En tant que fournisseur fiable de barres en titane Gr12, je rencontre souvent des clients désireux de connaître les outils de coupe les plus adaptés à l'usinage de cette nuance spécifique de titane. Le titane Gr12 est un alliage polyvalent connu pour son excellente résistance à la corrosion, sa haute résistance et sa bonne soudabilité, ce qui en fait un choix populaire dans diverses industries telles que l'aérospatiale, le médical et le traitement chimique. Cependant, l'usinage du titane Gr12 peut s'avérer difficile en raison de ses propriétés uniques, et la sélection des bons outils de coupe est cruciale pour obtenir des résultats efficaces et de haute qualité.
Comprendre les défis de l'usinage du titane Gr12
Avant de se pencher sur les outils de coupe adaptés, il est essentiel de comprendre les défis associés à l'usinage du titane Gr12. Les alliages de titane, dont le Gr12, ont une conductivité thermique relativement faible. Cela signifie que pendant le processus d'usinage, la chaleur générée au niveau de l'arête de coupe n'est pas évacuée rapidement. En conséquence, l’arête de coupe peut subir des températures élevées, ce qui peut entraîner une usure rapide de l’outil, un mauvais état de surface et même une casse de l’outil.
De plus, les alliages de titane ont une réactivité chimique élevée avec les matériaux des outils de coupe à des températures élevées. Cela peut faire adhérer le titane à l'outil de coupe, formant des arêtes accumulées qui affectent les performances de coupe et la qualité de surface de la pièce usinée. De plus, le titane Gr12 a un rapport résistance/poids élevé, ce qui nécessite que les outils de coupe aient une résistance et une ténacité suffisantes pour résister aux forces de coupe.
Matériaux appropriés pour les outils de coupe
Outils de coupe en carbure
Le carbure est l’un des matériaux d’outils de coupe les plus couramment utilisés pour l’usinage du titane Gr12. Le carbure de tungstène, en particulier, offre une excellente dureté et résistance à l'usure. Les outils en carbure revêtus sont encore plus efficaces car le revêtement offre une couche supplémentaire de protection contre la chaleur et l'usure. Par exemple, les revêtements en nitrure de titane (TiN) peuvent réduire la friction et améliorer la résistance à l'adhérence de l'outil.
Lorsque vous utilisez des outils de coupe en carbure pour le titane Gr12, il est important de sélectionner la bonne nuance. Une nuance de carbure à grains fins est généralement préférée car elle offre une meilleure ténacité et résistance à l'usure. Les paramètres de coupe, tels que la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe, doivent également être soigneusement ajustés pour éviter une surchauffe de l'outil. En règle générale, une vitesse de coupe plus faible et une avance modérée sont recommandées pour éviter une usure excessive de l'outil.
Outils de coupe en céramique
Les outils de coupe en céramique sont une autre option pour usiner le titane Gr12. Ils ont une dureté élevée, une excellente stabilité thermique et une faible réactivité chimique avec le titane. Les céramiques à base d'alumine et les céramiques à base de nitrure de silicium sont deux types couramment utilisés dans l'usinage du titane.
Les céramiques à base d'alumine conviennent aux opérations de finition en raison de leur capacité à produire une bonne finition de surface. Les céramiques à base de nitrure de silicium, en revanche, sont plus adaptées aux opérations d'ébauche car elles ont une ténacité plus élevée et peuvent résister à des forces de coupe plus élevées. Cependant, les outils de coupe en céramique sont relativement fragiles et nécessitent une manipulation soigneuse et une sélection précise des paramètres de coupe. Une vitesse de coupe élevée et une faible avance sont souvent utilisées lors de l'usinage avec des outils en céramique pour tirer parti de leurs propriétés thermiques et réduire le risque de casse de l'outil.
Outils de coupe en nitrure de bore cubique (CBN)
Les outils de coupe CBN sont extrêmement durs et possèdent une excellente stabilité thermique. Ils conviennent à l'usinage à grande vitesse du titane Gr12. Les outils CBN peuvent résister à des températures de coupe élevées sans usure significative, ce qui les rend idéaux pour les applications où une productivité élevée est requise.
Cependant, les outils de coupe en CBN sont relativement chers. Ils sont généralement utilisés pour les opérations de finition sur des composants de haute précision ou dans des environnements de production de masse où le coût par pièce peut être justifié par l'augmentation de la productivité et de la durée de vie de l'outil. Lors de l'utilisation d'outils CBN, il est important de garantir une application appropriée du liquide de refroidissement pour contrôler la température et éviter les dommages thermiques à l'outil.
Géométries des outils de coupe
Angle de coupe
L'angle de coupe d'un outil de coupe joue un rôle important dans l'usinage du titane Gr12. Un angle de coupe positif peut réduire la force de coupe et améliorer le flux des copeaux. Cependant, pour l'usinage du titane, un petit angle de coupe positif, voire un angle de coupe nul, est souvent préféré. En effet, un angle de coupe positif important peut rendre l'arête de coupe plus faible et plus sujette à l'écaillage en raison des forces de coupe et des températures élevées associées à l'usinage du titane.
Angle de dégagement
L'angle de dépouille est important pour éviter que l'outil ne frotte contre la surface usinée. Un angle de dépouille suffisant, généralement compris entre 6° et 12°, est nécessaire pour garantir une coupe fluide et réduire la friction. Cela permet d'éviter la génération de chaleur et l'usure des outils.
Rayon de coupe
Un tranchant tranchant est généralement préféré pour l’usinage du titane Gr12. Cependant, un bord très tranchant peut être cassant et sujet à l’écaillage. Un petit rayon de coupe, environ 0,01 à 0,03 mm, peut fournir un bon équilibre entre tranchant et résistance des bords. Cela permet à l'outil de couper efficacement tout en conservant son intégrité pendant le processus d'usinage.
Paramètres de coupe
Vitesse de coupe
La vitesse de coupe est un paramètre critique dans l’usinage du titane. Pour le titane Gr12, une vitesse de coupe relativement faible est recommandée par rapport aux autres matériaux. La vitesse de coupe exacte dépend du matériau de l'outil de coupe, de la géométrie de l'outil et de l'opération d'usinage spécifique. Pour les outils de coupe en carbure, la vitesse de coupe peut varier de 30 à 60 m/min, tandis que pour les outils en céramique, elle peut être plus élevée, jusqu'à 150 m/min.
Vitesse d'alimentation
La vitesse d'avance doit être soigneusement sélectionnée pour garantir une élimination efficace des copeaux et un bon état de surface. Une avance modérée est généralement préférée pour l’usinage du titane Gr12. Si l'avance est trop élevée, cela peut augmenter la force de coupe et provoquer une usure excessive de l'outil. D’un autre côté, une vitesse d’alimentation très faible peut entraîner une mauvaise productivité. Une vitesse d'avance typique pour les outils en carbure lors de l'usinage du titane Gr12 est d'environ 0,1 à 0,2 mm/tour.
Profondeur de coupe
La profondeur de coupe affecte également le processus d'usinage. Une profondeur de coupe faible à modérée est recommandée pour réduire la force de coupe et la génération de chaleur. Pour les opérations d'ébauche, une profondeur de passe de 1 à 3 mm peut être utilisée, tandis que pour les opérations de finition, une profondeur de passe de 0,1 à 0,5 mm est plus appropriée.
Conclusion
La sélection des bons outils de coupe et des bons paramètres de coupe est cruciale pour un usinage réussi des barres en titane Gr12. Les outils de coupe en carbure, en céramique et en CBN ont chacun leurs propres avantages et conviennent à différentes opérations d'usinage et exigences de production. En comprenant les défis de l'usinage du titane et en choisissant soigneusement le matériau, la géométrie et les paramètres de coupe de l'outil de coupe, les fabricants peuvent obtenir des pièces usinées de haute qualité avec une productivité et une durée de vie de l'outil améliorées.
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Références
- "Usinage des alliages de titane", Manuel ASM, Volume 16 : Usinage
- "Technologie des outils de coupe pour les alliages de titane", Institut des outils de coupe industriels
- "Procédés d'usinage avancés pour les alliages de titane", Journal of Manufacturing Science and Engineering
