L'usinage CNC de pièces en titane est devenu de plus en plus populaire dans les secteurs de l'aérospatiale, du médical, de l'automobile et de l'énergie. Les alliages de titane possèdent de nombreuses propriétés uniques et constituent souvent le meilleur choix pour les pièces usinées CNC ayant des applications spéciales. Le titane présente un rapport résistance/poids impressionnant, étant 40 % plus léger que l'acier et seulement 5 % plus faible. Malgré sa popularité, le titane est l’un des métaux les plus difficiles à usiner. AN-Prototype est spécialisé dans les services d'usinage CNC du titane. Quelle que soit la difficulté de vos exigences particulières, nous répondrons à vos exigences. Nous fabriquons régulièrement différents types de pièces en titane de manière rapide et rentable.
Le titane est l'un des métaux les plus abondants de la croûte terrestre. Il possède des propriétés matérielles intéressantes, est soudable (sous atmosphère inerte) et peut être usiné par commande numérique comme l'acier inoxydable. Presque tous les procédés de finition de surface, tels que le sablage, le revêtement en poudre et l'électrophorèse, donnent de bons résultats sur les pièces en titane. Cependant, la conception et la fabrication des pièces en titane diffèrent de celles des pièces en aluminium ou en matériaux moins coûteux. Le titane coûte environ dix fois plus cher que l'aluminium 6061 ; il est donc essentiel de réussir la pièce du premier coup. Malheureusement, l'usinage CNC du titane est particulièrement complexe.
- Le titane est un métal biocompatible, non toxique et résistant à la corrosion.
- Les pièces en titane sont non magnétiques et présentent un rapport résistance/poids élevé.
- Le titane a une haute résistance à l’oxydation.
- Le titane peut être facilement allié au fer, au vanadium, à l’aluminium, au molybdène et au nickel pour produire des pièces métalliques solides.
- Le titane est 100 % recyclable et est un matériau métallique respectueux de l'environnement.
Pour ces raisons, les pièces en titane CNC sont souvent utilisées dans des industries telles que l'aérospatiale, l'automobile et le médical.
Aérospatiale : pièces de moteurs d’avion, pièces de fuselage, rotors, aubes de compresseur, etc. En réalité, l’industrie aérospatiale est le principal moteur de la production de titane : les deux tiers de tout le titane produit dans le monde sont utilisés dans les moteurs et les cellules d’avions.
Industrie médicale : Les pièces en titane comprennent des implants chirurgicaux (comme les prothèses de hanche à long terme) et des instruments. Ce métal sert également à fabriquer des articles tels que des fauteuils roulants et des béquilles.
Propriétés mécaniques du titane
- Densité: 4.50 g / cm3
- Point de fusion: 1650-1670 ° C
- Point d'ébullition : 3287 °C
- Résistance à la traction : 220 MPa
- Module d'élasticité: 116 GPa
- Module de cisaillement : 43.0 GPa
- Dureté, Brinell : 70
- Dureté, Vickers : 60
- Allongement à la rupture : 54%
Types de titane
Le titane est disponible dans près de 40 qualités, ainsi que dans plusieurs autres alliages. Les grades 1 à 4 sont considérés comme du titane commercialement pur et ont des exigences variables en matière de résistance à la traction ultime. Le grade 5 (Ti6Al4V ou Ti 6-4) est l'alliage de titane le plus courant, contenant 6 % d'aluminium et 4 % de vanadium. Bien que le titane et ses alliages soient souvent regroupés, il existe entre eux certaines différences clés qu'il convient de noter avant de déterminer la méthode d'usinage CNC idéale.
Titane de grade 1 à 4 – Les titanes de grade 1 à 4 sont considérés comme les plus purs. Non alliés, ils conservent leur état initial. Plus le grade est élevé, plus la limite d'élasticité et la résistance à la traction du titane augmentent. Ainsi, le titane de grade 2 présente une résistance à la traction et une limite d'élasticité supérieures à celles du titane de grade 1, et ainsi de suite. Bien que le titane de grade 2 soit moins résistant que le titane de grade 5, il est léger et offre une excellente résistance à la corrosion, ainsi qu'une excellente formabilité. Ces grades présentent un rapport résistance/poids élevé. De plus, ils sont plus légers que l'acier.
Titane de grade 5 – Le titane de grade 5, également connu sous les appellations Ti 6-4, Ti-6Al-4V ou Ti6Al4V, est l'un des alliages de titane les plus utilisés dans de nombreuses applications. C'est l'alliage de titane le plus résistant, offrant une excellente résistance à la corrosion et une bonne soudabilité. Grâce à sa capacité à supporter des températures élevées et négatives, le titane peut être préféré à d'autres métaux comme l'acier pour certaines applications. Comparé au titane de grade 2, il présente une résistance thermique supérieure. C'est pourquoi cet alliage est couramment utilisé dans les secteurs de la chimie, du médical, de l'aérospatiale, du naval et dans d'autres domaines.
Titane de grade 9 – L'alliage de titane de grade 9 est reconnu pour sa haute résistance. Sa résistance à la traction est supérieure à celle des alliages de titane purs de grade 2. Cette meilleure résistance, tant à température ambiante qu'à haute température, rend cet alliage très prisé pour de nombreuses applications. Cet alliage est également connu sous la désignation Ti-3AL-2.5V. La soudabilité de l'alliage de titane de grade 9 est supérieure à celle de l'alliage de titane de grade 5.
Pourquoi choisir le titane d'usinage CNC ?
Pour obtenir des pièces en titane d'une précision optimale et à un prix abordable, l'usinage CNC est presque toujours la meilleure option. Il convient d'examiner les inconvénients des autres procédés de fabrication de pièces en titane.
Pièces en titane moulé : Les fabricants à production rapide produisent rarement des pièces en titane par moulage. En effet, le titane chauffé réagit violemment avec l’oxygène, et de nombreux réfractaires de fonderie contiennent des traces d’oxygène.
Pièces en titane par moulage au graphite estampé : La solution consiste à utiliser le moulage au graphite estampé (avec du graphite sans oxygène), mais ce procédé produit des pièces à la surface très rugueuse, inadaptées à la plupart des applications médicales, aérospatiales et industrielles. Les pièces en titane peuvent également être fabriquées par moulage à cire perdue, mais ce procédé nécessite une chambre à vide.
Impression 3D de pièces en titane : Une option plus récente consiste à utiliser la fabrication additive pour les pièces en titane. Plusieurs technologies d’impression 3D, telles que la fusion sélective par laser (SLM), la fusion par faisceau d’électrons (EBM) et le dépôt direct d’énergie (DED), permettent de traiter des matériaux d’impression 3D en titane. Cependant, ces systèmes d’impression 3D sont coûteux et de nombreux secteurs industriels n’ont pas encore certifié l’utilisation du titane imprimé en 3D pour des pièces critiques en matière de sécurité.
On peut constater que par rapport à d’autres procédés de fabrication, l’usinage CNC est une méthode précise, sûre, polyvalente et économique de fabrication de pièces en titane.
Les défis de l'usinage CNC du titane
Le fraisage CNC traditionnel du titane présente de nombreux défis et problèmes. En comprenant quels sont ces défis, les métallurgistes et les machinistes peuvent trouver des solutions d'usinage permettant de produire des pièces en titane usinées de haute qualité.
Accumulation de chaleur
L’un des plus grands obstacles dans l’usinage CNC du titane est de garder tout au frais. La faible conductivité thermique du titane permet aux pièces métalliques d'accumuler rapidement de la chaleur sur le lieu d'usinage. Cela augmente l'usure de l'outil d'usinage et crée un effet secondaire de durcissement de l'alliage de titane qui aggrave encore l'usure de l'outil. Si rien n’est fait, cela peut avoir un effet négatif sur la qualité de la surface coupée.
Propriétés du "Fudge"
Le faible module d'élasticité du titane lui confère un effet « collant » lors de l'usinage CNC et peut provoquer de graves vibrations. Cela peut provoquer l'adhérence des copeaux de titane à l'outil. Ces obstacles augmentent encore l’usure des outils et affectent la qualité de la surface finie.
Déformation élastique
Le comportement élastique du titane peut également provoquer le déplacement de la pièce par déformation élastique dans la partie non supportée lors de l'usinage CNC. La pièce se plie sous l’effet de la force générée par l’outil de coupe puis revient à sa position normale après le passage de l’outil de coupe, ce qui entraîne des tolérances plus importantes dans la pièce finale fabriquée.
3 conseils utiles pour l'usinage CNC du titane
Les défis liés à l’usinage CNC du titane sont suffisants pour inciter de nombreux fabricants rapides à se méfier de la fabrication de ce matériau avancé. Mais ses performances exceptionnelles incitent de plus en plus de concepteurs de produits à rechercher des pièces en titane de haute qualité. Heureusement, les machinistes experts et les fournisseurs d'outils d'AN-Prototype ont trouvé quelques moyens clés pour rendre l'usinage CNC du titane au moins un peu plus facile.
Astuce 1 – Utilisez les bons outils
Avec la popularité croissante des pièces en titane, les concepteurs d'outils proposent des solutions uniques pour améliorer l'usinabilité du titane. Les matériaux d'outils avancés, tels que les outils revêtus de nitrure de titane et d'aluminium (TiAlN) ou de carbonitrure de titane (TiCN) résistants à la chaleur, peuvent prolonger la durée de vie des outils. Dans le même temps, les outils avec un espacement irrégulier entre les arêtes de coupe perturbent les interférences constructives qui provoquent le broutage de l'outil.
En général, les machinistes doivent choisir des outils de haute qualité conçus spécifiquement pour le titane, et les outils émoussés doivent être inspectés et remplacés fréquemment. Pensez également à utiliser un outil de plus petit diamètre avec plus d’arêtes coupantes. Cela permet de maintenir les taux d’enlèvement de métal tout en réduisant l’accumulation de chaleur.
Astuce 2 - Gardez la pièce à usiner et la machine CNC immobiles
Il est facile de provoquer un broutage de l'outil lors de l'usinage CNC du titane, alors faites tout ce que vous pouvez pour réduire les vibrations afin de faciliter l'usinage CNC du titane. Assurez-vous que les pièces sont bien soutenues et fixées pour éviter que la pièce ne se déforme et disposez une machine CNC de haute qualité. Vous pourriez même envisager d’utiliser des outils de coupe plus courts pour réduire la déflexion de l’outil.
Astuce 3 - Ajustement des paramètres de fraisage et de tournage CNC
L'usinage CNC du titane nécessite une gestion minutieuse de la température. L’un des moyens les plus évidents de garder votre pièce et votre outil au frais est d’appliquer un liquide de refroidissement haute pression constant directement sur la zone de coupe. L'éjection des copeaux hors de la zone de coupe évite également qu'ils n'adhèrent à l'outil d'usinage.
Dans le même temps, il est également important de prêter une attention particulière à l’avance, à la vitesse de broche et à la charge en copeaux. Cela signifie protéger les outils et équipements d’un stress excessif tout en évitant de rester trop longtemps dans la même position.
Services d'usinage CNC du titane
AN-Prototype propose un service complet d'usinage CNC en titane pour fabriquer des pièces en titane sur mesure dans des géométries organiques complexes avec des tolérances serrées en titane grade 1, titane grade 2 et titane grade 5. AN-Prototype garantit une qualité constante et des délais d'exécution rapides à des prix toujours compétitifs. Vous pouvez appliquer jusqu'à 6 options différentes de post-traitement/finition de surface, notamment le sablage, le revêtement en poudre, le lissage et le polissage, l'électrophorèse, l'anodisation et bien plus encore.
