Un guide de sélection d'outils de coupe :Métaux ferreux et non ferreux

Est-il important qu'un matériau de travail des métaux soit ferreux ou non ferreux ? Le facteur le plus important est de comprendre comment n'importe quel matériau fonctionne avec vos outils de coupe dans vos machines - et cela compte, trouvez des fabricants d'outillage ayant des connaissances en métallurgie. Découvrez ce que vous devez savoir sur les principales différences entre les types de métaux pour l'usinage.

Demandez à n'importe quel machiniste de définir le mot « ferreux » et vous entendrez probablement la même réponse :les métaux ferreux sont ceux qui rouillent :l'acier au carbone, la fonte, l'acier à outils, etc. Cette affirmation, bien que vraie, est incomplète, car la définition métallurgique est à la fois plus spécifique et englobe une gamme beaucoup plus large de métaux.

« En termes simples, les matériaux ferreux contiennent du fer », déclare Aaron Schade, responsable de programme pour le Knowledge Center Americas de Kennametal. "Bien sûr, cela inclut la fonte et l'acier, mais vous envisagez également des métaux qui ne rouillent généralement pas, comme l'acier inoxydable et la plupart des superalliages."

Mais vu d'une autre manière, le groupe de matériaux non ferreux comprend l'aluminium, le cuivre, le laiton, le plastique et les composites, et tout ce qui ne fait pas partie de ce groupe peut être classé comme ferreux. Mais qu'ils soient ferreux ou non ferreux, ils contiennent tous deux une grande variété de matériaux qui nécessitent un large éventail de caractéristiques de conception, de vitesses et d'avances différentes, explique Schade.

Un puriste pourrait soutenir que de nombreux alliages d'aluminium et même certains cuivres et bronzes sont donc ferreux car ils contiennent également de petites quantités de fer. Mais c'est probablement une simplification excessive. Il ne s'agit pas seulement de savoir si le fer est présent :c'est la quantité de fer, note Schade.

Les métaux non ferreux ne contiennent pas du tout de base de fer ni de quantités significatives de fer. Par exemple, l'acier inoxydable 316 contient environ 62 à 72 % de fer; L'Inconel 718 est une base de nickel, mais contient toujours 17 % de fer et l'aluminium 6061-T6 ne contient qu'un maximum de 0,7 % de fer. C'est pourquoi Schade dit qu'il est difficile de faire des déclarations radicales sur un sujet aussi profondément technique.

"Ce qui est plus pertinent, c'est d'identifier les outils qui fonctionnent le mieux pour un matériau donné, quelle que soit sa nomenclature", déclare Schade.

Binky Sargent, responsable de l'analyse des matériaux chez Kennametal, est d'accord. « Qu'il s'agisse d'acier ferreux ou non ferreux, d'acier inoxydable 304 ou 6061-T6, la chose la plus importante à prendre en compte est la façon dont l'outil de coupe interagit avec le matériau », dit-elle. "Vous devez savoir comment le copeau est formé et les moyens les plus efficaces de le retirer de la zone de travail, quel effet les propriétés thermiques et chimiques du matériau auront sur l'outil et la forme de la pièce par rapport à la forme et à la géométrie du coupeur.”

Essentiellement, la sélection d'un outil approprié dépend de bien plus que la classification métallurgique du matériau de la pièce.

Métaux ferreux et non ferreux : sélectionner le bon outil de coupe

Kennametal et d'autres fabricants d'outils coupants évitent le « ferreux par rapport aux non-ferreux » et basent plutôt leurs groupements de matériaux sur des caractéristiques métallurgiques telles que la dureté, la résistance, la ductilité, la conductivité thermique et la composition chimique. Ce sont ces attributs qui déterminent quel outil de coupe est le plus efficace pour usiner un matériau donné et comment l'appliquer au mieux. La liste suivante décrit chacune des catégories de Kennametal, ainsi que quelques directives de base sur la sélection des outils de coupe :

Acier :P1 – P6

Les aciers à faible teneur en carbone tels que 1018 et A36 entrent dans la catégorie P1, tandis que P6 comprend les aciers inoxydables PH (durcissement par précipitation) et 400 (440C, 15-5 et 17-4, pour n'en nommer que quelques-uns). Entre les deux se trouvent les aciers à outils (D2, S7), les aciers à moules (P20) et divers aciers alliés (4340, 8620, etc.). De manière générale, un outil en carbure revêtu d'oxyde d'aluminium à angle de coupe positif fonctionne bien sur les métaux P1 et P2 plus tendres, tandis qu'un outil avec une meilleure préparation des bords (pensez aux K-lands) et un angle de coupe plus négatif est préférable à mesure que la dureté augmente.

Acier inoxydable :M1 – M3

Contrairement aux aciers inoxydables ferritiques et martensitiques que l'on trouve dans le groupe P, les aciers inoxydables de type M1 et M2 sont austénitiques (c'est-à-dire qu'ils ont une structure cristalline cubique face centrée), tandis que les aciers duplex M3 (Nitronic en est un) ont une structure biphasée. microstructure qui comprend des ferrites, ce qui les rend très résistants. Les aciers inoxydables et duplex contiennent également au moins 10,5 % de chrome, ainsi que du nickel et d'autres éléments difficiles. En règle générale, utilisez un outil revêtu par CVD à angle de coupe positif avec une préparation minimale des arêtes, des vitesses d'avance modérées et des profondeurs de coupe plus faibles.

Besoin d'aide pour l'usinage du nickel ? Lire " 5 astuces de coupe de métal pour les alliages haute température à base de nickel . »

Fonte :K1 – K3

Le fer se trouve dans tout, des couvercles de trou d'homme, qui utilisent de la fonte K1 ou grise, aux disques de frein, qui utilisent du CGI, ou de la fonte à graphite compact, qui est un métal K2, jusqu'aux étaux trouvés sur les centres d'usinage de l'atelier. Les étaux utilisent une fonte ductile de qualité K3, également connue sous son nom commercial « Dura-Bar ». Tous les fers sont à copeaux courts et abrasifs, ce qui fait des outils de coupe en céramique et PCBN à dessus plat (zéro à négatif) le premier choix. Le carbure à revêtement CVD fait un excellent travail sur tous les fers sauf les plus durs.

Non ferreux :N1 - N7

Comme le souligne Schade de Kennametal, non ferreux est tout matériau qui ne contient pas de fer, principalement. Les désignations N1 à N3 incluent tous les aluminiums, de l'omniprésent 6061-T6 à l'eutectique et très abrasif Al-12Si.

N4 signifie cuivre, laiton et alliages à base de zinc, ce qui constitue une liste importante de métaux largement usinables. N5 à N7 contient tout, du plastique et du caoutchouc au graphite et au CFRP.

Du point de vue de l'outil de coupe, la plupart de ces matériaux s'usinent bien avec une plaquette en carbure ou en PCD ou en diamant polycristallin à haute valeur positive, généralement non revêtue, bien que les plastiques souples et les caoutchoucs puissent mieux couper avec un embout HSS très tranchant.

Superalliages :S1 – S4

Comme son nom l'indique, la série S d'alliages haute température fait partie des matériaux les plus difficiles à usiner et comprend :

• S1 :A286, qui est à base de fer ou d'un alliage S1
• S2 :Stellite contenant du cobalt
• S3 :l'Inconel 625 et le Monel sont des superalliages à haute teneur en nickel
• S4 :le titane tel que Ti6Al-4V est le matériau le plus courant

Les copeaux longs et filandreux sont la règle, tout comme les encoches de profondeur de coupe, l'écrouissage et les arêtes rapportées. Des outils de coupe tranchants et positifs sont nécessaires, ainsi que des vitesses de coupe plus lentes et une configuration rigide. Pour une plus grande productivité, pensez aux outils de coupe en céramique, à l'exception du titane, en raison de sa réactivité chimique.

Matériaux durcis :H1 – H4

Une fois que l'acier à outils, les aciers inoxydables à pH et les aciers à haute teneur en carbone ont été durcis par traitement thermique, il est souvent nécessaire de passer d'un outil de coupe en carbure à un outil en céramique ou en "PCBN", qui signifie nitrure de bore cubique polycristallin.

Les profondeurs de coupe et les vitesses de coupe doivent également être réduites, afin d'atténuer l'extrême résistance à l'usure et l'abrasivité des matériaux trempés H1 (jusqu'à 48 HRC) à H4 (supérieure à 60 HRC). Comme pour les superalliages, plus la configuration est rigide, mieux c'est.

Critères de sélection d'outils de coupe similaires pour tous les fabricants d'outils

Brian Hoefler, ingénieur d'application d'entreprise pour Seco Tools et Sandvik Machining Solutions, utilise des descriptions de matériaux légèrement différentes de celles de Kennametal, mais les critères de base pour la sélection des outils de coupe sont les mêmes.

"L'usinabilité de tout matériau dépend en grande partie de sa microstructure, de sa conductivité thermique, de sa teneur en carbone, de la présence d'éléments d'alliage comme le molybdène et le tungstène, et de toute une série d'autres variables", explique Hoefler.

En fin de compte, le choix du bon outil se résume généralement au matériau, à la géométrie et au revêtement de l'outil de coupe les plus efficaces pour rompre les liaisons métallurgiques du matériau de la pièce tout en résistant à la chaleur et à l'abrasivité générées lors de l'usinage.

"En cas de doute, communiquez avec un fournisseur d'outils de coupe compétent pour obtenir de l'aide", déclare Hoefler. "Peu importe ce que vous coupez, il y a de fortes chances qu'une solution productive et rentable soit disponible."

Connaissez-vous bien la composition métallique des matériaux que vous coupez ? Partagez avec vos pairs.