Usinabilité des matériaux difficiles - Application aux aciers durcis

L’usinage d’aciers traités thermiquement dans leur état durci n’est pas nouveau, et existe depuis sans doute que les matériaux à outil durs ont vu le jour. Cela n’a pu se faire que par la mise au point de matériaux à outil nouveaux. C’est le cas des céramiques. Les produits céramiques (appelés poterie) sont connus depuis le néolithique. Il s’agissait d’articles d’usage quotidien, tels que les récipients façonnés à la main. La production de la céramique est donc l’une des plus anciennes technologies humaines. Les premiers brevets et publications sur les matériaux de coupe céramiques à base d’aluminium (Al₂O₃) datent du début du XX ^e siècle en Allemagne. Des recherches systématiques commencèrent dans les années 1930. Mais ce n’est qu’après la Seconde Guerre mondiale que furent intensifiés la recherche et le développement. Des résultats, permettant l’exploitation de la céramique, ont été mis au point en particulier aux États-Unis, en URSS et en Allemagne. L’application pratique de la céramique de coupe fut présentée pour la première fois lors des expositions de la machine-outil de Chicago, en 1956, et de Hanovre en 1957. Les premiers métaux de coupe étaient surtout des céramiques très pures, à base d’oxyde d’aluminium. Cette matière présente des valeurs mécaniques de très hautes résistances. C’est l’oxyde le plus stable, possédant une excellente stabilité chimique jusqu’aux températures avoisinant son point de fusion (2 050 ^oC).

Cette céramique oxydée rendait possible l’usinage des fontes et des aciers à des vitesses qui, pour la première fois, excédaient la limite des 1 000 m/min. Le terme d’« usinage à grande vitesse » était né. La performance de la céramique de coupe était alors très supérieure aux possibilités des machines-outils existantes. Il était donc devenu nécessaire de perfectionner les machines-outils tant sur leur stabilité que sur leur puissance, leur vitesse et leur contrôle. Dès le début des années 1960, une importante réorientation commença et eut pour effet une évolution réciproque sur les outils et les machines.

Au début du XX ^e siècle, nul n’aurait pensé qu’un matériau de coupe céramique jouerait un rôle aussi important dans le domaine de l’usinage.

Ces produits céramiques offrent de nombreuses possibilités d’applications en raison de leurs propriétés remarquables (non métallique, inorganique, réfractaire), et leur champ d’application s’agrandit de jour en jour, malgré l’image particulière de fragilité, de rupture, etc.

Il en est de même pour le nitrure de bore cubique (c-NB) qui a été synthétisé pour la première fois en 1957 à la General Electric Company aux États-Unis. Cependant, il n’a été utilisé industriellement pour la coupe des métaux qu’à partir du milieu des années 1970.

La prise de conscience industrielle à propos de la technique du tournage dur n’a été vraiment effective qu’à partir du début des années 1990. Il s’est donc passé une trentaine d’années entre la possibilité d’utiliser la technique et la naissance du besoin. Ce temps de transfert technologique peut paraître long, mais rétrospectivement on pouvait bien se demander à quoi cela pouvait être utile d’usiner par un autre procédé des pièces traitées, alors que la rectification était très performante. En 20 ans, les mentalités ont beaucoup évolué, et les contraintes de fabrication ont été bouleversées, notamment suite aux directives européennes en matière d’environnement.

À présent, tout industriel a compris que fabriquer écologique devenait une nécessité, voire une action civique vis-à-vis des générations futures. Avec la réglementation environnementale en vigueur, les industries sont contraintes de traiter ou recycler leurs déchets, sous peine de fortes pénalités.

Ces contraintes environnementales ont amené les entreprises qui génèrent des boues de rectification à réfléchir sur la façon de fabriquer leurs pièces. Effectivement il est préférable de produire des déchets recyclables tels que des copeaux plutôt que des boues de rectification chargées d’hydrocarbures.