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Article

1 - DÉFINITION DU TOURNAGE DUR

2 - EXPRESSION DU BESOIN INDUSTRIEL

3 - MATÉRIAUX USINÉS ET USINANTS

4 - MÉCANISMES DE LA FORMATION DU COPEAU

5 - APPLICATION DE LA MÉTHODOLOGIE DU COUPLE OUTIL-MATIÈRE

6 - ENDOMMAGEMENT DES OUTILS DE COUPE

7 - CONCLUSIONS

Article de référence | Réf : BM7048 v1

Endommagement des outils de coupe
Usinabilité des matériaux difficiles - Application aux aciers durcis

Auteur(s) : Gérard POULACHON

Date de publication : 10 avr. 2004

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RÉSUMÉ

L'usinage d'aciers traités thermiquement dans leur état durci requiert des outils de coupe particulier, en céramique ou en nitrure de bore cubique. Cet article présente toutes les caractéristiques du tournage dur, depuis le besoin industriel jusqu'aux mécanismes mis en oeuvre pour la formation du copeau. Les caractéristiques de mise en oeuvre, telles que vitesse de coupe, avance ou profondeur de passe, sont expliquées. Et enfin, la dernière partie est consacrée aux facteurs d'endommagement des outils de coupe. 

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Auteur(s)

  • Gérard POULACHON : Maître de Conférences à l’ENSAM (École Nationale supérieure des Arts et Métiers) de Cluny - Laboratoire Bourguignon des Matériaux et Procédés LaBoMaP , Responsable recherche de l’équipe Usinage

INTRODUCTION

L’usinage d’aciers traités thermiquement dans leur état durci n’est pas nouveau, et existe depuis sans doute que les matériaux à outil durs ont vu le jour. Cela n’a pu se faire que par la mise au point de matériaux à outil nouveaux. C’est le cas des céramiques. Les produits céramiques (appelés poterie) sont connus depuis le néolithique. Il s’agissait d’articles d’usage quotidien, tels que les récipients façonnés à la main. La production de la céramique est donc l’une des plus anciennes technologies humaines. Les premiers brevets et publications sur les matériaux de coupe céramiques à base d’aluminium (Al2O3) datent du début du XX e siècle en Allemagne. Des recherches systématiques commencèrent dans les années 1930. Mais ce n’est qu’après la Seconde Guerre mondiale que furent intensifiés la recherche et le développement. Des résultats, permettant l’exploitation de la céramique, ont été mis au point en particulier aux États-Unis, en URSS et en Allemagne. L’application pratique de la céramique de coupe fut présentée pour la première fois lors des expositions de la machine-outil de Chicago, en 1956, et de Hanovre en 1957. Les premiers métaux de coupe étaient surtout des céramiques très pures, à base d’oxyde d’aluminium. Cette matière présente des valeurs mécaniques de très hautes résistances. C’est l’oxyde le plus stable, possédant une excellente stabilité chimique jusqu’aux températures avoisinant son point de fusion (2 050 oC).

Cette céramique oxydée rendait possible l’usinage des fontes et des aciers à des vitesses qui, pour la première fois, excédaient la limite des 1 000 m/min. Le terme d’« usinage à grande vitesse » était né. La performance de la céramique de coupe était alors très supérieure aux possibilités des machines-outils existantes. Il était donc devenu nécessaire de perfectionner les machines-outils tant sur leur stabilité que sur leur puissance, leur vitesse et leur contrôle. Dès le début des années 1960, une importante réorientation commença et eut pour effet une évolution réciproque sur les outils et les machines.

Au début du XX e siècle, nul n’aurait pensé qu’un matériau de coupe céramique jouerait un rôle aussi important dans le domaine de l’usinage.

Ces produits céramiques offrent de nombreuses possibilités d’applications en raison de leurs propriétés remarquables (non métallique, inorganique, réfractaire), et leur champ d’application s’agrandit de jour en jour, malgré l’image particulière de fragilité, de rupture, etc.

Il en est de même pour le nitrure de bore cubique (c-NB) qui a été synthétisé pour la première fois en 1957 à la General Electric Company aux États-Unis. Cependant, il n’a été utilisé industriellement pour la coupe des métaux qu’à partir du milieu des années 1970.

La prise de conscience industrielle à propos de la technique du tournage dur n’a été vraiment effective qu’à partir du début des années 1990. Il s’est donc passé une trentaine d’années entre la possibilité d’utiliser la technique et la naissance du besoin. Ce temps de transfert technologique peut paraître long, mais rétrospectivement on pouvait bien se demander à quoi cela pouvait être utile d’usiner par un autre procédé des pièces traitées, alors que la rectification était très performante. En 20 ans, les mentalités ont beaucoup évolué, et les contraintes de fabrication ont été bouleversées, notamment suite aux directives européennes en matière d’environnement.

À présent, tout industriel a compris que fabriquer écologique devenait une nécessité, voire une action civique vis-à-vis des générations futures. Avec la réglementation environnementale en vigueur, les industries sont contraintes de traiter ou recycler leurs déchets, sous peine de fortes pénalités.

Ces contraintes environnementales ont amené les entreprises qui génèrent des boues de rectification à réfléchir sur la façon de fabriquer leurs pièces. Effectivement il est préférable de produire des déchets recyclables tels que des copeaux plutôt que des boues de rectification chargées d’hydrocarbures.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bm7048


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6. Endommagement des outils de coupe

La sélection des paramètres appropriés pour l’usinage est considérablement influencée par la nature de la couche durcie de la pièce. Sa microstructure, sa dureté et sa profondeur devraient être considérées pour le bon choix de ces paramètres. Poulachon , König et Roos  ont montré l’influence de ces propriétés pendant l’usinage de différents aciers et ont observé que l’usure de l’outil pouvait être raisonnable ou catastrophique suivant la nature de la microstructure. La durée de vie que ce soit en tournage ou en fraisage est bien plus dépendante de la structure et de la composition du matériau que de sa propre dureté apparente.

L’usure de l’outil est dépendante du pourcentage de martensite dans l’acier et, du type, de la taille et de la composition de sa phase carbure (figure 2). Ainsi les caractéristiques métallurgiques du matériau usiné peuvent avoir une influence importante sur la durée de vie lors de l’usinage d’aciers dans leur état traité.

6.1 Influence des paramètres de coupe

La figure 21 montre la perte de volume (de masse) d’une plaquette c-BN en fonction de la longueur de copeau déroulée et des conditions...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - KÖNIG (W.), KOMANDURI (R.), TÖNSHOFF (H.K.), ACKERSHOTT (G.) -   Machining of Hard Materials  -  , Annals of the CIRP, vol. 33/2/1984, p. 417-427.

  • (2) - RECH (J.), LECH (M.), RICHON (J.) -   Surface Integrity in Finish Hard Turning of Gears  -  , Proceedings of the 3rd International Conference on High Speed Machining, Metz, 28-30 juin 2001.

  • (3) - POULACHON (G.), JAWAHIR (I.S.), ALBERT (A.), SCHLURAFF (M.) -   Some aspects of surface integrity in Pc-BN hard turning of hardened steel alloys  -  , to be published.

  • (4) - GANIER (D.) -   Les problèmes d’environnement liés à l’utilisation des fluides de coupe  -  . Conf. Fluides de coupe et environnement, Éd. Cétim-Écoméca, St-Étienne, 6 oct. 1993.

  • (5) - MAIRE (S.) -   Rationalisation industrielle des techniques de tournage dur  -  . Mémoire CNAM soutenu le 27 sept. 2002 au CNAM de Paris.

  • (6)...

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