Machpro 827 15/02/06

Le diamant vaut de l’or !

Les technologies avancent en dents de scie. Un jour, tel domaine tire le marché, puis un autre… La diversité des matériaux usinés et les évolutions dynamiques des moyens de productions exigent des outils performants qui ne brident pas la productivité. Les substrats et/ou revêtements d’outils bien connus, PCB et CBN, constituent une stratégie payante dans la mesure où leurs caractéristiques sont bien connues.

Aciers HSS, plastiques, alliages, composites… Jours après jours, des produits de pointe ou exotiques, réservés hier à des fabrications de très haute technologie, ont tendance à être récupérés par des productions de plus grandes séries. Ainsi de nouvelles exigences s’imposent aux moyens de production. Les entreprises ont besoin d’outils performants comme les outils diamant polycristallin PCD et nitrure de bore cubique CBN.

Données générales
Les plaquettes PCD sont constituées de grains de diamants polycristallins synthétiques fixés sur un support en carbure de tungstène. De la même façon, les plaquettes de nitrure de bore cubique sont composées d’un insert en nitrure de bore cubique fixé sur un support en carbure de tungstène, ou sont réalisables en nitrure de bore cubique compact entièrement.
Le PCD, comme un matériau composite, combine la dureté, la résistance à l’abrasion et la conductibilité thermique du diamant à la résistance du carbure de tungstène.

Il est très résistant aux chocs grâce au carbure sous-jacent et à l’usure dans toutes les directions contrairement au diamant, unidirectionnel. La structure du CBN en fait le matériau synthétique, le plus dur après le diamant. Ces plaquettes présentent une très grande résistance à l’abrasion, aux chocs ainsi qu’une bonne résistance aux attaques chimiques et à l’oxydation.
Ces outils se présentent généralement sous forme de plaquettes indexables ou non. Elles sont montées sur des porte-outils similaires à ceux utilisés pour les plaquettes carbure. Des applications particulières peuvent être réalisées sur plan ce que confirmera le fabricant APB (D.161).

Bon point
Nés à la fin des années 60, ces matériaux se destinent à des applications ciblées. Ils permettent de résoudre des problèmes d’usinage difficiles et d’obtenir des états de surfaces de très haute qualité.
Les outils PCD sont utilisés pour l’usinage des matériaux non ferreux uniquement, pour des raisons d’affinité chimique. L’aluminium, le cuivre, le bronze, le plastique, les composites, la finition dans le titane sont ainsi accrochés à son tableau de chasse.
Contrairement au diamant, le CBN s’attaque aux aciers alliés, traités thermiquement. En effet, la résistance élevée des arêtes de coupe face à l’usure et aux chocs autorise les opérations de coupe interrompue et l’usinage de matériaux très durs comme métaux ferreux trempé supérieur à 48 Hrc, les fontes dans le domaine de l’automobile notamment, ou les alliages réfractaires à base de nickel et de cobalt. D’ailleurs, si la matière usinée est trop douce, l’outil s’use prématurément.

Recommandations d’emploi
Le remplacement des outils carbure par des outils PCD s’est développé tant dans le domaine de l’ébauche avec de grandes profondeurs de coupe et de grandes vitesses d’avances que pour la finition. Utilisé usuellement à des vitesses de coupe supérieure à 200 m/min, son emploi est cependant conditionné par la température de la zone de coupe qui ne doit pas dépasser 650°C pour éviter le brasage de l’outil, comme le précise le fabricant Sandvik (D.162). Exit les matières tenaces, à haute élasticité, par contre l’arrosage ou la micro lubrification sont les bienvenues.
Dans le cas d’une utilisation correcte des plaquettes CBN, la température des pièces usinées demeure relativement basse, la chaleur étant absorbées en majeur partie par le copeaux. L’usinage à sec sans fluide de coupe devient une option efficace dans le respect de l’environnement. Avec des vitesses allant jusqu’à 300 m/min dans les matériaux trempé, ces plaquettes permettent d’obtenir des états de surface inférieure à Rz 0,3 µm, écartant dès lors une opération de rectification supplémentaire. Toutefois suivant les cas, une lubrification abondante peut être
privilégiée. Sur ces domaines d’utilisation, le CBN est en concurrence avec les outils céramique. Mais le type d’opération, les conditions d’usinage, la nature de la matière, la durée de vie plus longue des outils CBN devraient aiguiller facilement le choix. Pour des profondeurs de coupe importantes, les CBN étant limités à 0,5 mm, les céramiques seront favorisées.

Ces outils présentent des types d’usure classique, écail-lage, cratérisation, usure en dépouille. Confirmé par le fabricant Tungaloy (D.164), la géométrie de l’arête joue fortement sur la durée de vie de l’outil. Pour la plupart des opérations de coupe, une géométrie d’angle de coupe neutre ou positive est utilisée. Des angles négatifs sont disponibles pour les plaquettes CBN. En outre, pour une performance optimale, surtout dans des conditions de coupe interrompue ou intermittente, le système d’outillage doit être aussi rigide que possible et travailler sans vibrations.

Appliquer les leçons
Le tournage des aciers durs, aciers trempés d’une dureté comprise entre 45 et 62 HRc par exemple, est une opération difficile au cours de laquelle les plaquettes sont soumises à de fortes contraintes. Grâce à sa
fusion avec Valenite, Safety (T.730) a introduit sur le marché européen une dernière nuance CBN.

La VPC225 offre une grande résistance à l’usure et permet de mener à bien ce type d’opération, tout en augmentant les vitesses de coupe et en prolongeant la durée de vie des plaquettes. Ce programme CBN propose également des plaquettes Wiper. Les 2 exemples de conditions de coupe donnés par Safety illustrent les performances de son produit :
Pour des applications particulières, le carburier allemand Horn (T.08943) développe pour sa part les gammes d’outils Mini et Supermini, en proposant des solutions pour le tournage dur à l’aide d’outils CBN. Il conçoit des outils pour la réalisation d’alésages jusqu’à un diamètre minimum de 0,3 mm avec les Supermini, ce qui est exceptionnel dans cette technologie. On remarque encore que, contrairement à d’autres acteurs qui se contentent de positionner un insert au bout de leurs outils, Horn a opté pour la solution dans laquelle l’extrémité de l’outil est complètement composée de cette matière.

Viser la suite
Les applications d’usinage illustrent bien l’intérêt des ces outils. Ils permettent de rendre financièrement compétitif l’usinage de matériaux singuliers. En effet, le coût de ces outils est souvent inférieur à celui d’outils moins chers, dès que l’on ramène le prix d’achat en pourcentage du prix de revient de la pièce. Ainsi, leur utilisation se justifie pleinement dans la performance et la durée, à condition de les utiliser avec toutes les précautions d’usage.