Guide pratique : Usinage haute performance des alliages de titane
En raison de leur solidité et de leur résistance à la corrosion, les alliages de titane sont indispensables dans les domaines de la technique médicale et de l'aérospatiale. Pourtant, ils sont considérés comme 10 à 15 fois plus difficiles à usiner que le laiton.
1. défis physiques
| Problème | Conséquences | Solutions |
|---|---|---|
| Faible conductivité thermique (seulement env. 16% de l'acier) | 80% de la chaleur se concentre sur l'arête de coupe. | Arrosage haute pression (HPC) recommandé ; carbure revêtu de TiAlN. |
| Faible module d'élasticité (55% de l'acier). | L'effet "springback" entraîne des écarts dimensionnels et une usure des flancs. | Angle de coupe positif ; avance élevée pour réduire le retour élastique. |
| Réactivité chimique | Arêtes rapportées et usure de l'outil ; processus instable ; mauvaise qualité de surface. | Arêtes vives et revêtementTiAlN ou AlTiSiN. |
| Ecrasement à froid | Usure par entaille ; rupture de l'outil lors des coupes suivantes. | Arêtes vives ; Passe suffisante (>0.10 mm si possible), pas de temps de séjour. |
| Copeaux longs | Nids à copeaux lors du tournage intérieur ou du tronçonnage. | Brise-copeaux pour les aciers de tournage intérieur et les fraises d'ébauche (p. ex. Swiss-MicroTurn MTEP) ; ACP+, LFV, etc. pour le tournage extérieur ; arrosage haute pression ; fraisage trochoïdal. |
2. recommandations par type d'usinage
Tournage & gorges extérieures
- Stratégie : "Low speed, high feed". Un copeau plus épais dissipe mieux la chaleur.
- Paramètres:Vc 40-90 m/min, f 0.08-0.20 mm/tr.
- Solution : Carbure K10-K20 avec revêtement TiAlN (par ex. Tungaloy-NTK DM4).
Tournage intérieur sur tours automatiques à poupée mobile (Swiss-Type)
- Rigidité : maintenir un porte-à-faux minimal à partir du canon de guidage (< 3 mm).
- Solution : Ifanger Swiss-MicroTurn aciers taillés MTEP, MTEE, MTEC, MTKO et autres avec refroidissement interne (porte-outil MTHA).
- Paramètres : Vc 40 m/min, f 0.01-0.05 mm/tr.
Fraisage CNC
- Stratégie : Trajets de fraisage trochoïdaux
( Ae 5-15%) pour un contrôle constant de la température. - Entrée : Entrée d'outil en forme d'arc (Arc Entry) pour éviter les pics de force.
- Conditions préalables : Arrosage interne à 100-150 bar ; Rayon d'angle ; Brise-copeaux ; Vitesse de coupe basse Vc.
- Solution : Maykestag Speedcut 4.0 Titan, spécialement conçu pour les alliages de titane.
Perçage CNC
- Défi : Effet "Drilling into rubber" et accumulation de copeaux à des profondeurs >3xD.
- Solution : Ifanger Swiss-Drill ISDTA803 pour les perçages 0.30<Ø<1.00 mm
- Paramètres : Vc 12 m/min, f 0.007-0.015 mm/tr.
Conseil de pro : utilisez un foret pilote pour le perçage d'alliages à partir de 6xD afin de garantir la sécurité du processus et d'éviter les ruptures de perçage.
Moletage
- Procédé : Privilégier le moletage par enlèvement de copeaux (cut knurling) pour réduire les forces de pression de 40%.
- Solution : Système Ifanger Swiss-Knurl avec molettes HSS revêtues de DVA ou molettes en métal dur (>60 HRC).
3. classification des alliages de titane
| Groupe | Propriétés | Indice d'usinabilité (acier=100%) |
|---|---|---|
| Alliages alpha (Grade 1-4) | Titane pur, ne peut pas être traité thermiquement, extrêmement résistant à la corrosion. | 35-46% |
| Alliages alpha-bêta (par ex. grade 5) | Ti-6Al-4V : le "cheval de bataille" de l'industrie (~50% de part de marché). TiZr avec une teneur en Zr de 15%-20% fait également partie de la famille alpha-bêta. | 18-28% |
| Alliage alpha-bêta grade 23 "ELI". | Teneur en =2 réduite, ténacité améliorée pour les implants. | 18-28% |
| Alliages bêta (par ex. Ti-10V-2Fe-3Al) | Résistance maximale (jusqu'à 1'400 MPa), extrêmement difficile à usiner. | 15-20% |