Usinage du titane

Le titane peut être économiquement usiné sur la base d'une production de routine si les procédures d'atelier sont définies en tenant compte des caractéristiques physiques du métal. Les facteurs qui doivent être pris en considération ne sont pas complexes, mais ils sont d'une importance capitale dans l'usinage du titane.

Les différents grades de titane, c'est à dire les alliages commercialement purs et variés, n'ont pas les mêmes caractéristiques d'usinage, tous comme les différents aciers, ou tous les grades d'aluminium n'ont pas des caractéristiques identiques. Comme l'acier inoxydable, la faible conductivité thermique du titane inhibe la dissipation de la chaleur à l'intérieur de la pièce elle-même, ce qui nécessite une application adéquate de réfrigérants.

Une bonne durée de vie de l'outil et un usinage satisfaisant des alliages de titane sont garantis lorsque les directives suivantes sont observées :

• Assurer l'aiguisage des outils afin de minimiser l'accumulation de chaleur et l'usure adhésive.
• Utiliser des montages rigides entre l'outil et la pièce afin d'annuler la flexion de celle-ci.
• Utiliser une grande quantité de liquides de coupe afin de maximiser l'évacuation de la chaleur.
• Utiliser des vitesses de coupe faibles.
• Maintenir des vitesses d'avance élevées.
• Éviter les interruptions dans l'avance (avance positive).
• Débarrasser régulièrement les machines des tournures
  

L'usinabilité des grades de titane commercialement purs a été comparée par d'anciens ouvriers d'ateliers à ceux de l'acier inoxydable 18-8, les grades d'alliages de titane étant quelque peu difficiles à usiner.

Des informations spécifiques sur l'usinage, le meulage et la coupe du titane et de ses alliages sont disponibles dans le manuel détaillé de RTI « Usinage ». Pour obtenir une copie de ce manuel, contactez RTI.

Tournage

Le titane commercialement pur et allié peut être tourné sans difficulté. Des outils au carbure doivent être utilisés lorsque cela est possible pour le tournage et le perçage parce qu'ils permettent d'obtenir des vitesses de production plus élevés et de prolonger la durée de vie des outils. Lorsque les aciers rapides sont utilisés, les vitesses super rapides sont recommandées. La flexion d'outil doit être évitée et un flux constant et important de liquide de coupe appliqué sur la surface de coupe. Les pointes vives doivent être utilisées puisque le titane se grippera sur une contrepointe.

Fraisage

Le fraisage du titane est une opération plus difficile que le tournage. La fraise ne taille qu'une partie lors de chaque révolution, et les copeaux ont tendance à adhérer aux dents au cours de la portion de la révolution pendant laquelle aucune des dents ne coupe. Au prochain contact, lorsque le copeau est expulsé, la dent peut s'endommager.

Ce problème peut être considérablement réduit au moyen du fraisage en avalant, au lieu du fraisage conventionnel. Dans ce type de fraisage, la fraise est en contact avec la plus fine portion possible du copeau lorsqu'il quitte la coupe, réduisant ainsi les risques de « soudage » du copeau.

Pour un fraisage de plateaux, la pièce doit se déplacer dans le même sens que les dents de coupe ; et pour le fraisage en bout, les dents doivent émerger de la coupe dans le sens d'avance de la pièce.

Dans le fraisage du titane, lorsque l'arête de coupe cède, cela est généralement dû à l'écaillage. Ainsi, les résultats que l'on obtient avec les outils au carbure sont moins satisfaisants que ceux des aciers rapides. L'augmentation de la vitesse de coupe de 20 à 30% qui est possible avec les outils au carbure comparés aux outils en acier rapide ne compense pas toujours les coûts d'affûtage des outils supplémentaires. Par conséquent, il est conseillé d'essayer aussi bien les outils en acier rapide et ceux au carbure afin de déterminer lesquels sont indiqués pour chaque travail de fraisage. L'utilisation d'un liquide réfrigérant à base d'eau est recommandée.

Forage

Un forage réussi s'obtient au moyen de forets aiguisés de géométrie appropriée et en maintenant une force de forage maximale afin d'assurer une coupe continue. Il est essentiel d'éviter que le forage ne coure sur la surface du titane, car l'écrouissage qui en résulterait rendrait difficile la reprise de la coupe.

Un autre facteur important dans le forage du titane est la longueur de la portion du foret non maintenue. Cette portion du foret ne devra pas être plus longue que nécessaire pour forer le trou à la profondeur requise et permettre cependant aux copeaux de cheminer librement dans les goujures et d'être évacués du trou. Ceci permet l'application d'une pression de coupe maximale, ainsi qu'un retrait rapide du foret afin d'éliminer les copeaux et de l'engager à nouveau sans rupture. Un approvisionnement adéquat de la zone de coupe en liquide de coupe est également important.

Les forets en acier rapide sont satisfaisants pour des alliages à faible dureté et pour le titane commercialement pur. Cependant, les forets au carbure sont meilleurs pour la plupart des alliages de titane et pour le forage en profondeur.

Taraudage

Le pourcentage de la profondeur filetée a une influence certaine sur la réussite du taraudage du titane; et les meilleurs résultats en termes de durée de vie des outils ont été obtenus avec un filetage de 65%. L'élimination des copeaux est un problème qui fait du taraudage l'une des opérations d'usinage les plus difficiles. Cependant, dans le taraudage de trous débouchants, ce problème peut être simplifié au moyen d'un taraud à injecteur grâce auquel les copeaux sont poussés à l'avant du taraud. Un autre problème est généré par le dépôt de titane sur le peigne du taraud, qui peut entraîner une immobilisation ou un blocage du taraud dans le trou. Une huile de découpe activée telle qu'une huile sulfurée et chlorée permet efficacement d'éviter ce problème.

Meulage

L'on meule efficacement le titane en choisissant la bonne combinaison de liquide de meulage, de meule abrasive, et de vitesses de meule. L'on utilise aussi bien les meules en oxyde d'aluminium que les meules en carbure de silicium. Il est recommandé d'opérer les meules à des vitesses considérablement inférieures à celles du meulage conventionnel des aciers. L'avance doit être légère et il convient de prêter une attention particulière au liquide réfrigérant. Un fluide de refroidissement composé d'un mélange eau/nitrite de sodium permet d'obtenir de bons résultats avec les meules en oxyde d'aluminium. Les meules en carbure de silicium fonctionnent mieux avec des huiles sulfo-chlorées, mais celles-ci présentent un risque d'incendie, et il est important d'inonder le travail lorsque l'on utilise ces fluides de refroidissement à base d'huile.

Sciage

Deux méthodes courantes de sciage du titane sont le sciage à la scie à ruban et le sciage à la scie alternative à métaux. Tout comme avec les opérations d'usinage du titane, il existe des pratiques de sciage standardisées pour le titane. Des équipements rigides, de haute qualité doivent être utilisés, en incorporant une avance automatique et positive. Les lames en acier rapide sont efficaces, mais pour des recommandations concernant des lames spécifiques ou les pratiques de découpe, les fabricants de la lame doivent être consultés. Les liquides de coupe sont nécessaires.

Le sciage abrasif est également utilisé de façon courante avec le titane. Les disques à tronçonner à liant caoutchouc en carbure de silicium s'utilisent efficacement avec des liquides de refroidissement à base d'eau et en inondant la zone de coupe.

Jet d'eau

La découpe au jet d'eau est une innovation récente dans la découpe du titane. Un jet à grande vitesse contenant un abrasif entraîné est très efficace pour l'obtention de vitesses de coupe élevées et pour la production de bords lisses et sans bavures. Des sections allant jusqu'à trois pouces ont été coupées et le processus est relativement peu perturbé par les différences de dureté de la pièce en titane.

Usinage par étincelage

Bien que ce ne soit pas courant, on peut utiliser l'usinage par étincelage (EDM) pour produire des composants de titane complexes avec une grande précision. Le fluide diélectrique consiste souvent en divers hydrocarbures (diverses huiles) et des composés à polarité constante, telle que l'eau désionisée. Il faut prendre soin d'éviter ou d'éliminer toute contamination de surface même légère sur les composants sensibles à la fatigue.

Fraisage chimique

Le fraisage chimique a été largement utilisé pour former, usiner ou ébaucher des composants en titane assez complexes, notamment ceux des applications aérospatiales (Ex.: les carters de moteurs de jet). Ces solutions décapantes aqueuses sont typiquement constituées de HNO₃-HF ou d'acides HF dilués, dont le contenu en HNO₃ est ajusté afin de minimiser l'absorption d'hydrogène en fonction de l'alliage particulier.