Machpro 761 15/05/02

Introduction

Lors du symposium organisé par un grand constructeur de rectifieuses cylindrique, il fut aussi beaucoup question de meules. L’un des intervenants s’est particulièrement attaché à démontrer son avenir comme élément d’optimisation du procédé de rectification.

Le Dr. Ing. Chim. Edgar Rappold est P.D.G. de Rappold Schielfmittel Industrie GmbH et de WST Winterthur Schielftechnik AG (P.439). A ce titre, il a fait un état de l’art à propos de l’évolution des meules destinées à la rectification lors du symposium organisé récemment par Stüder. Afin de ne pas dénaturer son propos, la rédaction de Mach’Pro reproduit ici l’intégralité de son intervention :
Introduction
En tant que P.D.G d’un groupe qui est essentiellement fabricant de produits abrasifs, je dois constamment me poser la question de savoir si à l’avenir des meules seront toujours utilisées. Si oui, nos produits sauront-ils répondre aux futurs critères du marché ? Je réponds en mon âme et conscience à ces deux questions par oui. En effet lorsque, d’une part, certaines opérations de rectifications simples pourront être remplacées par du tournage dur, d’autres ouvertures seront créées dans le domaine de la rectification par le développement de nouveaux matériaux et des performances accrues dans les domaines du rendement et des états de surface. Il suffit d’être attentif à l’augmentation des produits céramiques et d’autres nouveaux matériaux qui offrent une résistance accrue à l’échauffement ainsi qu’à l’usure et, de ce fait, présentent une usinabilité plus faible. Evoquons aussi l’utilisation de plus en plus importante de matériaux carbures pour la fabrication d’outils avec coupe à géométrie définie. Cette catégorie de matériaux ne peut être principalement usinée qu’avec des Super-abrasifs.
La Sté Studer (P.440) nous démontre tous les jours le haut niveau de rendement et la précision dont sont capables les rectifieuses aujourd’hui. Des avances de 1/10 de microns sont aujourd’hui devenues possibles. Le procédé étant aujourd’hui géré par des capteurs sensitifs, ceux- ci nous permettent de pousser la meule utilisée jusque dans ses dernières limites. Par contre lorsque la machine arrive dans ses limites de rendements, il faut à nouveau faire évoluer l’humble « Pierre à rectifier » pour permettre d’exploiter au mieux le potentiel existant de la machine. Le rendement maximum et la haute précision ne peuvent être atteints que si la meule est constituée des dernières avancées technologiques et que le procédé optimal soit mis en place. Par ce fait la meule est, et reste le point central de l’optimisation d’un procédé et la liaison entre la machine et la pièce. Le fabricant de la meule peut, en influençant plusieurs éléments et en se basant sur ces acquis en matière d’applications, concevoir de nouvelles meules. Quelques développements qui sont significatifs dans l’optimisation d’un Procédé vous sont rapidement présentés ici.
Développement de grains CBN
Des aciers avec des duretés jusqu’à 70 HRc sont obtenus par des procédés de métallo pulvérisation, pour augmenter leurs taux de carbure ce qui augmente la résistance à l’usure mais rend leur rectification d’autant plus difficile. Le tournage et le fraisage dur ainsi que la rectification avec des abrasifs conventionnels sur ces matériaux n’est dans la plupart des cas plus possible ou alors économiquement plus rentable. Les meules en CBN à liant vitrifié rendent aujourd’hui possible la maîtrise et la rentabilité de la rectification de tels matériaux. Des liants et des types de grains sont développés en permanence pour repousser les limites de rendement du procédé de rectification vers le haut. La pureté chimique de la surface des nouveaux grains CBN fait que ceux-ci sont ancrés très solidement dans le liant. Ceci, combiné avec la dureté importante des grains CBN et la résistance à la friction, fait que l’ont peut aujourd’hui atteindre des rendements en rectification que l’ont ne tenait pas pour possible il y a encore quelques années. Dire que la rectification est un enlèvement de matière avec une coupe définie se vérifie de moins en moins. Le comportement à l’éclatement de ces grains et le dessin régulier des surfaces de fissuration conduisent à une répartition constante des forces de rectification.
Spherowin Corindon à billes creuses
La rectification cylindrique, ou plutôt la rectification de pièces non rondes – utilisée aussi en rectification en passes profondes – n’est possible qu’avec des meules très poreuses. La porosité est obtenue dans le système liant-grains par l’adjonction d’un élément poreux comme la naphtaline. Mais au fait pourquoi des meules très poreuses ? Tout d’abord parce qu’elles véhiculent mieux le lubrifiant d’arrosage et évacuent mieux les copeaux hors de la zone de travail. Ensuite elles offrent une capacité d’auto-avivage supérieur, due à l’écartement plus important des grains. Enfin elles induisent une friction plus faible entre la meule et la pièce. Nous sommes confrontés en rectification « passes profondes » à de grandes surfaces de contact. Par le biais de la friction, elles influencent négativement le bilan de l’échauffement dans le procédé. Il faut limiter le pourcentage de liant dans la meule. Ceci est amélioré par l’adjonction de micro-billes creuses de corindon. Une forme de bille creuse de l’ordre du centième de micron apporte une stabilité qui a un effet positif sur le système liant-ancrage des grains : la meule accepte plus de charge, est plus stable et offre une coupe plus froide, malgré le fait que le pourcentage de liant est diminué. Le corindon à Micro-billes creuses qui est composé de corindon supérieur blanc et qui est de ce fait un abrasif, a pour effet de rendre coupant le liant. Dans la zone effective de travail les copeaux font éclater la microbille creuse et les côtés de celle-ci coupent à leur tour. Les meules à hautes porosités classiques tendent à avoir des variations aux niveaux du rendement, car les copeaux d’usinage ont tendance à pénétrer dans la structure de la meule et perturbent de ce fait le pouvoir de véhiculer le lubrifiant et de dégager les copeaux de la zone de travail. Les microbilles resserrent la meule et empêchent l’entrée des copeaux dans la structure de celle-ci. La porosité ne se libère que dans la zone effective de travail. La meule reste propre et ne se ferme pas : le rendement de celle-ci reste constant et permet une optimisation ciblée du procédé.
Liant Hybride MH3 pour meules diamant
En tant que fabriquant de meules diamant et fournisseur clé de fabriquant d’outils carbure leaders sur le marché, nous remarquons l’augmentation de la tendance à fabriquer des outils en carbure plein. Les fraises, alésoirs, forets hélicoïdaux et tarauds démontrent aujourd’hui leur rentabilité dans leur utilisation mais laissent ouvert un important potentiel de réduction des coûts de fabrication (rectification). Le carbure ne peut être usiné efficacement qu’avec des meules diamant, bien que dans ce domaine nous ayons plusieurs systèmes de liant en concurrences: les liants métalliques sont difficiles à dresser, mais présentent une bonne tenue. Les meules à liants résine se laissent mieux dresser, mais ont une durée de vie moindre. Dans ce domaine également il n’a été possible d’évoluer au niveau des procédés que par un développement coté meule. Un liant hybride, baptisé MH3, combine les aspects positifs des liants métalliques et résinoïdes. Le liant hybride permet d’augmenter le rendement et de diminuer le temps de cycle jusqu’à 100 % en comparaison avec les liants métalliques et résinoïdes utilisés aujourd’hui dans l’industrie du carbure.
Liant à base de verres recristallisés
Le liant est la masse « collante » qui tient la meule ensemble. Le liant ne coupe pas, au contraire, il crée par friction une élévation de température qui à un effet négatif sur le procédé. Le but est d’arriver à utiliser le moins de liant possible, sans négliger la force d’ancrage des grains, la ténacité et la sécurité. C’est pourquoi, dans les laboratoires de recherche de Rappold-Winterthur on a recherché une alternative et on est tombé sur un système de liant à base de verres recristallisés, baptisé Polar Win 54A 604, qui se forme à basse température lors de la phase de refroidissement et qui, en comparaison à des systèmes de liant conventionnels, présente une ténacité bien supérieure. La composition purement synthétique de ce liant permet une reproduction exacte de la dureté et de la structure. Avec ce nouveau système de liant, il est possible de réduire de 10% la teneur en liant et d’augmenter de 10% la porosité des meules sans influencer leur ténacité. Ceci implique une coupe plus froide, moins de risque de brûlures et plus de rendement. Dans l’absolu on peut assimiler la recristallisation dans le liant aux renforts de fibres de verre dans les résines. Lors du refroidissement du verre il se forme une chaîne de cristaux qui, comme « un grillage », donne une ténacité supérieure au liant.
Synthèse
Le développement de nouvelles matières par rapport à la demande sans cesse croissante dans les domaines de la minimisation de l’échauffement et de la résistance à l’usure, assurent un avenir certain à la rectification. Les sociétés présentes à ce symposium montrent quelle puissance innovatrice les habite. L’usinage des nouvelles matières nécessitera le développement de nouvelles machines, de nouveaux abrasifs, de nouveaux systèmes de liant, et de nouvelles techniques de dressages. Le savoir autour du Procédé de rectification doit et va encore progresser. Personnellement je me réjouis sur chaque défi qui nous est lancé et je suis persuadé que la rectification est, et restera pour longtemps encore, un procédé irremplaçable.