En tant que fournisseur deLames de qualité d'insertion en carbure, on me pose souvent des questions sur l'adéquation de ces lames pour les applications de tournage dur. Le tournage dur, qui implique l'usinage de matériaux trempés d'une dureté de 45 HRC ou plus, est un processus difficile qui nécessite des outils de coupe aux performances exceptionnelles. Dans cet article de blog, j'examinerai si les lames à plaquettes en carbure constituent une option viable pour les opérations de tournage dur.
Comprendre les lames de qualité d'insertion en carbure
Les lames de qualité insert en carbure sont des outils de coupe en carbure cémenté, un matériau composite constitué de particules de carbure de tungstène (WC) liées entre elles par un liant métallique, généralement du cobalt (Co). La combinaison de la dureté élevée du carbure de tungstène et de la ténacité du liant confère aux plaquettes en carbure une excellente résistance à l'usure, une stabilité à haute température et des performances de coupe.
La nuance d'une plaquette en carbure fait référence à sa composition et à ses propriétés spécifiques, adaptées aux différentes applications d'usinage. Par exemple, certaines nuances sont conçues pour l'usinage général, tandis que d'autres sont optimisées pour les coupes à grande vitesse, les coupes interrompues ou les matériaux durs. Le choix de la nuance de plaquette en carbure dépend de facteurs tels que le matériau de la pièce à usiner, les conditions de coupe et l'état de surface souhaité.
Avantages des lames à plaquettes en carbure dans le tournage dur
Dureté et résistance à l'usure élevées
L'un des principaux avantages des lames à plaquettes en carbure dans le tournage dur est leur dureté élevée. Le carbure de tungstène a une dureté d'environ 1 600 à 2 200 HV, ce qui permet aux lames de résister aux forces de coupe élevées et à l'abrasion rencontrées lors de l'usinage de matériaux durcis. Cette résistance élevée à l’usure se traduit par une durée de vie plus longue de l’outil, réduisant la fréquence des changements d’outils et augmentant la productivité.
Stabilité thermique
Le tournage dur génère une quantité importante de chaleur en raison des forces de coupe élevées et de la dureté du matériau de la pièce à usiner. Les lames à plaquettes en carbure ont une excellente stabilité thermique, ce qui signifie qu'elles peuvent maintenir leur dureté et leurs performances de coupe à des températures élevées. Cette propriété contribue à prévenir l’usure et la déformation des outils, garantissant ainsi une qualité de coupe constante tout au long du processus d’usinage.
Versatilité
Les lames à plaquettes en carbure sont disponibles dans une large gamme de géométries et de revêtements, ce qui les rend adaptées à diverses applications de tournage dur. Différentes formes de plaquettes et conceptions d'arêtes de coupe peuvent être sélectionnées pour optimiser la formation de copeaux, réduire les forces de coupe et améliorer la finition de surface. De plus, des revêtements avancés tels que le nitrure de titane (TiN), le carbonitrure de titane (TiCN) et l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) peuvent encore améliorer la résistance à l'usure et les performances de coupe des lames.
Rentabilité
Comparées à d'autres outils de coupe utilisés dans le tournage dur, tels que les plaquettes en nitrure de bore cubique (CBN), les lames en carbure sont généralement plus rentables. Même si les plaquettes CBN offrent des performances supérieures dans certaines applications, leur coût élevé peut ne pas être justifié pour toutes les opérations de tournage dur. Les plaquettes en carbure offrent un bon équilibre entre performances et coût, ce qui en fait un choix populaire auprès de nombreux fabricants.
Défis et limites
Fragilité
L’un des principaux défis liés à l’utilisation de lames à plaquettes en carbure dans le tournage dur est leur fragilité. Le carbure de tungstène est un matériau relativement fragile, ce qui signifie qu'il est sujet à l'écaillage et à la fracture sous des forces de coupe ou des charges d'impact élevées. Cela peut entraîner une défaillance prématurée de l'outil et un mauvais état de surface. Pour atténuer ce risque, il est important de sélectionner la nuance de plaquette en carbure et les paramètres de coupe appropriés, et de garantir une manipulation et une installation appropriées des outils.
Vitesse de coupe limitée
Bien que les lames de qualité pour plaquettes en carbure aient une bonne stabilité thermique, elles ont une limite de vitesse de coupe inférieure à celle des plaquettes CBN. Lors de l'usinage de matériaux très durs à des vitesses élevées, la chaleur générée peut provoquer un ramollissement et une usure plus rapide du carbure. Par conséquent, dans les applications où des vitesses de coupe élevées sont requises, les plaquettes CBN peuvent constituer un meilleur choix.
Compatibilité des matériaux de la pièce
Toutes les qualités de plaquettes en carbure ne conviennent pas à tous les matériaux durs. Certaines nuances peuvent donner de bons résultats sur certains types d'aciers trempés, mais peuvent ne pas être efficaces sur d'autres matériaux tels que la fonte ou les superalliages. Il est important de consulter le fabricant de l'outil ou un expert en usinage pour sélectionner la nuance de plaquette en carbure adaptée au matériau spécifique de la pièce à usiner.
Facteurs à prendre en compte lors de l'utilisation de lames à plaquettes en carbure dans le tournage dur
Matériau de la pièce
La dureté, la composition et la microstructure du matériau de la pièce à usiner sont les facteurs les plus importants à prendre en compte lors de la sélection d'une nuance de plaquette en carbure pour le tournage dur. Différents matériaux nécessitent des stratégies de coupe et des qualités de plaquettes différentes. Par exemple, l'usinage des aciers trempés peut nécessiter une nuance différente de celle de l'usinage des alliages de fonte ou de titane.
Conditions de coupe
Les conditions de coupe, notamment la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe, jouent également un rôle crucial dans les performances des lames à plaquettes en carbure en tournage dur. Les paramètres de coupe optimaux doivent être sélectionnés pour équilibrer la durée de vie de l'outil, la productivité et la finition de surface. En général, des vitesses de coupe et des avances plus faibles sont recommandées pour le tournage dur afin de réduire les forces de coupe et la génération de chaleur.
Géométrie et revêtement des outils
La géométrie de la plaquette en carbure, telle que l'angle de coupe, l'angle de dépouille et le rayon de coupe, peut affecter considérablement les performances de coupe. Différentes géométries de plaquettes sont conçues pour différentes applications, telles que l'ébauche, la finition ou les coupes interrompues. De plus, le choix du revêtement peut améliorer la résistance à l’usure et les performances de coupe des lames.
Rigidité des machines-outils
La rigidité de la machine-outil est essentielle pour réussir un tournage dur avec des lames à plaquettes en carbure. Une machine-outil rigide peut minimiser les vibrations et garantir des conditions de coupe stables, ce qui est crucial pour obtenir un bon état de surface et une bonne durée de vie de l'outil. Il est important d’utiliser une machine-outil suffisamment puissante et rigide pour supporter les forces de coupe élevées impliquées dans le tournage dur.
Études de cas
Étude de cas 1 : Usinage de l'acier trempé
Un fabricant usinait un arbre en acier trempé d'une dureté de 55 HRC à l'aide de lames en carbure. En sélectionnant la nuance de plaquette appropriée et en optimisant les paramètres de coupe, ils ont pu obtenir une amélioration significative de la durée de vie de l'outil par rapport à leur méthode précédente. La finition de surface de la pièce usinée répondait également aux spécifications requises, ce qui se traduisait par une productivité accrue et une réduction des coûts de production.
Étude de cas 2 : Coupe interrompue d'un matériau durci
Dans un autre cas, une entreprise effectuait une coupe interrompue sur une ébauche d'engrenage trempée. Ils ont d'abord été confrontés à des écailles d'outils fréquentes et à un mauvais état de surface lors de l'utilisation d'une nuance de plaquette en carbure standard. Après avoir consulté le fournisseur d'outils, ils ont opté pour une qualité de plaquette plus adaptée, dotée d'un substrat plus résistant et d'un revêtement spécial. Ce changement s'est traduit par une réduction substantielle des cassures d'outils et une amélioration de la qualité de surface des engrenages usinés.
Conclusion
En conclusion, les lames à plaquettes en carbure peuvent être utilisées pour les applications de tournage dur, mais leur adéquation dépend de divers facteurs tels que le matériau de la pièce à usiner, les conditions de coupe et la sélection de l'outil. Bien qu'ils offrent plusieurs avantages, notamment une dureté élevée, une résistance à l'usure, une stabilité thermique et une rentabilité élevée, ils présentent également certaines limites, telles que la fragilité et la vitesse de coupe limitée. En examinant attentivement ces facteurs et en sélectionnant la nuance de plaquette en carbure et les paramètres de coupe appropriés, les fabricants peuvent obtenir de bons résultats en tournage dur avec des lames de qualité pour plaquette en carbure.
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Références
- "Usinage de matériaux durs" - Manuel ASM, Volume 16 : Usinage
- "Technologie des outils de coupe" - Stephenson, DA et Agapiou, JS
- "Outils en carbure pour les applications d'usinage" - Littérature technique de Sandvik Coromant
