×
Home > Entreprise > Innovation & technologie > Le carbure de Tungstène > Usinage du carbure cémenté

USINAGE DU CARBURE CÉMENTÉ

L'usinage du carbure cémenté a un impact décisif sur les propriétés et les caractéristiques des outils finis.

La précision qualitative des différentes étapes d'usinage peut faire une réelle différence dans la durée de vie des outils.

Rectification

Le carbure cémenté peut être usiné avec des meules en diamant. Lors du choix des meules, la taille des grains, le type de liant (résine synthétique, frittage métallique, liants céramiques ou galvaniques) et la concentration représentent des facteurs importants.

 

Plus le grain abrasif est gros :

  • plus les forces de rectification sont élevées
  • plus la durée de vie de la meule est courte
  • plus la qualité de la surface est mauvaise
  • plus la température de broyage est élevée

 

Plus le lien est dur :

  • plus les forces de rectification sont élevées
  • plus la qualité de la surface est bonne
  • plus la température de rectification est élevée

 

Plus la concentration est élevée :

  • plus les forces de rectification sont élevées
  • plus la durée de vie de la meule est longue
  • plus la qualité de la surface est bonne
  • plus la température de rectification est élevée

 

Un refroidissement adéquat est crucial lors de la rectification. Un liquide de refroidissement doit toujours être utilisé lors des opérations de rectification. Le choix entre l'huile de refroidissement, l'émulsion ou l'eau doit être décidé au cas par cas.

Il faut veiller à ce que le lubrifiant de refroidissement atteigne le matériau au point le plus important afin d'obtenir un effet de refroidissement optimal. Si ce n'est pas le cas, le carbure peut être endommagé.

 

Usinage par électroérosion

Lors du processus d'électroérosion, des matériaux conducteurs comme le carbure de tungstène sont usinés dans un matériau diélectrique (eau ou huile). La pièce à usiner et l'outil de façonnage représentent chacun une électrode entre lesquels se produisent des processus de décharge à haute fréquence. Ces processus de décharge sont déclenchés par un dépassement de la tension électrique perturbatrice entre la pièce à usiner et l'outil de façonnage, ce qui est déterminé par la distance de travail et la capacité d'isolation du diélectrique. Une distinction fondamentale est faite entre l'érosion par fil et l'emboutissage par électroérosion.

Dans le cas d'emboutissage par électroérosion, on utilise une électrode qui a la forme négative du résultat final de l'opération. En utilisant plusieurs axes, des formes complexes peuvent être usinées. Les électrodes peuvent être fabriquées en tungstène-cuivre, en cuivre ou en graphite. Pour le diélectrique, on utilise de l'huile afin de minimiser le risque de corrosion. Des réglages incorrects peuvent créer des dommages thermiques sur des sections importantes de la surface de la pièce à usiner.

Lors de l'électroérosion, les stimuli de tension électrique provoquent des étincelles qui transportent la matière de la pièce (anode) à un fil fin immergé (cathode) ainsi que dans le milieu de séparation (diélectrique). La précision du processus repose sur le fait que l'étincelle saute toujours au point où la distance entre la pièce et le fil est minimale.

Fraisage de carbure cémenté

Le fraisage du carbure cémenté est devenu plus populaire ces dernières années, par rapport à d'autres méthodes, il présente certains avantages :

  • Réduit le temps d'usinage
  • Bonne qualité de surface : Valeurs Ra inférieures à 0,05
  • Fabrication de géométries complexes

 

Pour le fraisage du carbure, les outils doivent être quatre fois plus durs que le matériau à usiner. Sur la base des propriétés mécaniques et de la dureté des nuances de carbure (800-2 200 HV30), seuls deux matériaux sont normalement utilisés pour l'usinage : les outils PCD (diamant polycristallin) ou CVD (diamant revêtu). Ces deux matériaux ont une dureté d'environ 8.000 à 10.000 HV30 et sont donc adaptés à l'usinage du carbure. En général, les conditions suivantes s'appliquent : plus le carbure cémenté est dur, plus l'opération de fraisage est difficile et plus la durée de vie de l'outil est courte.

Tournage dur du carbure cémenté

Le tournage dur peut être utilisé pour poncer à un débit de matière métallique élevé et à des profondeurs de coupe élevées ainsi que pour produire des profilés complexes présentant une excellente finition de surface avec un débit de matière faible et une profondeur de coupe faible.

Comme dans le cas du fraisage du carbure, il est important que l'outil utilisé soit plus dur que le carbure à usiner. Les principaux matériaux utilisés pour les plaquettes employées pour le tournage du carbure sont le NBC (nitrure de bore cubique) et le DPC (diamant polycristallin).

Les plaquettes en NBC sont utilisées pour des nuances de carbure dont la dureté peut atteindre environ 1100 HV30.
En utilisant les outils avec une géométrie appropriée, il est possible d'atteindre des débits de matière élevés et des profondeurs de coupe considérables. Pour des nuances de carbure plus dures, atteignant des valeurs jusqu'à environ 1600 HV30, il est nécessaire d'utiliser des outils de coupe en DPC. Ces plaquettes de coupe sont généralement brasées jusqu'au corps en acier de l'outil et peuvent atteindre des valeurs de rugosité de surface d'environ Ra 0,1.

Cependant, toutes les nuances de carbure ne peuvent pas être usinées de manière économique.

  • Les nuances d'une dureté inférieure à 1100 HV30 peuvent être usinées avec des plaquettes NBC et DPC.
  • Dans le cas des nuances d'une dureté comprise entre 1100 et 1600 HV30, les opérations d'usinage sont limitées à l'exécution de rayons ou de profils, et peuvent être réalisées exclusivement avec des outils en DPC.
  • Au-delà d'une dureté de 1600 HV30, le tournage n'a plus de sens en termes économiques.

 





Sablage de carbure cémenté

Le sablage permet d'éliminer (dans certains cas complètement) les zones stressées thermiquement par le processus d'érosion précédent, ainsi que la zone blanche. De plus, la contrainte de traction résiduelle de surface peut être convertie en contrainte de compression résiduelle, et la couche extérieure de surface du carbure peut être compactée.

Les microcraquelures potentiellement apparues durant le ponçage peuvent également être éliminées par sablage. Le microbillage suivi d'un polissage des surfaces décapées est particulièrement adapté à la finition des outils en carbure. Un matériau de décapage constitué de corindon blanc à grain fin peut être utilisé pour ce processus.

Polissage du carbure cémenté

Le polissage est généralement la dernière opération visant à améliorer la finition de surface de la pièce. Cette opération peut être effectuée automatiquement, à l'aide de machines, ou manuellement.
Avec le carbure, cela se fait généralement à l'aide de pâtes de diamant de différentes tailles de grain, en fonction de la rugosité initiale de la surface.

Les machines destinées au polissage de profilés internes fonctionnent en poussant une pâte contenant des particules de diamant dans la pièce à polir (par exemple extrusion-pierrage). Ce procédé reproductible permet de polir des perforations profondes et petites, mais il est difficile d'améliorer sensiblement la finition de la surface.

Le polissage manuel du carbure est toujours effectué à l'aide de pâte de diamant appliquée sur les pièces à travailler avec différents supports en bois ou en plastique.
Moyennant l’utilisation de différentes pâtes de diamants, il est possible d’améliorer la finition de surface.

En utilisant des supports présentant différentes tailles de grain de support, il est possible d'améliorer considérablement la finition de surface, avec des valeurs Ra allant pouvant atteindre 0,05. Selon les compétences de l'opérateur, il peut être difficile de reproduire exactement le processus manuel. Si des pâtes de diamant plus rugueuses sont utilisées, les profils/rayons peuvent être déformés.

Revêtements galvaniques de carbure cémenté

De nos jours, les revêtements résistants à l'usure sont de plus en plus souvent utilisés pour améliorer la durée de vie des outils et la qualité des processus dans de nombreuses applications. Les procédés de revêtement les plus courants sont le PVD ("Physical Vapour Deposition") et le CVD ("Chemical Vapour Deposition").

Procédé CVD ("Chemical Vapour Deposition")
À une température de 1 000 °C, les composants d'un gaz porteur réagissent et forment des couches résistantes à l'usure à la surface du matériau.

Les avantages : 

  •  Epaisseur élevée                                                                                                                           
  •  Meilleure résistance à l'usure
  •  Excellente adhérence au substrat, liaison chimique avec le substrat
  •  Répartition uniforme du revêtement (les perforations internes, les formes géométriques complexes, etc. peuvent être revêtus)

 

Processus PVD
La technique de "physical vapour deposition" repose sur la vaporisation du matériau afin qu'il puisse être déposé sous la forme d'un film mince. Le matériau sous forme solide est soit chauffé jusqu'à évaporation (évaporation thermique), soit pulvérisé par des ions (pulvérisation).

Avantages :

  • Faible dépôt de température (200-500°C)
  • Possibilité de revêtir des pièces en acier sans perte de dureté
  • Possibilité de recouvrir des outils brasés
  • Bonne précision dimensionnelle (tolérances plus faibles possibles)