Découpe et traitement du titane
Pertinence
Différents types d’usinage sont utilisés: structures et pièces en alliages de titane: rectification, tournage, perçage, fraisage, polissage.
En raison de la faible conductivité thermique et d’autres propriétés spécifiques du titane, le meulage en tant qu'étape finale du traitement est difficile. Lors du broyage, des brûlures peuvent très facilement se former, des structures défectueuses et des contraintes résiduelles, des étirements peuvent se produire dans la couche superficielle, ce qui affecte considérablement la réduction de la résistance à la fatigue des produits. Par conséquent, le meulage des pièces en titane est nécessairement effectué à basse vitesse et, si nécessaire, peut être remplacé par un traitement avec des lames spéciales. Le meulage doit être effectué selon des modes strictement réglementés et un contrôle ultérieur de la surface des pièces pour la présence de brûlures et s’accompagner d’une amélioration de la qualité de la surface de la pièce due au durcissement par déformation plastique (PPD).
Analyse comparative
Le processus de travail à froid des alliages de titane est 3 à 4 fois plus laborieux que le traitement des aciers au carbone et 5 à 7 fois plus difficile que le traitement de l’aluminium. Selon MMPP Salyut, les alliages de titane VT5 et VT5−1, par rapport à l’acier au carbone (avec 0,45% C), ont un coefficient d’usinabilité relatif de 0,35−0,48, et comme pour les alliages VT6, VT20 et VT22, cet indicateur est encore moins et vaut 0,22−0,26. Il est recommandé d’utiliser une vitesse de coupe faible en utilisant une grande quantité de liquide de refroidissement. Les outils de coupe sont utilisés à partir de l’acier rapide le plus résistant à l’usure, la préférence est donnée aux nuances d’alliages durs. La vitesse de coupe doit être réduite d’au moins 3 à 4 fois par rapport à l’usinage de l’acier, ceci est particulièrement important lorsque vous travaillez sur des machines CNC.
Fraisage
En raison de la nécessité d’appliquer de grands efforts lors de l’usinage des alliages de titane, de grandes machines sont généralement utilisées (FP-7, FP-27, FP-9, VFZ-M8, etc.). Le fraisage est le processus le plus chronophage lors de la fabrication des pièces. Une part particulièrement importante de ces travaux incombe à la fabrication des pièces de puissance des châssis d’aéronefs: membrures, membrures, poutres, longerons, traverses.
Détails de puissance
Le fraisage de pièces telles que «traverse», «poutres», «nervure» nécessite l’utilisation de plusieurs méthodes. 1) L’utilisation de copieurs hydrauliques ou mécaniques spéciaux sur des fraiseuses universelles. 2) Par copieurs sur machines hydrauliques de fraisage à copier. 3) Sur les machines CNC telles que MA-655S5, FP-11, FP-14. 4) Avec l’aide de machines CNC à trois coordonnées. Il est conseillé d’utiliser: des fraises préfabriquées spéciales à angle variable pendant le traitement; coupeurs concaves et convexes en forme du profil de rayonnement; fraises en bout avec menant à la surface cylindrique de la partie du plan de la table à l’angle requis.
Des machines-outils
La découpe et le traitement des matériaux aéronautiques sont effectués sur des machines-outils, dont certaines n’ont pas d’analogues à l'étranger. Par exemple, la machine CNC VF-33 (fraisage longitudinal à trois broches à trois coordonnées), dont le but est le traitement simultané de panneaux, monorails, nervures, poutres et autres pièces similaires pour avions lourds et légers par trois broches.
La machine 2FP-242 V, qui dispose de deux portails mobiles et d’une CNC (fraisage longitudinal à trois broches à quatre coordonnées) est conçue pour le traitement de l’ensemble des longerons et des panneaux d’avions lourds et gros porteurs. Machine FRS-1, équipée d’une colonne mobile, d’un fraisage et d’un alésage horizontaux, d’une CNC à 15 coordonnées — conçue pour le traitement des surfaces de crosse de la section centrale et de l’aile des gros porteurs. SGPM-320, un module de production flexible, qui comprend un tour, CNC AT-320, un magasin pour 13 outils, un manipulateur automatique pour retirer et installer des pièces de machines CNC. Complexe de production flexible ALK-250, créé pour la production de pièces de précision pour le corps des unités hydrauliques.
Outils
Pour garantir des conditions de coupe optimales et une qualité de surface élevée des pièces, il est nécessaire de respecter strictement les paramètres géométriques des outils en alliages durs et en aciers rapides. Les ébauches forgées sont affûtées avec des fraises à plaques en alliage dur VK8. Les paramètres géométriques suivants des couteaux sont recommandés lors d’un traitement sur croûte saturée en gaz: l’angle principal dans le plan φ1 = 45°, l’angle auxiliaire dans le plan φ = 14°, l’angle de coupe γ = 0°; angle de dégagement α = 12° Dans les conditions de coupe suivantes: avance s = 0,5 — 0,8 mm/tr, profondeur de coupe t non inférieure à 2 mm, vitesse de coupe v = 25 — 35 m/min. Le tournage continu de finition et de semi-finition est effectué à l’aide d’outils en alliages durs VK8, VK4, VKbm, VK6, etc. Pour une profondeur de coupe de 1 à 10 mm, la vitesse de coupe est v = 40 à 100 mm/min, et l’avance doit être s = 0,1−1 mm/tr. Des outils en acier rapide (R9K5, R9M4K8, R6M5K5) peuvent également être utilisés. Pour les fraises en acier rapide, la configuration géométrique suivante a été développée: rayon de pointe r = 1 mm, angle de dégagement α = 10°, φ = 15°. Les conditions de coupe admissibles lors du tournage du titane sont atteintes à une profondeur de coupe t = 0,5−3 mm, v = 24−30 m/min, s <0,2 mm.
Carbure
Les surfaces de travail des fraises sont en alliages durs VK8, VK6M, VK4 et en aciers rapides R6M5K5, R9K5, R8MZK6S, R9M4K8, R9K10. Pour le fraisage du titane avec des fraises à plaquettes en alliage VK6M, il est recommandé d’utiliser le mode de coupe suivant: t = 2−4 mm, v = 80−100 m/min, s = 0,08−0,12 mm/dent.
forage
Le perçage du titane est difficile en raison des copeaux collés à la surface de travail de l’outil et de son bourrage dans les rainures de rétraction du foret, ce qui entraîne une augmentation de la résistance à la coupe et une usure rapide du tranchant. Afin d'éviter cela, il est recommandé de nettoyer périodiquement l’outil des copeaux lors du forage profond. Des forets en acier rapide R12R9K5, R18F2, R9M4K8, R9K10, R9F5, F2K8MZ, R6M5K5 et en alliage dur VK8 sont utilisés. Dans ce cas, les paramètres de géométrie de foret suivants sont recommandés: pour l’angle de rainure hélicoïdale de 25−30, 2φ0 = 70−80°, 2φ = 120−130°, α = 12−15°, φ = 0−3°.
liquide de refroidissement
Afin d’augmenter la productivité dans le traitement des alliages de titane par découpe, des liquides de type RZ SOZH-8 sont utilisés. Ils appartiennent à la lubrification-refroidissement contenant des galloïdes. Le refroidissement des pièces est effectué par la méthode d’irrigation abondante. L’utilisation de liquides contenant des halogénures lors de l’usinage entraîne la formation d’une croûte de sel à la surface des pièces en titane qui, en raison de l'échauffement et de l’action simultanée de contraintes, peut provoquer une corrosion saline. Pour éviter cela, après traitement à l’aide de RZ SOZH-8, les pièces sont soumises à une gravure d’ennoblissement, au cours de laquelle une couche de surface jusqu'à 0,01 mm d'épaisseur est retirée. Pendant les opérations d’assemblage, l’utilisation de RZ SOZH-8 n’est pas autorisée.
Affûtage
L’usinabilité des alliages de titane est considérablement affectée par leur composition chimique et de phase, le type et les paramètres de la microstructure. Le plus difficile est le traitement des produits semi-finis en titane et des pièces à structure lamellaire rugueuse. Ce type de structure est présent dans les pièces moulées en forme. De plus, les pièces moulées en titane façonnées ont une croûte saturée de gaz sur la surface, ce qui affecte considérablement l’usure de l’outil.
Difficultés de meulage
Le meulage des pièces en titane est difficile en raison de la forte tendance à la prise de contact lors du frottement. Le film superficiel d’oxyde est facilement détruit lors du frottement sous l’action de charges spécifiques. Dans le processus de frottement aux points de contact des surfaces, il y a un transfert actif de matériau de la pièce à l’outil («grippage»). D’autres propriétés des alliages de titane y contribuent également: conductivité thermique plus faible, déformation élastique accrue à un module d'élasticité relativement faible. En raison du dégagement de chaleur sur la surface de frottement, le film d’oxyde s'épaissit, ce qui augmente à son tour la résistance de la couche de surface.
Bande abrasive et cercles
Lors du meulage de pièces en titane, le meulage à bande et le meulage avec des meules abrasives sont utilisés. Pour les alliages industriels, l’utilisation la plus courante des meules abrasives est faite de carbure de silicium vert, qui a une dureté et une fragilité élevées avec des propriétés physiques et mécaniques stables avec des capacités abrasives plus élevées que le carbure de silicium noir.
Fournisseur
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