus difficiles à traiter que les qualités de titane pur.
Faible module d’élasticité
Le module d’élasticité plus faible du titane contribue à sa flexibilité, ou « élasticité », qui le fait fléchir sous les pressions de coupe. Si le support et la rigidité ne sont pas suffisants, ce comportement peut provoquer des vibrations et des erreurs d’usinage.
La découpe du titane, connu pour son rapport poids/résistance élevé et sa résistance à la corrosion, pose des problèmes particuliers en raison de sa dureté et de sa faible conductivité thermique. Le choix de la bonne procédure de coupe est essentiel pour atteindre la précision et maintenir l’intégrité du matériau. Voici une liste de divers procédés de découpe du titane qui ont fait leurs preuves.
Coupe manuelle
Les scies à métaux, les cisailles et autres outils manuels peuvent être utiles pour les petits travaux. Le titane étant très dur, cette méthode n’est pas adaptée aux travaux plus importants, car elle demande beaucoup de travail et de temps. Lors de la découpe à la main, l’utilisation d’outils munis de pointes en carbure peut accélérer le travail.
Découpage à la scie
L’utilisation de scies à ruban dotées de lames au carbure permet de réaliser des coupes précises. Pour éviter la surchauffe et l’usure de l’outil, il convient de maintenir une vitesse de coupe modérée et d’utiliser des liquides de refroidissement adéquats.
Découpe au laser
La découpe au laser offre une excellente précision et convient parfaitement aux formes complexes. Elle crée peu de zones affectées par la chaleur tout en conservant les caractéristiques du matériau. Toutefois, elle peut ne pas être adaptée à la découpe de pièces de titane de grande taille.
Découpage au plasma.
Ce procédé permet de faire fondre et d’enlever le matériau en utilisant un jet de plasma ionisé à grande vitesse. Il est utile pour découper des feuilles de titane plus épaisses, mais peut produire une zone affectée par la chaleur plus importante que la découpe au laser.
Découpe au jet d’eau
La découpe au jet d’eau, qui utilise un courant d’eau à haute pression combiné à des particules abrasives, est une procédure à froid qui élimine les zones affectées par la chaleur. Elle permet de découper de grandes pièces en titane tout en préservant l’intégrité structurelle du matériau.
Fraisage et tournage
Le titane peut être découpé à l’aide d’équipements de fraisage et de tournage CNC, qui sont particulièrement utiles pour les formes compliquées. L’utilisation d’outils en carbure avec des revêtements appropriés, tels que le nitrure de titane et d’aluminium (TiAlN), peut améliorer la durée de vie et les performances de l’outil. Pour réduire l’accumulation de chaleur, il convient de maintenir des vitesses de coupe faibles et des vitesses d’avance élevées.
Sciage à froid
Les scies à froid coupent le métal à l’aide d’une lame de scie circulaire, transférant la chaleur générée par la coupe aux copeaux produits par la lame de scie, ce qui maintient la lame et le matériau coupé froids. Cette approche permet de couper le titane tout en réduisant la déformation induite par la chaleur.（Wikipedia）
Ultrasonic Machining
Pour découper le titane, cette nouvelle technique utilise des vibrations ultrasoniques et une boue abrasive. Elle convient à la découpe de formes complexes et d’alliages de titane difficiles à usiner.
L’usinage par électroérosion à fil (EDM) est une technique de découpe du titane à l’aide d’un fil fin et conducteur d’électricité. Cette technique est extrêmement précise et permet de maintenir des tolérances serrées, ce qui la rend idéale pour les produits complexes.
Lors de la découpe du titane, il est essentiel de se concentrer sur les quatre pratiques clés suivantes pour obtenir des résultats optimaux.
Sélectionner les outils de coupe appropriés
Utilisez des outils spécifiques au titane, tels que ceux fabriqués en carbure ou en acier rapide revêtu de nitrure d’aluminium et de titane (TiAlN). Ces matériaux peuvent supporter les températures élevées et les contraintes liées à la coupe du titane.
Optimiser les paramètres de coupe
Maintenir des vitesses de coupe modérées et des vitesses d’avance élevées pour réduire l’accumulation de chaleur et l’écrouissage. Pour les opérations d’ébauche, une vitesse de coupe de 60 m/min est suggérée.
Assurer un refroidissement adéquat
Utiliser un liquide de refroidissement à haute pression pour disperser efficacement la chaleur et permettre l’évacuation des copeaux. Cette méthode réduit le risque d’usure de l’outil et d’endommagement du matériau.
Maintenir la rigidité et la stabilité
Fixez fermement la pièce à usiner et utilisez des configurations de machine solides afin de réduire les vibrations, qui peuvent entraîner un broutage de l’outil et un mauvais lissage de la surface. Des outils de coupe plus courts peuvent également contribuer à réduire la déviation.
FAQS
Le titane est-il difficile à couper ?
Oui, le titane est souvent considéré comme difficile à découper en raison de diverses qualités intrinsèques et de problèmes liés au matériau. Cependant, avec la bonne machine-outil et la bonne approche d’usinage, le titane peut être facilement coupé.
Quels sont les meilleurs outils pour couper le titane ?
Les outils à pointe en carbure sont idéaux pour la coupe du titane en raison de leur dureté et de leur résistance à la chaleur. Les outils revêtus de diamant sont très utiles, en particulier pour les coupes précises.
Le titane peut-il être coupé manuellement ?
La découpe manuelle est possible, mais elle prend du temps en raison de la dureté du titane. Les lames à pointe en carbure et les liquides de refroidissement peuvent contribuer à améliorer l’efficacité.
La découpe du titane affecte-t-elle ses propriétés ?
Un mauvais découpage peut entraîner un écrouissage et des tensions résiduelles qui affaiblissent les qualités mécaniques du matériau. L’utilisation de méthodes de coupe et de réglages appropriés permet de conserver la pureté du matériau.
Conclusion
Pour bien découper le titane, vous devez savoir comment il fonctionne et comment utiliser les bons outils. Vous pouvez contourner les problèmes et vous assurer que vos projets en titane sont de haute qualité en choisissant les bons outils, en affinant les réglages de coupe et en veillant à ce qu’ils refroidissent correctement.
