Comment résoudre les problèmes courants d’usinage du titane : vibrations, bavures ou déformations ?
Résoudre les problèmes courants d’usinage du titane — tels que les vibrations (chatter), les bavures et la déformation des pièces — nécessite une approche systématique qui s’attaque aux causes profondes liées aux propriétés du matériau : faible conductivité thermique, haute résistance à chaud et forte réactivité chimique. Le succès repose sur une combinaison de montage rigide, d’outillage et de paramètres optimisés, ainsi que d’une conception de processus stratégique.
Réduction des vibrations et du « chatter »
Le « chatter », ou vibration résonante entre l’outil et la pièce, détériore la finition de surface et use rapidement les outils. L’élasticité du titane amplifie ce phénomène.
Maximiser la rigidité : C’est la règle essentielle. Utilisez le porte-outil le plus court et le plus rigide possible (par ex. mandrin à rétractation thermique ou à serrage hydraulique). La pièce doit être fixée dans un étau rigide ou, idéalement, directement boulonnée sur une plaque ou un plateau modulaire pour éliminer toute flexibilité. Les centres d’usinage multi-axes sont particulièrement avantageux, car ils permettent d’usiner des pièces complexes en un seul montage rigide.
Optimiser la trajectoire et l’engagement de coupe : Évitez les passes en rainurage pleine largeur. Utilisez plutôt des stratégies de fraisage trochoïdal ou dynamique maintenant un engagement radial constant et faible (généralement 5 à 15 % du diamètre de l’outil) avec une grande profondeur axiale de coupe. Cela réduit les charges de choc et oriente les efforts de coupe vers l’axe de la broche, plus rigide.
Ajustement des paramètres : Si du chatter apparaît, ne réduisez pas automatiquement la vitesse. Souvent, augmenter légèrement l’avance ou modifier légèrement la vitesse de broche (RPM) permet de sortir de la zone de résonance harmonique.
Contrôle et réduction des bavures
Les bavures, notamment les bavures « roulées » tenaces typiques du titane, résultent de la ductilité du matériau et de la géométrie de sortie de l’outil.
Géométrie et affûtage des outils : Utilisez des outils affûtés avec angle de coupe positif et préparation d’arête adaptée. Un tranchant vif cisaille proprement le matériau au lieu de le refouler, ce qui minimise la formation de bavures. Les outils doivent être remplacés dès qu’ils deviennent émoussés.
Stratégie de sortie : Programmez les trajectoires d’outil de manière à éviter une sortie perpendiculaire à une arête. Lorsque c’est possible, réalisez un chanfrein en opération finale ou utilisez des mouvements de type « ramp-on/ramp-off ». Pour les perçages, l’utilisation d’un matériau de support ou d’une plaque sacrificielle peut éviter les bavures de sortie lors des opérations de perçage CNC.
Procédés d’ébavurage : Malgré les précautions, un ébavurage reste souvent nécessaire. L’ébavurage manuel est peu cohérent. Les procédés automatisés tels que le trempage et ébavurage des pièces CNC avec des médias spécialisés sont efficaces pour les bavures accessibles. Pour les matériaux durs ou les géométries internes complexes, l’usinage par décharge électrique (EDM) ou l’électropolissage permettent de retirer les bavures sans introduire de contraintes mécaniques.
Prévention de la déformation des pièces
La déformation des pièces en titane provient souvent de deux causes : les contraintes résiduelles du brut et les contraintes induites par l’usinage.
Détente des contraintes du matériau source : Spécifiez toujours un matériau détensionné ou recuit pour l’usinage à partir de blocs. Cela garantit un état interne homogène et stable des contraintes dès le départ.
Équilibrer l’enlèvement de matière : Évitez de retirer toute la matière d’un seul côté en une seule opération. Cela déséquilibre les contraintes internes et provoque le gauchissement de la pièce. Une meilleure stratégie consiste à adopter une approche par « passes alternées » : usiner les deux faces successivement en retirant des volumes similaires de matière à chaque étape pour maintenir l’équilibre des contraintes.
Gestion thermique : La chaleur localisée intense de l’usinage peut provoquer une dilatation thermique et, lors du refroidissement, des contraintes résiduelles. Utilisez de grandes quantités de liquide de coupe à haute pression pour maintenir une température stable et basse. Pour les géométries très sensibles, un traitement thermique d’usinage CNC intermédiaire (détente des contraintes) peut être effectué après l’ébauche pour stabiliser la pièce avant la finition.
Bridage et forces de serrage : Répartissez les forces de serrage uniformément et évitez les excès, susceptibles de déformer élastiquement les parois minces. Une fois la pièce débridée, elle reprend sa forme libre, déformant ainsi les zones usinées. Le choix judicieux des points de bridage est crucial — un principe central de notre service d’usinage de précision.
