Les outils de tour

Les outils de tour sont d’une importance fondamentale dans le domaine de l’usinage mécanique. Pour choisir un outil de tour, il faut essentiellement tenir compte de deux caractéristiques différentes: la géométrie des arêtes de coupe et du système de support; le matériau dans lequel les arêtes de coupe sont réalisées; Deuxièmement, d’autres facteurs entrent en jeu, comme les caractéristiques du matériau à usiner, la conformation de la pièce à réaliser, la qualité et les tolérances requises et enfin les coûts et la productivité. Une autre caractéristique souvent considérée comme acquise est le type de machine utilisée. Le numéro un ennemi de tournage outils est la chaleur générée par le frottement impliqué qui se déforme et porte les arêtes de coupe qui les rend inutilisables après un certain nombre de minutes. Pour réduire ce problème, les outils de tour sont fabriqués en tenant compte de certains facteurs d’importance fondamentale tels que: la dureté qui doit être plus grande à haute température;, ténacité pour éviter l’écaillage dû aux contraintes et aux vibrations; résistance à la déformation et à l’usure; une certaine stabilité chimique pour éviter les réactions chimiques entre l’outil et la pièce à haute température. Après avoir fait cette prémisse, nous arrivons aux matériaux avec lesquels les outils de tour sont construits. Cela commence par les aciers au carbone et les aciers ultrarapides qui, cependant, deviennent progressivement de plus en plus obsolètes au profit des carbures métalliques, céramiques, nitrures et diamantés.

Outils de tour en acier au carbone

Ce type de matériau est, comme déjà mentionné, désaffecté principalement parce que lors du traitement, la chaleur produite modifie les caractéristiques mécaniques de l’outil, en particulier lorsque les températures dépassent 200 à 250 degrés. Sous ces températures, au-delà desquelles il est conseillé d’arrêter l’usinage, les outils de tour ont une dureté et une résistance mécanique moyennes à élevées. Par conséquent, pour éviter les problèmes dus à une surchauffe, il est nécessaire de réduire la vitesse de coupe qui affecte inévitablement la productivité.

Outils de tour en acier rapides et super rapides

Pour augmenter les caractéristiques mécaniques des outils en acier au carbone et donc pour augmenter la productivité avec une vitesse de coupe plus élevée, il a été décidé d’insérer des pourcentages plus élevés d’éléments d’alliage, augmentant la dureté et réduisant l’usure. Avec l’ajout de tungstène, de molybdène, de chrome et de vanadium, la dureté reste stable jusqu’à des températures d’environ 450 degrés. Grâce à l’excellente ténacité de ces aciers et à la possibilité de créer des angles de coupe élevés, la production de chaleur due au frottement diminue considérablement dans ce type de matériau de coupe. Il a été utilisé jusqu’à récemment principalement sur les matériaux souples et à copeaux longs, y compris les plastiques. Souvent utilisé sous la forme d’une lame de séparation avec un affûtage créé directement par les opérateurs.

Outils de tour en carbure métallique

Communément appelés inserts en métal dur ou widia. En mélangeant des poudres de carbure métallique avec des poudres métalliques telles que le nickel ou le cobalt et en les compactant à haute pression en combinaison à haute température, on obtient des inserts frittés de différentes formes en fonction du type de traitement mécanique à réaliser. Grâce à l’excellente résistance aux températures élevées et à la dureté élevée et très stable, ces matériaux sont adaptés à l’usinage d’aciers avec des vitesses de coupe très élevées par rapport aux catégories décrites ci-dessus. En fonction de la taille des poudres, de la composition chimique et du degré de compacité avec lequel elles ont été pressées, il y aura les variables suivantes: résistance aux chocs, résistance à la corrosion, résistance à l’usure, résistance aux variations thermiques. Certains petits inconvénients de cette conformation chimique sont par exemple la perte de ténacité par rapport aux aciers ultra-rapides et le coût nettement plus élevé même s’il peut être absorbé avec une nette augmentation de la productivité. À cet égard, les plaques (ou inserts) ont été créées qui sont montées mécaniquement sur le corps d’outil en acier. Les formes sont assez simples compte tenu de la difficulté de presser les poudres dans des géométries plus complexes: on passe de la forme ronde à la forme rhomboïde. La forme de la plaque est importante et influe sur la géométrie de l’usinage à effectuer, le nombre d’arêtes de coupe lui-même et la résistance à la rupture. Les formes rondes ou avec de grands rayons en haut des arêtes de coupe sont plus résistantes que les formes rhomboïdes et pointues.

Outils de tour en matériaux revêtus

inserts de tour en carbureUn autre type d’outils de tour est celui des outils en carbure revêtu. Le but est toujours le même et c’est d’augmenter la dureté et la résistance à l’usure sans compromettre la ténacité aux températures élevées qui se développent pendant le traitement. Cette couche superficielle comprise entre 5 et 20 microns est appliquée sur des outils en carbure mais aussi sur des outils en acier rapide. Grâce au faible coefficient de frottement de la couche de revêtement en combinaison avec de bons lubrifiants, ces outils améliorent la vitesse de coupe et donc la productivité par rapport aux outils non revêtus. Les types de revêtement les plus courants sont: le nitrure de titane (TiN), le carbure de titane (TiC), le trioxyde d’aluminium (Al 2 O 3 ) et le carbonitrure de titane (TiCN).Actuellement, presque tous les matériaux sont traités avec des inserts revêtus, à l’exception de certains alliages d’aluminium, de laiton et d’alliages de cuivre.

Outils de tour en matériau céramique

inserts de tour en céramiqueLes outils de tournage en céramique à base d’oxyde d’aluminium (Al 2 O 3 ) se distinguent principalement en deux sous-catégories: en céramique blanche et en céramique noire. Ceux avec de la céramique noire, en plus du composant principal qui est l’oxyde d’aluminium, contiennent un pourcentage élevé de carbures métalliques pour augmenter leur ténacité et leur contrainte aux chocs thermiques. Malheureusement, à mesure que la dureté augmente, la fragilité augmente également, de sorte qu’ils conviennent pour une coupe continue, de préférence sur des machines très rigides. Ces plaquettes de tour sont adaptées à l’usinage de métaux très durs tels que les aciers trempés, les fontes ou les super alliages permettant des finitions de haute qualité.Les outils de tournage en céramique à base de nitrure de silicium (Si 3 N 4 ) ont une dureté très élevée même à des températures élevées et sont plus tenaces, résistant aux chocs thermiques encore meilleurs. Les alliages de titane, les alliages de nickel et les fontes sont très bien travaillés avec ces outils, alors qu’ils ne sont pas considérés comme appropriés pour les aciers.

Outils de tour en nitrure de bore cubique

Plaquettes de tour CBNAprès le diamant, le nitrure de bore cubique (CBN) est le matériau le plus dur connu et possède une caractéristique très importante: il maintient la dureté jusqu’à des températures de 2000 degrés centigrades. La plaque n’est généralement pas entièrement en CBN en raison du coût élevé de ce matériau: une feuille mince d’environ 1 mm qui fait office d’arête de coupe est rapportée pour le brasage. Ce “revêtement” est également adapté à l’usinage des aciers trempés et des super alliages, garantissant des finitions élevées jusqu’à Ra 0,3 micron.

Outils de tour diamant polycristallin

Aussi connu sous le nom de PCD (ou PKD), il a une dureté très similaire à celle du diamant naturel. La fabrication de ces plaques se fait par frittage à haute pression associé à des températures très élevées: les carbures métalliques sont mélangés à de très fines particules de diamant. Le matériau obtenu est «collé» par brasage sur un insert en carbure fritté. Les matériaux qui peuvent être facilement travaillés sont les alliages de cuivre, de laiton et de magnésium. Dans l’industrie automobile, il est utilisé quotidiennement dans le traitement de l’aluminium et de ses alliages. Il ne convient pas très bien aux alliages de nickel et de titane et aux matériaux ferreux en général en raison de sa forte réactivité avec les composants chimiques qui les contiennent.