Les plaquettes en carbure sont largement utilisées dans l'industrie métallurgique pour diverses opérations d'usinage, telles que le tournage, le fraisage, le perçage et l'alésage. Les plaquettes en carbure offrent des performances, une productivité et une durée de vie supérieures à celles d'autres matériaux de coupe, tels que l'acier rapide (HSS) ou les outils en carbure brasé. Cependant, toutes les plaquettes en carbure ne sont pas égales. De nombreux facteurs doivent être pris en compte lors de la sélection de la plaquette en carbure adaptée à votre application d'usinage spécifique, tels que :

  • Le matériau de la pièce à usiner et son usinabilité
  • La vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe
  • La géométrie de l'outil, telle que la forme, la taille, la préparation des bords et le rayon du nez
  • Le type et l'épaisseur du revêtement
  • Le porte-outil et le système de serrage

Dans cet article de blog, nous aborderons certains des principaux aspects de la sélection des plaquettes en carbure et fournirons quelques conseils et recommandations pour vous aider à optimiser vos résultats d'usinage.

Matériau de la pièce et usinabilité

Le premier et le plus important facteur à prendre en compte lors du choix d’une plaquette en carbure est le matériau de la pièce à usiner et son usinabilité. Différents matériaux ont des propriétés différentes, telles que la dureté, la ténacité, l'abrasivité, la conductivité thermique et la réactivité chimique, qui affectent les modes d'usure et de défaillance de l'outil de coupe. Par exemple, l’acier est généralement plus dur et plus abrasif que l’aluminium, mais l’aluminium a une conductivité thermique plus élevée et une affinité chimique plus faible avec le carbure. Par conséquent, différentes qualités et revêtements de carbure sont nécessaires pour différents matériaux afin d'obtenir le meilleur équilibre entre résistance à l'usure et ténacité.

L'usinabilité d'un matériau est une mesure de la facilité ou de la difficulté de l'usinage avec un outil de coupe donné. L'usinabilité dépend de divers facteurs, tels que la composition du matériau, la microstructure, la dureté, la résistance, la ductilité et l'état de surface. L'usinabilité est souvent exprimée en pourcentage ou en valeur basée sur un matériau standard, tel que l'acier de décolletage. Plus l'usinabilité est élevée, plus il est facile d'usiner le matériau avec une vitesse de coupe, une avance et une profondeur de coupe élevées, et plus la durée de vie de l'outil est longue.

Généralement, l’usinabilité d’un matériau diminue à mesure que sa dureté et sa résistance augmentent, et vice versa. Il existe cependant quelques exceptions, comme la fonte, qui présente une dureté élevée mais également une usinabilité élevée en raison de sa teneur en graphite. Certains matériaux, tels que l'acier inoxydable, le titane et les alliages à base de nickel, sont classés comme matériaux difficiles à usiner, car ils ont une faible usinabilité et une forte tendance à provoquer l'usure et la défaillance des outils. Ces matériaux nécessitent des qualités et des revêtements de carbure spéciaux capables de résister à des températures, des pressions et des réactions chimiques élevées à la pointe de la technologie.

Vitesse de coupe, avance et profondeur de coupe

Le deuxième facteur à prendre en compte lors du choix d’une plaquette en carbure est la vitesse de coupe, l’avance et la profondeur de coupe. Ce sont les principaux paramètres qui déterminent les conditions de coupe et le taux d’enlèvement de matière lors d’une opération d’usinage. Ils affectent également la température, la pression et la contrainte au niveau de l'arête de coupe, et donc les modes d'usure et de défaillance de l'outil.

La vitesse de coupe est la vitesse linéaire du tranchant par rapport à la surface de la pièce. Il est généralement exprimé en mètres par minute (m/min) ou en pieds de surface par minute (sfm). La vitesse de coupe dépend du matériau de la pièce à usiner, du matériau de l'outil, de la géométrie de l'outil et du type de revêtement. Généralement, plus la vitesse de coupe est élevée, plus la productivité est élevée et plus la durée de vie de l'outil est courte, et vice versa. Cependant, il existe une plage de vitesses de coupe optimale pour chaque combinaison de matériau et d'outil, dans laquelle la durée de vie de l'outil est maximisée et l'usure de l'outil est minimisée. Cette plage de vitesse de coupe optimale peut être déterminée en effectuant des tests de coupe ou en consultant les recommandations du fabricant.

L'avance est la distance linéaire sur laquelle l'arête de coupe avance dans la pièce par tour de broche ou par dent de l'outil. Elle est généralement exprimée en millimètres par tour (mm/rev) ou en pouces par tour (ipr) pour le tournage, et en millimètres par dent (mm/dent) ou en pouces par dent (ipt) pour le fraisage. L'avance dépend du matériau de la pièce à usiner, du matériau de l'outil, de la géométrie de l'outil et du type de revêtement. Généralement, plus l'avance est élevée, plus la productivité et le taux d'enlèvement de matière sont élevés, mais aussi plus les efforts de coupe et l'usure de l'outil sont élevés, et vice versa. Cependant, il existe une plage d'avances optimale pour chaque combinaison de matériau et d'outil, dans laquelle l'état de surface et la précision dimensionnelle sont optimisés et l'usure de l'outil est minimisée. Cette plage d'avance optimale peut être déterminée en effectuant des tests de coupe ou en consultant les recommandations du fabricant.

La profondeur de coupe est la distance perpendiculaire à laquelle le tranchant pénètre dans la pièce. Il est généralement exprimé en millimètres (mm) ou en pouces (in). La profondeur de coupe dépend du matériau de la pièce à usiner, du matériau de l'outil, de la géométrie de l'outil et du type de revêtement. Généralement, plus la profondeur de coupe est élevée, plus la productivité et le taux d'enlèvement de matière sont élevés, mais aussi plus les efforts de coupe et l'usure de l'outil sont élevés, et vice versa. Cependant, il existe une plage de profondeur de coupe optimale pour chaque combinaison de matériau et d'outil, dans laquelle la durée de vie et la stabilité de l'outil sont maximisées et l'usure et les vibrations de l'outil sont minimisées. Cette plage de profondeur de coupe optimale peut être déterminée en effectuant des tests de coupe ou en consultant les recommandations du fabricant.

Géométrie de l'outil

Le troisième facteur à prendre en compte lors du choix d'une plaquette en carbure est la géométrie de l'outil, telle que la forme, la taille, la préparation des bords et le rayon du nez. La géométrie de l'outil affecte les performances de coupe, l'état de surface, la précision dimensionnelle et la durée de vie de la plaquette.

La forme de la plaquette détermine le nombre d'arêtes de coupe, la formation des copeaux et l'évacuation des copeaux. Il existe différentes formes d'inserts disponibles, telles que triangulaires, carrées, rhombiques, rondes et irrégulières. Chaque forme présente ses propres avantages et inconvénients, en fonction de l'opération d'usinage et de la géométrie de la pièce. Par exemple, les plaquettes triangulaires ont trois arêtes de coupe et peuvent être utilisées pour des opérations de tournage, de rainurage et de filetage. Cependant, ils présentent un faible angle de dépouille et un tranchant faible, qui limitent leur application aux usinages légers et moyens. Les plaquettes carrées ont quatre arêtes de coupe et peuvent être utilisées pour les opérations de tournage, de fraisage et de surfaçage. Cependant, ils présentent un angle de dépouille important et une arête de coupe robuste, ce qui les rend adaptés aux usinages lourds et interrompus.

La taille de la plaquette détermine la résistance, la stabilité et les forces de coupe de l'outil. La taille de l'insert est généralement exprimée par deux paramètres : le diamètre du cercle inscrit (IC) et l'épaisseur (T). Le IC est le diamètre du plus grand cercle pouvant être inscrit dans la forme de l'insert. Le T est la distance entre les surfaces supérieure et inférieure de l'insert. Généralement, plus la taille de la plaquette est grande, plus l'outil est solide et stable, mais aussi plus les forces de coupe et la consommation électrique sont élevées, et vice versa. Par conséquent, la taille de la plaquette doit être sélectionnée en fonction des exigences d’usinage et des capacités de la machine.

La préparation du bord de la plaquette détermine le tranchant, la résistance à l'usure et la ténacité du tranchant. La préparation des bords est la modification de la géométrie du tranchant par meulage, affûtage ou revêtement. Il existe différentes préparations de bords disponibles, telles que tranchantes, aiguisées, chanfreinées et arrondies. Chaque préparation des bords présente ses propres avantages et inconvénients, en fonction du matériau de la pièce à usiner et des conditions de coupe. Par exemple, les arêtes vives ont de faibles forces de coupe et un état de surface élevé, mais également une faible résistance à l'usure et une forte tendance à l'écaillage ou à la fracture. Les bords adoucis ont une résistance à l'usure et une ténacité élevées, mais également des forces de coupe élevées et un faible état de surface. Les bords chanfreinés présentent un compromis entre des bords tranchants et aiguisés, avec des forces de coupe, une résistance à l'usure et une finition de surface modérées. Les arêtes rayonnées présentent une transition douce entre les faces de coupe et de flanc, ce qui réduit la concentration de contraintes et améliore la durée de vie de l'outil.

Le rayon du nez de la plaquette détermine l'état de surface, la précision dimensionnelle et la durée de vie de l'outil. Le rayon du nez est le rayon de l'arc à l'extrémité de l'insert. Généralement, plus le rayon du nez est grand, meilleurs sont l'état de surface et la précision dimensionnelle, mais aussi plus les forces de coupe et l'usure de l'outil sont élevées, et vice versa. Par conséquent, le rayon de nez de la plaquette doit être sélectionné en fonction des exigences de finition de surface et de précision dimensionnelle de la pièce à usiner.

Type et épaisseur de revêtement

Le quatrième facteur à prendre en compte lors du choix d’une plaquette en carbure est le type et l’épaisseur du revêtement. Le revêtement est une fine couche de matériau dur et résistant à l'usure qui est appliquée sur la surface du substrat en carbure par des méthodes de dépôt physique ou chimique en phase vapeur (PVD ou CVD). Le revêtement améliore les performances et la durée de vie de la plaquette en offrant :

  • Dureté et résistance à l'usure plus élevées
  • Faible friction et adhérence
  • Stabilité thermique et chimique supérieure
  • Résistance supérieure à l’oxydation et à la corrosion

Il existe différents matériaux de revêtement disponibles, tels que le carbure de titane (TiC), le nitrure de titane (TiN), le carbonitrure de titane (TiCN), l'oxyde d'aluminium (Al2O3) et le carbone de type diamant (DLC). Chaque matériau de revêtement présente ses propres avantages et inconvénients, en fonction du matériau de la pièce à usiner et des conditions de coupe. Par exemple, le TiC présente une dureté et une résistance à l’usure élevées, mais également une grande fragilité et une faible stabilité thermique. Le TiN a un faible frottement et une faible adhérence, mais également une faible dureté et une faible résistance à l'usure. TiCN présente un compromis entre TiC et TiN, avec une dureté, une résistance à l'usure, une friction et une adhérence modérées. Al2O3 présente une stabilité thermique et chimique élevée, mais également une friction et une adhérence élevées. Le DLC présente un faible frottement et une faible adhérence, mais également une faible stabilité thermique et chimique.

L'épaisseur du revêtement détermine l'équilibre entre la résistance à l'usure et la ténacité de l'insert. Généralement, plus le revêtement est épais, plus la résistance à l'usure est élevée,