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#Livres blancs
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Où utiliser les plaquettes en céramique dans le tournage ?
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De nombreuses personnes s'abstiennent d'utiliser des inserts en céramique pour deux raisons principales : Le prix élevé : Le prix par arête de coupe d'une plaquette en céramique est environ 2 à 3 fois plus élevé que celui d'une plaquette en carbure de même forme et de même taille. Défis techniques : Les plaquettes en céramique sont sensibles aux ruptures lorsqu'elles ne sont pas appliquées correctement.
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Toutefois, lorsqu'elles sont utilisées de manière professionnelle, les plaquettes en céramique permettent d'augmenter considérablement les vitesses de coupe et, par conséquent, de réduire les temps de cycle et les coûts de production.
Dans la plupart des cas, les plaquettes en carbure sont la meilleure solution pour une application de tournage car elles offrent un excellent équilibre entre les performances et le coût. Toutefois, il existe d'autres options à prendre en considération. La plupart de ces "autres" options sont l'utilisation de "matériaux de coupe avancés" ; un surnom pour un groupe de plusieurs matériaux d'une dureté supérieure à celle du carbure qui offrent d'excellentes solutions dans des situations d'usinage uniques.
Tous ces matériaux ont des propriétés communes (par rapport au carbure) :
. Ils sont plus durs.
. Ils permettent d'usiner à des vitesses de coupe plus élevées.
. Ils ne conviennent qu'à des applications et des matériaux de pièces spécifiques.
. Elles sont plus coûteuses.
. La dureté du matériau de coupe avancé par rapport au carbure
La dureté du matériau de coupe avancé par rapport au carbure
Propriétés du matériau de coupe avancé par rapport au carbure
Dureté du matériau de coupe [HV] Prix par arête de coupe Principales applications
Carbure 1,300 - 1,800 4$ - Tous usages
Céramique 2,100 - 2,400 10$ ... Tournage d'acier trempé jusqu'à 55 HRC
... Tournage de fonte à des vitesses de coupe
vitesses de coupe élevées
... Tournage des HRSA à des vitesses de coupe
vitesses de coupe élevées
CBN 4.500 - 5.000 40$ ... Tournage d'acier trempé jusqu'à 65 HRC
PCD 5.000 - 6.000 160$ ... Tournage de l'aluminium à très haute
vitesses de coupe
En raison de leur coût élevé par rapport au carbure, la plupart des machinistes s'abstiennent de les utiliser pour cette seule raison. Cependant, les avantages sont substantiels dans certaines applications et permettent de réaliser des économies massives en réduisant les temps de cycle. Cet article se concentre sur les principaux cas d'utilisation des plaquettes en céramique et sur la manière de les appliquer correctement et de maintenir un processus sûr.
Matériaux de coupe en céramique
Les plaquettes de tournage en céramique sont fabriquées à partir d'oxyde d'aluminium Al2O3 ou de nitrure de silicium Si3N4. Par rapport au carbure, les céramiques offrent les principaux avantages suivants :
. La dureté des nuances de carbure se situe entre 1 300 et 1 800 HV ; les nuances de céramique sont beaucoup plus dures et peuvent atteindre 2 500 HV.
. Elles ont une meilleure dureté à chaud et une superbe stabilité chimique à haute température.
En raison de leur faible conductivité thermique, les plaquettes en céramique transfèrent la majeure partie de la chaleur au copeau et non à l'outil de coupe.
Les plaquettes en céramique sont divisées en plusieurs sous-types (voir le tableau ci-dessous)
NOM COULEUR COMPOSITION APPLICATIONS
Nitrure de silicium Nitrure de silicium gris (Si3N4) Utilisé pour les applications d'ébauche et de finition dans la fonte grise
dans la fonte grise.
Céramique blanche Oxyde d'aluminium blanc (Al2O3) Utilisé pour les applications d'ébauche et de finition dans la fonte alliée
dans les applications de fonte alliée.
Céramique noire / mixte Oxyde d'aluminium noir (Al2O3) Applications de finition sur l'acier dur et la fonte au titane
avec de la fonte au titane
Sialon Grey α et β SiAlON Utilisé pour le tournage des alliages à base de nickel à des vitesses de coupe très élevées
vitesse de coupe très élevée. Offre des performances légèrement inférieures
performance légèrement inférieure à celle des whiskers
mais à un prix beaucoup plus bas
Whiskers Fouets verts en carbure de silicium Ténacité extrême. Utilisées pour le tournage
(SiCw) alliages à base de nickel à des vitesses de coupe très élevées
Vitesses de coupe très élevées
Les principales applications de tournage des céramiques
Acier trempé entre 40 et 60 HRC :
Avec les plaquettes en carbure, vous pouvez usiner l'acier jusqu'à une dureté d'environ 45 HRC, si vous maintenez une vitesse de coupe faible, ne dépassant pas 80 mm/min.
Avec les céramiques, vous pouvez doubler la vitesse de coupe et usiner le matériau jusqu'à une dureté de 55-60 HRC.
Une autre solution courante pour le tournage de l'acier trempé consiste à utiliser des plaquettes CBN. Le CBN peut fonctionner plus rapidement que les plaquettes en céramique et usiner l'acier jusqu'à 70 HRC, mais il est 4 fois plus cher. Les plaquettes en céramique offrent un excellent équilibre entre le prix et les performances pour le tournage de l'acier trempé dans la gamme 45-55 HRC.
Vitesse de coupe avec le carbure 50-100 m/min (jusqu'à 45 HRC)
Vitesse de coupe avec les céramiques 100-200 m/min (jusqu'à 60 HRC)
Gain de productivité +100
Type de céramique recommandé Noir et mixte
Fonte
De nombreux composants de production de masse où le temps de cycle est critique sont fabriqués en fonte. Une plaquette céramique peut fonctionner à une vitesse de coupe allant jusqu'à 750 m/min et réduire le temps de cycle de 40 à 60 %.
Vitesse de coupe avec le carbure 200 - 300 m/min
Vitesse de coupe avec la céramique 400 - 750 m/min
Gain de productivité de +150%
Type de céramique recommandé Nitrure de silicium, blanc et noir
Superalliages à base de nickel
L'industrie aérospatiale est l'une des principales industries qui utilisent des plaquettes en céramique. Le moteur à réaction est composé de nombreuses grandes pièces à base de nickel, dont certaines peuvent atteindre un diamètre de 500 à 1 500 mm. La combinaison de cette taille et des vitesses de coupe lentes entraîne des temps de cycle longs. Par conséquent, les plaquettes en céramique qui peuvent fonctionner jusqu'à 6 fois plus vite sont populaires dans cette industrie.
Vitesse de coupe avec le carbure 25 - 70 m/min
Vitesse de coupe avec la céramique 150 - 400 m/min
Gain de productivité +500
Type de céramique recommandé Sialon
Comment travailler correctement avec les plaquettes en céramique ?
La dureté élevée des céramiques s'accompagne d'une extrême fragilité. Par conséquent, la rupture précoce des plaquettes est un phénomène typique lorsqu'elles ne sont pas utilisées correctement. C'est l'une des principales raisons qui poussent les gens à éviter les plaquettes en céramique. D'un autre côté, en maîtrisant les techniques appropriées, vous pouvez réduire considérablement la durée du cycle et maintenir un processus sûr.
Préparation des bords :
La préparation de l'arête crée la micro-géométrie de l'arête de coupe de la plaquette. Cette zone minuscule s'étendant de 0,03 à 0,2 mm de l'arête a un effet critique sur les performances des outils de coupe. Dans le cas des céramiques, elle devient un facteur vital.
Lorsque vous travaillez avec des plaquettes en céramique, il est essentiel de choisir la bonne préparation d'arête pour votre application spécifique. C'est pourquoi les fournisseurs de plaquettes en céramique doivent proposer dans leurs catalogues plusieurs préparations d'arête pour chaque géométrie.
. Angle de dépouille (nul ou négatif)
. Largeur de l'arête
. Taille du rodage
Plus chacun d'entre eux est grand, plus le tranchant est fort. Lorsque votre application implique des coupes interrompues importantes, vous devriez opter pour un large terrain K avec un angle négatif. Pour une pièce continue et lisse, le rodage devrait suffire.
Engager la pièce à usiner :
Engagez la pièce par un chanfrein. Utilisez une plaquette en carbure pour usiner le chanfrein, et après cela, entrez la pièce avec la plaquette en céramique. L'engagement de la pièce avec une plaquette en céramique sur un angle vif peut casser la plaquette.
Stabilité :
La stabilité est cruciale lorsque vous travaillez avec des céramiques. Prenez toutes les mesures possibles pour la maximiser.
. Serrage ferme de l'outil.
. Surplomb court.
. Bon support de la pièce à usiner.
Pour plus d'informations, site web : www.machiningdoctor.com