Usinage d'alliages de titane, de superalliages et de matériaux non-métalliques
1. Usinage d’alliage de titane
Les alliages de titane sont largement utilisés dans les domaines aérospatial, médical et biomédical en raison de leur rapport résistance élevée-/-poids, de leur résistance à la corrosion et de leur biocompatibilité. Cependant, ils sont classés comme des matériaux difficiles-à-usiner en raison de leur faible conductivité thermique, de leur réactivité chimique élevée et de leur tendance à l'écrouissage-.
Techniques d'usinage clés :
Fraisage CNC : Les fraises en carbure à grande vitesse-sont couramment utilisées. Les stratégies de fraisage dynamiques contribuent à réduire l’accumulation de chaleur et l’usure des outils. Par exemple, des vitesses de broche allant jusqu'à 18 000 tr/min peuvent atteindre des tolérances de ±0,02 mm dans le titane grade 5.
Tournant: Nécessite des configurations rigides et des outils pointus. Les méthodes de tournage dynamiques sont utilisées pour stabiliser les forces de coupe et éviter les vibrations, en particulier dans les composants flexibles en titane.
Forage et alésage : L'utilisation de forets en carbure tranchants, d'un liquide de refroidissement à haute-pression (supérieure ou égale à 70 bars) et de faibles vitesses d'avance est essentielle pour éviter la surchauffe et garantir la précision dimensionnelle.
Fraisage hélicoïdal: Efficace pour les opérations d’ébauche, répartissant uniformément la pression de coupe et réduisant l’usure des outils.
Usinage 5 axes: Permet des géométries complexes et réduit le temps de configuration, particulièrement utile dans la fabrication d'implants aérospatiaux et médicaux.
Liquide de refroidissement et outillage :
Les liquides de refroidissement en émulsion ou synthétiques à haut pouvoir lubrifiant sont préférés.
L'apport de liquide de refroidissement interne et les porte-outils-amortisseurs de vibrations améliorent l'état de surface et la durée de vie de l'outil.
Les supports d'amortissement hybrides peuvent réduire les vibrations jusqu'à 40 %, permettant ainsi des finitions de type miroir-sur des pièces à parois minces-.
2. Usinage de superalliages (par exemple, GH4169, GH2747)
Les superalliages, en particulier les alliages à base de nickel-comme le GH4169 et le GH2747, sont essentiels dans les applications-à haute température telles que les turbines à gaz, les moteurs à réaction et les composants aérospatiaux. Ils présentent une excellente résistance au fluage, à l'oxydation et une excellente résistance à des températures élevées, mais sont extrêmement difficiles à usiner.
Défis clés :
Forces de coupe et températures élevées
Usure rapide des outils due à l’écrouissage
Faible conductivité thermique entraînant une concentration de chaleur au bord de l'outil
Stratégies d'usinage :
Matériaux d'outils: Utilisation d'outils revêtus de carbure, de céramique ou de nitrure de bore cubique (CBN)
Faibles vitesses de coupe: Pour réduire la génération de chaleur
Liquide de refroidissement haute-pression: Indispensable pour l'évacuation des copeaux et le refroidissement
Configurations stables: Fixations rigides et porte-à-faux d'outils courts pour minimiser les vibrations
Techniques de traitement :
Tournage et fraisage: Souvent réalisé dans des conditions contrôlées avec des trajectoires d'outils et un débit de liquide de refroidissement optimisés
Forgeage et traitement thermique: Avant l'usinage, les superalliages sont souvent forgés à des températures élevées (par exemple, 950 à 1 300 degrés) et subissent des traitements de mise en solution et de vieillissement pour améliorer l'usinabilité et les propriétés mécaniques.
Simulation et optimisation: La modélisation par éléments finis (par exemple, DEFORM) est utilisée pour prédire les champs de température et de déformation pendant le forgeage et l'usinage.
3. -Usinage de matériaux non métalliques
Les matériaux non-métalliques tels que les plastiques, la céramique, le verre et les composites sont de plus en plus utilisés dans les industries aérospatiale, électronique et médicale en raison de leur légèreté, de leur résistance à la corrosion et de leurs propriétés adaptées.
Matériaux non métalliques courants :
Plastiques: ABS, polycarbonate, PEEK, PTFE
Céramique: Alumine, zircone, carbure de silicium
Verre: Quartz, verre optique
Composites: Fibre de carbone, fibre de verre, stratifiés
Techniques d'usinage :
Usinage CNC : Fraisage et tournage de haute-précision avec des outils-revêtus de diamant ou de carbure
Découpe Laser: Spécialement pour les plastiques et les composites
Usinage par ultrasons: Pour les matériaux durs et cassants comme la céramique
Découpe au jet d'eau : Convient aux matériaux-sensibles à la chaleur
Considérations clés :
Sélection d'outils: Doit éviter une chaleur excessive et la fonte du matériau
Refroidissement: Liquides de refroidissement à air ou liquide pour éviter les dommages thermiques
Fixation: Serrage doux pour éviter les fissures ou les déformations
Finition de surface : Nécessite souvent un post-traitement comme un polissage ou un revêtement.
Applications :
Pièces en plastique: Boîtiers, isolateurs, dispositifs médicaux
Céramique: Isolateurs, outils de coupe, implants biomédicaux
Verre: Composants optiques, panneaux d'affichage
Composites: Panneaux aérospatiaux, pièces automobiles
