Bien travailler le titane

lire plus tard
Outillage - Outils coupants Par  Patrick CAZIER Publié le  29/10/2021
Bien travailler le titane
Le fabricant d'outils Arno Werkzeuge dispose d'une large gamme de plaquettes de coupe amovibles hautement positives.
ATELIERS ILE DE FRANCE (A.I.F.) http://www.aif.fr

Toute personne désirant usiner le titane de manière rentable doit prendre en compte les particularités du matériau, notamment lors du choix des outils.

Des copeaux qui ne se brisent pas, une chaleur qui ne s’évacue pas ou des arêtes rapportées font partie des manières avec lesquelles il résiste à l’usinage. Le titane ayant cependant les faveurs du secteur aéronautique, du sport automobile ou de la technologie médicale, grâce à ses propriétés remarquables, il demeure intéressant d’acquérir au préalable un savoir-faire spécifique à son usinage.

Des caractéristiques appréciées mais…

Ses propriétés font de lui un « super-matériau ». Extrêmement résistant à la traction, très léger et remarquablement résistant à la corrosion, le titane allie ce qui suscite des conflits d’objectifs avec les autres matériaux ou alliages. Matériau onéreux, le titane est apprécié dans de plus en plus de secteurs et d’applications, car il est, en outre, amagnétique et biocompatible, et même les substances les plus agressives n’ont aucun effet sur lui.

De par son coût, il est alors logique de vouloir éviter tout rebut. Mais le choix des matériaux ne fait pas tout. Pour la fabrication de pièces de précision tournées en titane, telles qu’elles sont, par exemple, recherchées dans le domaine aéronautique et spatial, l’industrie chimique, la construction automobile ou la technologie médicale, des outils adaptés à ce type d’usinage sont nécessaires. C’est la seule solution pour donner la forme souhaitée à des alliages de titane récalcitrants. Le titane fait souffrir les outils : une conductivité thermique extrêmement mauvaise, des copeaux qui ne se brisent pas, une forte tendance à coller et un faible module d’élasticité (Ti6Al4V = 110 kN/mm2, acier Ck45 = 210 kN/mm2).

Choisir les bons outils

On peut prendre comme exemple la fabrication d’un arbre avec filetage et tronçonnage en alliage de titane courant Ti6Al4V grade 5/23, tel qu’utilisé dans la technologie médicale. Avec une résistance à la traction Rm = 990 N/mm2, une limite d’élasticité Re = 880 N/mm2, une dureté HV entre 330 et 380 ainsi qu’un facteur d’allongement A5d d’environ 18 %, il est autant utilisé dans la technologie médicale pour des implants que dans les applications aéronautiques (3.7164) ou industrielles (3.7165). Avec les 6 % d’aluminium et les 4 % de vanadium ainsi qu’en tant qu’ELI (Extra Low Interstitials) avec des interstices tout petits, l’alliage présente une très bonne biocompatibilité avec quasiment aucune réaction allergique connue. Un état de surface élevé, une sécurité de processus répétable ainsi qu’une évacuation contrôlée des copeaux sont requis, et tout cela avec des temps de traitement courts, voire un enlèvement important de copeaux.

Quiconque partira du principe que, lors du tournage, la majeure partie de la chaleur est normalement évacuée par le copeau, aura immédiatement une première surprise : le titane conduisant très peu la chaleur, celle-ci n’est pas évacuée de la zone de coupe par le biais du copeau. Et à des températures de 1 200 °C (voire plus) qui règnent dans la zone de coupe, l’outil de coupe brûle vite. Les mesures suivantes peuvent apporter une aide superficielle : diriger le fluide de refroidissement directement dans la zone de coupe, réduire la pression de coupe, grâce à une dent affûtée et adapter la vitesse de coupe au processus. La sélection d’outils adaptés permet aussi d’obtenir de réels progrès.

Lorsque l’on veut choisir des outils adaptés pour l’usinage du titane sans prendre de risque, le mieux est de jeter un œil chez un fabricant. Certains offrent non seulement des outils adéquats, mais ils apportent aussi leur aide grâce à des conseils basés sur leurs expériences des applications. Le fabricant d’outils Arno Werkzeuge dispose, par exemple, non seulement d’une large gammes de plaquettes de coupe amovibles hautement positives, mais il emploie également des conseillers en applications expérimentés qui apportent volontiers leurs connaissances dans les processus de fabrication.

Des outils de coupe adaptés

La chaleur devant être évacuée par le biais de la dent ainsi que du lubrifiant et non via les copeaux comme pour l’acier, une petite partie arête de coupe doit supporter des contraintes thermiques et mécaniques extrêmement fortes. L’utilisation de plaquettes de coupe amovibles rectifiées hautement positives permet de réduire la pression de coupe. Des poches à copeaux polies, si besoin dotées d’un revêtement adéquat, minimisent en outre le frottement lors de l’évacuation des copeaux.

Ces trois paramètres réduisent le dégagement de chaleur lors de l’usinage. Si la quantité de chaleur dégagée est moindre et qu’elle est en outre réduite par une alimentation optimale en lubrifiant, la durée de vie de l’outil augmente, ou bien il est alors possible d’augmenter à nouveau la vitesse de coupe Vc.

Les copeaux ne voulant cependant pas se briser, d’autres difficultés persistent. Un copeau infini s’enroule autour d’une pièce à usiner, d’un outil ou d’un mandrin et constitue alors un danger pour l’homme et la machine. Une modification du sens de rotation avec inversion de la position de coupe permet d’y remédier, si la conception de la machine s’y prête. Si la dent est dirigée vers le bas, le copeau tombe librement vers le bas et se retrouve hors de la zone de danger. En cas d’ébauches difficiles et de machines pas entièrement stables, il faut cependant vérifier au préalable si la pression de coupe peut être évacuée dans le bâti de la machine. Si le copeau se trouve en dehors de la zone d’usinage, il ne peut alors pas perturber le processus.

Les plaquettes de coupe amovibles hautement positives sont suffisamment tranchantes pour maintenir une faible pression de coupe et, grâce à leur préparation d’arête, elles offrent une stabilité d’arêtes si besoin. Elles sont parfaitement parées pour la mauvaise conductivité thermique du matériau exotique grâce à des revêtements haute technologie adéquats. Les plaquettes de coupe amovibles négatives d’Arno, aux géométries EX, NFT, NMT et NMT1 sont des solutions économiques et fiables pour l’usinage plus léger jusqu’à l’ébauche. Les plaquettes de coupe amovibles positives aux géométries PSF et PMT1 sont en outre idéales pour l’usinage moyen de superalliages.

Bien travailler le titane
Patrick CAZIER Technicien dans l’âme avec pour objectif de trouver et partager l’information utile

Les dernières annonces

offre d'emploi Technicien régleur
Chavanod Easy Prod
offre d'emploi UN(E) TECHNICO-COMMERCIAL(E) ITINERANT(E) - OUTILS COUPANTS - BtoB
Départements 31, 81 et 82 Groupe TECHMO-SATECH
offre d'emploi FORMATEUR USINAGE
Le Mans, France FEECS
offre d'emploi OPERATEURS REGLEURS SUR COMMANDE NUMERIQUE (H/F)
Poligny, Jura, France DIAGER INDUSTRIE
offre d'emploi TOURNEUR FRAISEUR CN
Belleville-en-Beaujolais, France SAINT JEAN TOOLING
offre d'emploi TECHNICIEN METHODES INDUSTRIELLES/AMELIORATION CONTINUE H/F
Jura, France DIAGER INDUSTRIE

Les prochains événements

Mars

8

Mardi

Simodec

Du 8 au 11 Mars 2022

La Roche-sur-Foron / Haute-Savoie

Avril

5

Mardi

3D Print

Du 5 au 7 Avril 2022

Lyon / Rhône

Avril

26

Mardi

Sepem Rouen

Du 26 au 28 Avril 2022

Rouen / Seine-Maritime

Mai

3

Mardi

JEC

Du 3 au 5 Mai 2022

Villepinte / Seine-Saint-Denis

Couverture magazine Machines Production
Logo Machines Production
L'offre 100% numérique
18€/mois, sans engagement
  • Accès illimité
  • Tout le contenu magazine
  • Numéro hors série inclus
  • 100% numérique