Caractéristiques du procédé de découpe des alliages de titane

Les propriétés physico-chimiques des alliages de titane posent de nombreuses difficultés lors de leur usinage.

(1) La conductivité thermique des alliages de titane est très faible, et la chaleur générée lors de la coupe est difficile à dissiper. L'usinage des alliages de titane est un processus non linéaire de forte déformation, générant une quantité importante de chaleur. Cette chaleur élevée ne peut être efficacement dissipée. Par ailleurs, la faible longueur de contact entre l'outil et le copeau entraîne une accumulation importante de chaleur sur l'arête de coupe, provoquant une forte augmentation de la température, un ramollissement de l'arête et une usure accélérée de l'outil.

(2) Les propriétés chimiques des alliages de titane sont importantes. D'une part, à haute température, les alliages de titane réagissent facilement avec le matériau de l'outil, accélérant la formation de rainures en croissant. Or, l'usinage des alliages de titane se déroule généralement à haute température. D'autre part, à des températures de coupe élevées, les alliages de titane sont sujets à des réactions chimiques avec l'oxygène et l'azote de l'air, formant une couche externe cassante et dure. De plus, la déformation plastique de la surface usinée de la pièce lors de la coupe provoque un durcissement superficiel, appelé écrouissage. Ce durcissement réduit non seulement la résistance à la fatigue des pièces en alliage de titane, mais accélère également l'usure de l'outil, ce qui constitue une caractéristique importante lors de la coupe de ces alliages.

(3) Le coefficient de déformation est faible. Il s'agit d'une caractéristique significative de l'usinage des alliages de titane, avec un coefficient de déformation inférieur ou proche de 1. Lors de l'usinage, la surface de contact entre le copeau et la face de coupe est trop importante, et la distance de glissement du copeau sur cette face est trop longue, ce qui augmente considérablement l'usure de l'outil et la température dans la zone de coupe.

(4) L'outil est sujet à l'usure. Après des procédés tels que l'emboutissage, le forgeage et le laminage à chaud, une couche externe dure et cassante, irrégulière, se forme sur l'ébauche, ce qui provoque facilement l'écaillage. Par conséquent, l'élimination de cette couche dure représente la principale difficulté lors de la coupe des alliages de titane. De plus, en raison de la forte affinité chimique des alliages de titane avec les matériaux d'outillage, la température de coupe et la force de coupe par unité de surface sont élevées, ce qui favorise l'usure par adhérence de l'outil.

Le principal frein à la généralisation de l'usinage des alliages de titane réside dans leur coût élevé. Du fait du prix élevé et de la complexité de leur usinage, les exigences relatives aux outils de coupe sont bien supérieures à celles requises pour les matériaux ordinaires. Ces exigences sont particulièrement élevées pour l'usinage à grande vitesse et l'usinage de précision. Or, le rendement final de l'usinage des alliages de titane reste faible, et le coût de production est prohibitif. En Chine, le niveau de production national de machines-outils et d'outils de coupe spéciaux haute performance est relativement bas, et le choix des paramètres de coupe pour les alliages de titane est souvent inadapté, ce qui limite considérablement le développement du secteur de l'usinage de ces matériaux. En définitive, les connaissances théoriques et les spécifications de procédé relatives à l'usinage à grande vitesse des alliages de titane sont imparfaites, ce qui empêche les machines-outils et les outils de coupe de haute performance d'atteindre leur plein potentiel et freine le développement et l'application de cette technologie. Par conséquent, l'étude approfondie du mécanisme d'usinage à grande vitesse des alliages de titane et l'optimisation des paramètres de procédé constituent des leviers essentiels pour améliorer le niveau de maîtrise des procédés d'usinage de ces alliages.