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RÉSUMÉ
Inventés au XIXe siècle, les premiers matériaux de coupe ont depuis fait l’objet d’innovation et d’augmentation des performances. À ce jour, des matériaux tels les CBN ou les PCD permettent l’usinage de matériaux très complexes et très durs. Le matériau de coupe qui a le plus évolué ces trente dernières années est le carbure de tungstène dont les améliorations permanentes l’ont rendu de plus en plus polyvalent et performant. Cet article reprend en détail toutes ces évolutions.
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Invented in the 19th century, the first cutting materials have since been subject to innovation and increased performance. Today, materials such as CBN or PCD allow the machining of very complex and hard materials. The cutting material that has evolved the most in the last thirty years is tungsten carbide, whose permanent improvements have made it increasingly versatile and efficient. This article describes these developments in detail.
Auteur(s)
-
François BAGUR : Travailleur indépendant – Consultant et formateur en ingénierie d’usinage depuis 1987, Aulnay (17), France
INTRODUCTION
Les outils coupants sont des instruments destinés à travailler la matière par enlèvement de copeaux. Il semble que les premiers outils obtenus par forgeage avant le début de l’ère chrétienne aient été le bédane, le burin et le foret à langue d’aspic, puis la lime et la scie.
Avec l’apparition du tour, le peigne a permis la création des outils de filetage : tarauds puis filières. Jusqu’à la fin du XIXe siècle, tous les outils étaient ainsi fabriqués soit par forgeage et usinage, soit par usinage seul. Le matériau de coupe était l’acier fondu.
Dans le courant du XXe siècle sont apparus d’une part de nouveaux matériaux (aciers rapides, carbures métalliques, céramiques, cermets, diamants, etc.) et d’autre part des techniques de mise en forme telles que moulage, rectification dans la masse, métallurgie des poudres, revêtements, l’ensemble fournissant des outils de plus en plus efficaces.
Le XXIe siècle démarre aussi par des avancées technologiques importantes dans le domaine des matériaux pour outils de coupe. Il n’y a pas eu (pour l’instant) de nouveaux matériaux créés, mais une partie des matériaux existants ont été fortement améliorés.
Au niveau technico-économique, il est courant d’admettre que depuis 2005 environ, la productivité a pu être multipliée par trois compte tenu des améliorations des outils coupants, des machines, des FAO… Cet article décrit toutes les avancées technologiques sur les matériaux de coupe.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
ceramic | Cutting materials | High speed steel | Carbide | Diamond
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1999 par François BAGUR
DOI (Digital Object Identifier)
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Sélection des matériaux et vitesses de coupe2. Matériaux
Le rendement économique des machines-outils dépend essentiellement des performances des outils de coupe. En plus, des conditions d’utilisation de l’outil (section 1.2), celles-ci sont fonction des propriétés du matériau qui constitue l’arête de coupe : ténacité et résistance à l’abrasion.
D’une manière générale, un matériau est d’autant plus tenace que les contraintes, statiques ou dynamiques (chocs), provoquant sa rupture sont plus élevées. Plus précisément, on caractérise cet aspect des matériaux de coupe par leur ténacité K Ic, facteur critique d’intensité de contrainte, provoquant la propagation de fissure en mode I (cf. articles « Essais mécaniques des métaux » dans le traité « Matériaux métalliques »), leur contrainte de rupture en flexion σ rf ou leur résilience (rupture par chocs) (tableau 1).
À noter que les contraintes auxquelles sont soumis les outils de coupe ont une double origine : contraintes mécaniques (effort de coupe) et contraintes thermiques (dilatation, évolution des caractéristiques intrinsèques, chocs ou fatigue thermique).
La ténacité et la résistance à l’abrasion sont des qualités contradictoires.
La résistance à l’abrasion est toutefois prépondérante pour le travail à grande vitesse de coupe. Elle dépend de la composition chimique du matériau – qui (avec le mode d’arrosage) détermine la valeur du frottement – et surtout de sa dureté à chaud (figure 6) qui limite les effets de celui-ci et qui doit être, à la température de coupe, de HRC 50 à 55 pour l’usinage de l’acier.
Plusieurs matériaux conservant cette dureté à des températures de plus en plus...
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Matériaux
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CHEVALIER (A.), BIHAN (J.) - Guide du technicien en productique. - Méthodes de production en usinage, Hachette (2013).
-
(2) - OXLEY (P.L.B.) - Modelling machining processes with a view to their optimization - . – (1988).
-
(3) - DUDZINSKI (D.), MOLINARI (A.) - A modelling of cutting for viscoplastic materials. - International Journal of Mechanical Sciences, 39, p. 369-389 (1997).
-
(4) - BING HOU (Z.), KOMANDURI (R.) - Modelling of thermomechanical shear instability in machining. - International Journal of Mechanical Sciences, 39, p. 1273-1314 (1997).
-
(5) - ALTINTAS (Y.) - Manufacturing Automation, Metal Cutting Mechanics. - Cambridge University Press (2000).
-
(6) - MOLINARI (A.), MOUFKI (A.) - A new thermomechanical model of...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Domaine de fonctionnement des outils coupants – Couple outil-matière – Partie 1 : présentation générale. - NF E66-520-1 - Septembre 1997
-
Domaine de fonctionnement des outils coupants – Couple outil-matière – Partie 2 : description général. - NF E66-520-2 - Septembre 1997
-
Domaine de fonctionnement des outils coupants – Couple outil-matière – Partie 3 : application à la technologie de tournage. - NF E66-520-3 - Septembre 1997
-
Domaine de fonctionnement des outils coupants – Couple outil-matière – Partie 4 : mode d'obtention du couple outil-matière en tournage. - NF E66-520-4 - Septembre 1997
-
Domaine de fonctionnement des outils coupants – Couple outil-matière – Partie 5 : application à la technologie de fraisage. - NF E66-520-5 - Septembre 1999
-
Domaine de fonctionnement des outils coupants – Couple outil-matière – Partie 6 : mode d'obtention du couple outil-matière en fraisage. - NF E66-520-6 - Septembre 1999
-
...
1 Acteurs institutionnels importants en usinage
Laboratoires des Arts et Métiers, en particulier le LABOMAP de Cluny.
Laboratoire CIRTES (développement, entre autres, du procédé Actarus® de mesure des températures en usinage).
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