7 revêtements d'outils indispensables pour un usinage haute performance

Si vous avez besoin de booster vos opérations d'usinage CNC, il est utile de comprendre comment la technologie des revêtements d'outils peut faire la différence. Voici quelques bonnes raisons d'évaluer un revêtement d'outil de coupe haute performance pour votre prochain travail problématique.

Un bon carbure est important, mais un bon revêtement appliqué à la surface de ce carbure est souvent critique. Dans cet article, nous interviewons le Dr Jon W. Paggett, directeur du développement des revêtements chez Kyocera Hardcoating Technologies, pour discuter des développements récents des revêtements pour outils de coupe et de la manière dont ils aident les ateliers à augmenter leur productivité et à réduire les coûts d'outillage.

Les meilleurs revêtements d'outils pour les fraises, les perceuses et les défonceuses

Kyocera SGS Precision Tools est l'un des principaux fabricants de fraises en bout, de perceuses et de routeurs et propose de nombreux revêtements d'outils différents. Bien que les noms soient exclusifs, il y a les anciens substituts, tels que TiN et TiCN, avec lesquels tout machiniste est familier, ainsi que certains nouveaux venus dans le bloc de revêtement. Voici les sept premiers :

• Ti-NAMITE (nitrure de titane)
• Ti-NAMITE-A (nitrure de titane d'aluminium)
• Ti-NAMITE-B (diborure de titane)
• Ti-NAMITE-C (carbonitrure de titane)
• Ti-NAMITE-X (nanocomposite propriétaire)
• Di-NAMITE (diamant cristallin)
• Ti-NAMITE-M (nanocomposite propriétaire)

Il y en a plus, mais c'est le second—AlTiN, avec son silicium (AlTiN/Si₃ N₄ ) parents - qui, selon Paggett, a largement supplanté le TiN en tant que revêtement de choix pour un large éventail d'applications.

"C'est peut-être le revêtement le plus courant et généralement applicable disponible, et c'est un bon choix de haute performance pour les aciers inoxydables et certains superalliages", explique-t-il. "De plus, l'ajout de chrome à divers revêtements, AlTiCrN et AlCrN, par exemple, améliore la stabilité thermique pour un certain nombre d'applications à haute température."

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Comment les bons revêtements d'outils préviennent les fissures, le délaminage et la défaillance de l'outil

Il y a bien plus dans les revêtements d'outils de coupe qu'un tas de composés chimiques ésotériques. La méthode d'application des revêtements est tout aussi importante, tout comme la préparation des arêtes de l'outil, l'épaisseur du revêtement et la granulométrie du substrat en carbure.

"De nombreux revêtements avancés incluent aujourd'hui des nanostructures telles que des nanocouches ou des nanocomposites", explique Paggett. « En supposant que l'épaisseur de ces couches ultra-minces puisse être contrôlée dans une plage donnée, elles servent à améliorer la dureté et la résistance à l'usure du revêtement, avec seulement un sacrifice minimal en ténacité. Ces structures multiphasiques en couches contribuent également à la déviation des fissures qui se propageraient autrement dans l'outil. »

Les revêtements de nitrure sont généralement dans la gamme de 2 à 4 mm, dit Paggett, notant que les contraintes entre le revêtement et le substrat augmentent avec l'épaisseur du revêtement. Allez trop épais et le résultat pourrait être un délaminage suivi d'une défaillance de l'outil.

Et comme tous ceux qui ont utilisé un TiC ou un autre outil à revêtement CVD hérité peuvent en témoigner, des revêtements plus épais « ternissent » également l'outil en ajoutant au rayon de l'arête de coupe. Ceci est avantageux dans certaines applications (acier au carbone et fonte, par exemple), mais pour l'acier inoxydable, l'aluminium, les aciers à outils et les superalliages, une arête vive et un outil à angle de coupe positif sont généralement le premier choix.

Envisagez-vous un usinage haute performance ? Apprendre. Lire " Est-il temps d'adopter l'usinage haute performance ? ”

L'évolution des revêtements pour outils de coupe

Bien sûr, la technologie de revêtement a beaucoup changé depuis les débuts du TiC et d'autres revêtements CVD. Les outils revêtus de TiC les plus épais d'aujourd'hui sont beaucoup plus tranchants qu'ils ne l'étaient autrefois.

"Les progrès dans l'application des revêtements PVD ont inclus des conceptions de cathode qui tentent de combiner les avantages de l'arc cathodique et de la pulvérisation magnétron", explique Paggett. «La configuration de l'aimant et l'arc pulsé réduisent les macroparticules et créent un revêtement plus lisse à partir des systèmes à arc cathodique, tandis que HiPIMS (pulvérisation magnétron à impulsion haute puissance) augmente le taux d'ionisation et le taux de dépôt des systèmes de pulvérisation. Des progrès sont également réalisés dans les configurations de gravure au plasma, ce qui augmente l'adhérence du revêtement. »

Toutes ces discussions sur les magnétrons et les systèmes de pulvérisation peuvent être des informations enivrantes. Pour un machiniste, tout ce qui compte, c'est la durée de vie de l'outil et la vitesse à laquelle le métal peut être enlevé. Si ce métal est de l'aluminium, note Paggett, jetez un œil attentif à un autre nouveau venu en matière de revêtement, le diborure de titane.

TiB₂ est un excellent revêtement pour les alliages d'aluminium et autres applications non ferreuses. Sa dureté élevée offre une bonne résistance à l'usure dans les alliages d'aluminium abrasifs contenant du silicium et réduit l'arête accumulée qui conduit finalement à la défaillance de l'outil.

Et quel effet la préparation des arêtes a-t-elle sur les performances de l'outil de coupe ?

"Lorsqu'ils sont vus au microscope, les bords d'outils bruts sont assez rugueux", explique Paggett. « Les points hauts agissent comme des concentrateurs de contraintes qui peuvent entraîner une rupture prématurée et une détérioration de l'arête de coupe. Mais la préparation des bords atténue cette rugosité, tout en introduisant un aiguisage qui renforce encore le bord. »

L'impact sur la productivité des revêtements d'outils

Quiconque a récemment acheté un outil de coupe a presque certainement remarqué le prix plus élevé associé à ces revêtements avancés - à 2 à 3 fois le prix des revêtements d'outils "standard", cela en vaut-il vraiment la peine ? Paggett le pense.

Les augmentations de performances potentielles dépendent d'un large éventail de variables, y compris le matériau de la pièce, la géométrie de l'outil, les trajectoires d'outil et la machine-outil, mais des augmentations du taux d'enlèvement de matière de 10 fois ou plus sont possibles dans certaines applications

« L'augmentation de la productivité et de la durée de vie des outils se traduira presque certainement par une réduction nette du coût global », ajoute-t-il.

Certes, une machine-outil plus ancienne ou sous-alimentée ne pourra pas tirer pleinement parti de ces gains de productivité, mais la durée de vie prolongée de l'outil serait toujours bénéfique.

"Dans cet esprit, il existe des applications spécifiques dans les secteurs médical et aérospatial où ils peuvent être réticents à utiliser des revêtements en raison de problèmes de biocompatibilité ou de transfert de matériau", explique Paggett. "Cependant, pour la plupart des applications, il incombe aux ateliers d'évaluer et de tester les nouveaux revêtements dès qu'ils sont disponibles."

Quels sont vos revêtements d'outils préférés pour les matériaux difficiles à couper ? Parlez à vos pairs dans le forum métallurgie . [inscription requise]