10 conseils utiles pour le fraisage du titane

L'alliage de titane et l'alliage d'aluminium sont similaires dans les aspects suivants : les deux métaux sont utilisés pour fabriquer des pièces structurelles d'avions, auquel cas le 90% des matériaux peut devoir être meulé avant que les pièces ne soient terminées. De nombreux magasins peuvent vouloir que ces métaux aient plus en commun.

Les constructeurs d'avions, qui sont bons dans l'usinage de l'aluminium, constatent qu'ils traitent beaucoup plus de titane parce que les nouveaux modèles d'avions utilisent plus de titane.

En ce qui nous concerne, nous dirons que le titane n'est pas nécessairement difficile, mais l'ensemble du processus de traitement doit être pris en compte, car n'importe quel facteur peut entraver l'efficacité de l'ensemble du processus.

La stabilité est la clé. Lorsque l'outil entre en contact avec la pièce, il ferme un cercle. L'outil, le chariot, la broche, la colonne, le rail de guidage, la table, le montage et la pièce à usiner font tous partie du cercle et de la stabilité requise. D'autres considérations importantes incluent la pression et le volume du liquide de refroidissement, ainsi que la méthode de distribution du liquide de refroidissement. Cet article se concentre sur les méthodes et les applications. Afin de tirer pleinement parti du potentiel de ces procédés et de leur permettre de traiter le titane de manière productive, les suggestions suivantes sont utiles :

1. Gardez un engagement radial faible

L'un des principaux défis pour le titane est le refroidissement. Dans ce type de métal, la chaleur générée lors du processus de traitement est relativement moins évacuée avec la puce. Par rapport à d'autres métaux, une plus grande proportion de chaleur pénètre dans l'outil lors du traitement du titane. En raison de cette influence, le choix du maillage radial détermine le choix de la vitesse de surface du métal.

Le graphique de la figure 1 le montre. L'entaillage complet (c'est-à-dire un engagement à 180 degrés) nécessite une vitesse de surface relativement faible. Mais la réduction de l'engagement radial réduit le temps pendant lequel l'arête de coupe génère de la chaleur et laisse plus de temps à l'arête de coupe pour refroidir avant que la rotation suivante n'entre dans le matériau. Par conséquent, en raison de la réduction de l'engagement radial, la vitesse de surface peut être augmentée tout en maintenant la température au point de coupe. Pour la finition, un processus de fraisage consiste en un très petit arc de contact avec une arête de coupe nette et affûtée, une vitesse de surface élevée et une avance minimale par dent pour obtenir des résultats extraordinaires.

Fig. 1. maintenir un faible engagement radial

2. Augmentez la quantité de flûte

Les fraises en bout couramment utilisées ont quatre ou six rainures. Dans le titane, cela peut être trop peu. Un nombre plus efficace de cannelures peut être de 10 ou plus (voir Figure 2).

L'augmentation du nombre de goujures compense la faible avance par dent. Dans de nombreuses applications, l'espacement des rainures de l'outil à dix trous est trop serré pour l'écartement des copeaux. Cependant, le fraisage productif du titane a eu tendance à avoir une profondeur radiale plus faible (voir conseil 1). La micropuce résultante est ouverte à l'utilisation gratuite de fraises de comptage à haut débit pour améliorer la productivité.

Fig2. Augmenter la quantité de flûtes

3. Faire une puce épaisse à fine

Le fraisage grimpant est un terme familier pour ce concept. En d'autres termes, ne faites pas avancer la fraise, de sorte que la lame traversera le matériau dans le sens de l'avance de la fraise. Connu sous le nom de fraisage traditionnel, ce processus rend les copeaux plus fins et plus épais. Lorsque l'outil frappe le matériau, le frottement crée de la chaleur avant que le matériau ne commence à se cisailler du métal de base. Au lieu d'absorber et d'évacuer la chaleur générée, la feuille entre dans l'outil. Ensuite, au point de sortie, le copeau est épais, ce qui augmente la pression de coupe pour faire coller le copeau.

Le fraisage en avalant, ou la formation de copeaux épais à fins, commence par l'entrée de l'arête de coupe dans le matériau en excès et sa sortie sur la surface finie (voir Figure 3). Lors du fraisage latéral, l'outil essaie de "monter" sur le matériau, créant un copeau épais à l'entrée pour une absorption maximale de la chaleur et un copeau fin à la sortie pour empêcher l'adhérence des copeaux. 

Fig3. faire une puce épaisse à fine

Le fraisage de profil nécessite un examen attentif de la trajectoire de l'outil pour s'assurer que l'outil continue à pénétrer dans l'excédent de matière de cette manière et à sortir de la surface usinée de cette manière. Ce n'est pas toujours aussi facile de le faire dans une passe complexe que de simplement garder le bon matériel.

4. Arc entrant

Dans le titane et d'autres métaux, la durée de vie de l'outil est perdue dans les changements spectaculaires de force. Ces pires moments se produisent généralement lorsque les outils pénètrent dans le matériau. L'alimentation directe de l'outil (ce que font presque toutes les trajectoires d'outil standard) produit un effet similaire à celui de frapper le tranchant avec un marteau. Et faites glisser l'outil doucement. Pour ce faire, créez une trajectoire d'outil de sorte que l'arc de l'outil pénètre dans le matériau, et non en ligne droite (voir Figure 4). Le chemin d'entrée de l'arc permet à la force de coupe d'augmenter progressivement pour éviter la préhension ou l'instabilité de l'outil. La génération de chaleur et de copeaux augmente également progressivement jusqu'à ce que l'outil soit pleinement impliqué dans la coupe.

Fig.4 arc en entrée

5. Terminer sur un chanfrein

La force d'impact change également à la sortie de l'outil. Aussi utile que la coupe épaisse à fine (astuce 3), le problème de cette méthode est que lorsque l'outil atteint l'extrémité du cordon de soudure et commence à enlever le métal, la formation épaisse à fine s'arrête brusquement. Un changement soudain produira un changement soudain de force similaire, impactant l'outil et endommageant éventuellement la surface de la pièce. Afin d'éviter une transition aussi soudaine, des mesures préventives doivent être prises. Tout d'abord, un chanfrein à 45 degrés doit être fraisé à la fin de la passe afin que la fraise puisse voir la profondeur de coupe radiale diminuer progressivement (voir Fig. 5).

Fig.5 fin sur un chanfrein

6. Fiez-vous au soulagement secondaire

Un tranchant tranchant peut minimiser la force de coupe du titane, mais le tranchant doit également être suffisamment solide pour résister à la pression de coupe. Conception de l'outil de secours secondaire, la première résistance de zone avant positive, suivie de la deuxième zone pour augmenter l'écart, pour atteindre ces deux objectifs (voir la figure 6). Le sauvetage secondaire est un outil courant, mais différentes conceptions de relief secondaire en titane, en particulier dans les outils de test, peuvent révéler des changements dans les performances de coupe et la durée de vie de l'outil.

Fig.6 conception de l'outil de décharge secondaire

7. Modifier la profondeur axiale

A la profondeur de coupe, l'oxydation et les réactions chimiques peuvent affecter l'outil. Si l'outil est réutilisé à la même profondeur, des dommages précoces peuvent survenir à ce stade. En coupe axiale continue, cette zone endommagée de l'outil peut provoquer un écrouissage, ainsi que des lignes sur les pièces inacceptables pour les composants aéronautiques, ce qui signifie que cet effet sur la surface peut nécessiter un remplacement préalable de l'outil. Pour éviter cela, l'outil de maintenance alloue différents points dans la zone problématique le long de la flûte (voir Figure 7) en modifiant la réduction de profondeur axiale pour chaque passe, et un résultat similaire peut être passé à travers le premier tournage du cône et les passes suivantes en parallèle pour empêcher la coupe en profondeur de coupe.

Fig.7 réduction de la profondeur axiale modifiée en allouant différents points dans la zone à problème

8. Limitez la profondeur axiale autour des éléments élancés

L'échelle 8:1 aide à mémoriser les caractéristiques à paroi mince et non supportées dans le fraisage du titane. Afin d'éviter la déformation des parois du sac, ces parois sont fraisées en une phase axiale continue au lieu d'utiliser une seule fraise en bout pour fraiser toute la profondeur de la paroi. Plus précisément, la réduction de la profondeur axiale de chaque marche ne doit pas être supérieure à 8 fois l'épaisseur de paroi, ce qui rendra ces fraisages après passage (voir figure 8). Si l'épaisseur de paroi est de 0,1 pouce, par exemple, le fraisage à travers des profondeurs axiales adjacentes ne doit pas dépasser 0,8 pouce.

Fig.8 le rapport entre la profondeur axiale et l'épaisseur du mur est inférieur à 8:1

Malgré les limites de profondeur, il est possible d'utiliser cette règle pour que le fraisage productif soit toujours possible. À cette fin, la paroi mince est traitée de manière à ce que la coque brute de la matière première reste autour de la paroi, ce qui rend l'élément 3 ou 4 fois plus épais que l'élément final. Par exemple, la règle 8-1 permet une profondeur axiale de 2,4 pouces si le mur a une épaisseur de 0,3 pouce. Grâce à ces canaux, la paroi épaisse est usinée à la dimension finale avec une profondeur axiale plus légère.  

9. Choisissez un outil beaucoup plus petit que la poche

En raison de la mesure dans laquelle l'outil absorbe la chaleur dans le titane, l'outil nécessite un dégagement pour permettre le refroidissement. Lors du fraisage de petites rainures, le diamètre de l'outil ne doit pas dépasser 70% du diamètre de la rainure (ou une taille similaire) (voir Figure 9). Si l'écart est inférieur à cette valeur, il est possible d'isoler l'outil du liquide de refroidissement et de piéger les débris susceptibles d'évacuer une partie de la chaleur.

La règle 70% peut également être appliquée aux outils de fraisage en haut de la surface. Dans ce cas, la largeur de la fonction doit être de 70% du diamètre de l'outil. L'outil est compensé par du 10% pour favoriser la création de copeaux épais et fins.

Fig9. choisir un outil beaucoup plus petit que la poche

10. Inspirez-vous de l'acier à outils

La fraise à grande avance est un concept d'outil développé ces dernières années pour l'usinage de l'acier à outils dans l'industrie des moules. Il a été utilisé pour traiter le titane ces dernières années. La fraise à grande avance nécessite une faible profondeur de coupe axiale, mais lorsqu'elle fonctionne à cette faible profondeur, la fraise permet une vitesse d'avance plus élevée que la conception conventionnelle de la fraise.

La raison en est que les copeaux deviennent plus fins. La clé d'une fraise à grande avance est une lame avec un grand rayon de courbure à son arête de coupe (voir Figure 10). Ce rayon étend la formation de copeaux à une grande surface de contact au bord. En raison de l'amincissement, une profondeur de coupe axiale de 0,040 pouce peut produire une épaisseur de copeau d'environ 0,008 pouce seulement. En alliage de titane, ce type de tôle permet de pallier l'inconvénient de la faible avance à la dent habituellement imposée par ce métal. L'amincissement de la puce ouvre la voie à une vitesse d'avance de programmation plus élevée.

Fig10. l'acier de l'outil le dira