L'OUTIL DE TOURNAGE LE PLUS ADEQUAT
La force de coupe et la charge mecanique sont cruciales
Le tournage CNC est un nom générique pour de nombreux usinages partiels sur des composants cylindriques ou pièces coulées. La coupe à longueur est un autre usinage de tournage que le chariotage ou le tournage de profilés et demande donc d'autres outils. Cet usinage est en fait la première approche dans le choix de la bonne plaquette. En association avec la qualité de la pièce finie. S'agit-il de tournage d'ébauche? Ou s'agit-il de l'usinage final pour lequel la surface de la partie à tourner doit recevoir un haut degré de finition? Et quand choisir PKD ou CVD-D?
LE RAYON DE NEZ
L'un des points auxquels il convient de faire attention, est le rayon du nez de la plaquette. Le rayon du nez a une influence sur la qualité de surface. Un plus grand rayon du nez procure une plaquette plus solide et une plus longue tenue d'outil. Mais pour la meilleure rugosité de surface, un plus petit rayon de nez est justement souhaité. C'est également un bon choix si le risque de vibrations de l'outil est grand. Le choix dans les post-usinages se porte dès lors plus souvent sur les plaquettes ayant un rayon de 0,2 ou 0,4 mm. Dans la nouvelle génération de plaquettes, il est parfois question de ce qu'on appelle la géométrie Wiper. Ces plaquettes ont un double rayon de nez, permettant avec une double amorce de tourner la même qualité de surface qu'avec les plaquettes classiques ayant la moitié du rayon. Ceci a donc surtout un effet positif sur la productivité pendant le tournage CNC. La géométrie de plaquette Wiper est dès lors une bonne technologie à engager pour aboutir à une plus grande productivité dans le tournage, mais les plaquettes peuvent aussi être utilisées pour améliorer la qualité de surface, tout en rendant les usinages de rectification superflus dans certaines situations. Par rapport à la rectification, la plaquette Wiper offre l'avantage supplémentaire d'améliorer la précision de circonférences.
FORCES DE COUPE ET CHARGE
La force de coupe et la charge mécanique des plaquettes pendant le processus d'usinage par enlèvement de matière sont importantes. Ces deux aspects sont encore confondus. La charge mécanique importante pour la tenue d'outil est la pression sur la plaquette exprimée dans la force par unité de surface. La force de coupe peut être la plus élevée, car ceci contribue à la productivité. L'important est de répartir la force de coupe sur une surface la plus grande possible, parce que la charge mécanique reste faible. Ceci plaiderait en faveur de l'engagement de plaquettes les plus grandes possible. La force de coupe est aussi influencée par des facteurs tels que la géométrie de l'outil, les paramètres de coupe et le matériau. Ce dernier est une donnée sur laquelle le tourneur que vous êtes, a peu d'influence; les deux autres points, par contre, se laissent influencer. Pour des matériaux plus durs, par exemple la fonte, vous choisissez une plaquette avec une géométrie négative. Ceci procure une meilleure répartition des forces et un risque plus faible de cassure des particules de métal dur. Plus le matériau est tendre, plus la géométrie de l'outil peut être positive. En plaçant des brise-copeaux, les fabricants rendent les outils adéquats pour des matériaux plus tenaces. En ce qui concerne l'application du brise-copeaux, on peut garder comme règle empirique que les matériaux comme la fonte peuvent être fort bien tournés sans brise-copeaux, parce que ce sont des matériaux à copeaux courts. Les plaquettes en qualité CBN ou céramique sont bel et bien proposées avec un brise-copeaux, parce qu'elles sont destinées aux matériaux plus tenaces, comme le titane ou l'Inconel. Les paramètres de coupe sont un facteur que les tourneurs maîtrisent totalement. Doubler la profondeur de coupe si c'est possible n'augmente pas la charge de l'arête, par exemple, parce que la longueur de l'arête qui se trouve dans le matériau, est aussi doublée. Des alimentations supérieures, par contre, entraînent des charges plus élevées de l'arête.
LE MATERIAU DE COUPE
Le matériau de coupe exerce aussi une influence. Le HSS et le carbure métallique sont depuis longtemps sur le marché et ont leurs applications connues. Les plaquettes en céramique sont encore assez récentes et souvent encore peu connues du public. Elles procurent surtout un avantage de productivité dans le tournage de matériaux semblables à l'Inconel, les superalliages résistant à la chaleur. Ici, elles procurent une longue tenue et une grande productivité, pouvant augmenter d'un facteur 3 à 5. La présence de fils de silicone dans la céramique les rend adéquates pour notamment la fonte, les coupes interrompues et les serrages instables. Les matériaux plus durs que 50 Rockwell se laissent bien tourner avec les plaquettes en céramique. L'inconvénient de ce type de plaquette est cependant le fait que l'usure n'est pas visible. La couche avec le matériau de coupe est épuisée à un moment donné et vous touchez directement la pièce avec le substrat. Pour éviter les dégâts, des plaquettes céramiques ne sont engagées que pour l'ébauche, pas pour le post-usinage de précision. Le PKD (ou PCD) est un troisième matériau de coupe, un matériau qui est maintes fois utilisé, parce qu'il possède les propriétés du diamant, le matériau le plus dur sur terre. Le PKD contient des particules de diamant dans une matrice de cobalt, titane ou nickel. Des outils résistent très bien aux lourdes charges, à l'usure abrasive et aux coupes interrompues. Pour les métaux non-ferreux, un outil PKD procure l'avantage d'avoir des arêtes très tranchantes. Il coupe sans pression et sans torsion. Le matériau montre une faible tendance à l'adhésion. Les plaquettes PKD conviennent aussi au tournage de faibles valeurs Ra et RZ.
CVD-D: COMPLEMENT AU PKD
Une nouvelle variante à la plaquette PKD est la plaquette CVD-D. Ce matériau est aussi un diamant synthétique (diamant polycristallin), mais est produit d'une autre manière. Alors que le PKD est constitué de diamant à 90%, il s'agit de 99,5% pour le CVD-D. Il n'y a aucun liant et la structure est quasi identique à celle d'un véritable diamant. Comparée à une plaquette PKD, cette plaquette est moins sujette à l'usure et on peut généralement augmenter les paramètres de coupe. La vitesse de coupe peut être passablement plus élevée. Toutefois, la question n'est pas de savoir si le PKD est plus mauvais que le CVD-D. Les deux matériaux de coupe ont leurs applications et sont plutôt complémentaires. Les points forts du CVD-D s'expriment surtout dans le finissage de parties tournées, ou quand une production encore accrue est souhaitée par rapport au tournage avec un outil PKD. Le choix de la qualité du matériau de coupe est toutefois indiqué en premier lieu pour le matériau de la pièce et ceci, par la question de savoir s'il s'agit d'ébauche ou de finissage et par la tenue d'outil demandée en association avec la productivité.
LE SUPPORT
Pour terminer, le support pour l'outil de tournage exerce aussi une influence réelle. L'une des innovations récentes sont les systèmes d'enfichage avec un refroidissement interne, le lubrifiant réfrigérant atteignant aussi bien le plan de coupe que la plaquette elle-même. Pour le tournage des superalliages, il est usuel depuis longtemps de travailler avec des pression plus élevées et surtout de plus grands débits volumes. Cependant, de nouvelles expériences montrent que ceci peut aussi être intéressant dans le tournage de, par exemple, les alliages inox standard. Le refroidissement et l'évacuation de copeaux améliorés ont un effet positif à la fois sur la productivité et sur la tenue d'outil. Des pressions plus élevées existent déjà à partir de 10 bars. Le facteur essentiel dont il est réellement question, est le débit volume: il doit être le plus élevé possible. Dans le tournage d'un matériau comme le titane, le débit volume plus élevé induit une plus grande fiabilité de processus.POSITIF OU NÉGATIF?
L'un des choix que doit faire le tourneur CNC, est une plaquette positive ou négative. Ceci est lié à la géométrie. Les plaquettes négatives se distinguent par une grande résistance de l'arête et sont notamment adéquates pour les lourdes conditions de coupe et généralement le choix évident pour le tournage externe. Une géométrie positive induit des forces de coupe plus faibles et convient notamment pour le tournage externe d'éléments minces et le tournage interne.
