La rentabilité de la fabrication grâce à des outils de coupe bien entretenus

Comme pour tout travail, il existe un outil adapté à chaque tâche. Dans la fabrication, un usinage réussi dépend d'outils de coupe tranchants et bien entretenus qui garantissent non seulement la précision, mais aussi la vitesse. L'affûtage réussi des outils de coupe dépend de l'utilisation de la meule, de la configuration de l'outil et de la méthode de meulage appropriées pour chaque type d'outil. Cet article fournit des informations de base mais précieuses sur l'affûtage des outils de coupe. Le processus est conçu pour maintenir le flux de fabrication aussi efficace que possible, assurant une meilleure compétitivité à l'échelle nationale et même mondiale.

La méthode la plus courante pour affûter un outil usé est le « meulage ». Des meules conventionnelles (oxyde d'aluminium et carbure de silicium) et super abrasives (nitrure de bore cubique, CBN) sont utilisées à cette fin. Cependant, les meules conventionnelles s'émoussent plus rapidement, deviennent émaillées et polies, réduisant ainsi la productivité du meulage et causant des dommages thermiques/métallurgiques à l'outil en cours de meulage. Lors du choix d'une meule et des coûts d'amélioration par rapport à l'effet sur le résultat, voici quelques facteurs majeurs qui font des meules CBN un meilleur choix que les meules conventionnelles pour l'affûtage des outils de coupe :

Les grains de CBN ont une conductivité thermique 55 fois supérieure, une résistance abrasive quatre fois supérieure et une dureté deux fois supérieure à celle des abrasifs à l'oxyde d'aluminium. Cette combinaison rend les meules CBN particulièrement bien adaptées à la rectification d'outils en acier à grande vitesse et en acier superallié, offrant :

• longue durée de vie des meules à des taux d'enlèvement de matière élevés ;
• peu ou pas de dommages thermiques au bord de coupe en raison de l'action de coupe froide ;
• arêtes de coupe toujours tranchantes, sans bavures et sans perte de dureté ;
• contrôle facile et plus efficace des tailles, formes et finitions des outils ; et,
• augmentation de la productivité de l'affûtage des outils en raison de la réduction des temps d'arrêt dus à la panne et au conditionnement des meules, et moins de temps requis pour le calibrage, l'allumage et les changements de meules.

Les grains de CBN ne réagissent pas chimiquement avec les aciers et conservent leur résistance au-dessus de 10 000 degrés Celsius. Le meulage avec des meules CBN améliore également la résistance à la fatigue et prolonge la durée de vie utile de l'outil de coupe.

Cependant, avant de remplacer une meule en corindon par une meule CBN, il est important de s'assurer que le système de meulage peut profiter du potentiel de productivité qu'offre une meule CBN. Les principaux facteurs à prendre en compte sont :

• la rectifieuse (qui doit avoir des roulements de broche serrés et des glissières ajustées pour éliminer les vibrations et les vibrations, une vitesse de broche constante pour augmenter l'efficacité et des vitesses d'avance fiables pour préserver la durée de vie de la meule );
• exigences de puissance (les matériaux broyés avec des roues CBN sont généralement durs et nécessitent plus de puissance pour retirer une quantité donnée de matériau de la pièce) ; et,
• la bonne utilisation du liquide de refroidissement.

Sélection des roues

Lors de la sélection d'une meule CBN pour les opérations de rectification d'outils et de fraises, les points suivants doivent être pris en compte :

Type d'obligation : La liaison est une considération primordiale dans le choix de la meule CBN appropriée. Les meules à liant résine sont utilisées pour la plupart des opérations de meulage d'outils et de fraises. Des meules électrolytiques sont utilisées pour le meulage de formes.

Taille de grain : Lors du remplacement d'une meule en oxyde d'aluminium par une meule CBN, il est sage de suivre les recommandations énumérées dans le tableau suivant concernant les tailles de grain.

TAILLES DE GRAIN COMPARATIVES Roues en oxyde d'aluminium Roues CBN 46-60 80-140 80-120 170-325 150-220 325-400

Concentration : Les meules avec des niveaux de concentration de 75 à 100 sont recommandées car elles offrent de bons taux d'enlèvement de matière et une longue durée de vie des meules, et sont généralement les plus économiques.

Les facteurs tels que la méthode de meulage, le mode de meulage et la vitesse et les vitesses d'avance utilisées affectent également l'efficacité d'une opération de meulage d'outils et de fraises. Par exemple, la méthode de broyage peut être soit humide, soit sèche, et les deux peuvent être utilisées avec succès. Le meulage à sec avec une meule CBN à liant résine s'est avéré efficace. De faibles vitesses d'avance sont recommandées pour éviter que la pièce brûle pendant le meulage à sec. Le broyage humide avec de l'huile pure ou une huile soluble dans l'eau à usage intensif est très efficace. Il est important que le fluide de coupe soit appliqué directement à l'interface de la roue de travail pour un refroidissement et une lubrification maximum.

En ce qui concerne le mode de broyage, si le broyeur a une puissance et une rigidité suffisantes, un broyage à avance lente en un seul passage est recommandé. Généralement, ce mode de meulage produit la productivité la plus élevée, la plus longue durée de vie de la meule et la meilleure finition de la pièce. La rectification conventionnelle multi-passes est également très efficace pour la plupart des opérations de rectification d'outils et de fraises. Les vitesses de meule recommandées pendant le meulage à sec sont de l'ordre de 3 000 à 4 500 pieds de surface par minute (15 à 23 mètres par seconde). Les vitesses de meule plus élevées peuvent provoquer des brûlures sur les bords de l'outil. En meulage humide, des vitesses de meule comprises entre 5 000 et 6 500 SFPM (25 à 33 m/s) donnent d'excellents résultats. En général, les vitesses plus élevées améliorent à la fois la durée de vie des roues et les taux d'enlèvement de métal.

La vitesse d'avance transversale doit être maintenue constante en raison des caractéristiques de coupe libre et froides des meules CBN. Dans la mesure du possible, utilisez le mode de broyage en un seul passage à avance lente. Utilisez des vitesses d'avance plus faibles lors du broyage à sec. Les coupes d'ébauche doivent avoir une profondeur d'environ 0,002 pouce (0,05 millimètre), tandis que les coupes de finition ont généralement une profondeur de 0,005 à 0,001 pouce (0,01 à 0,02 millimètre). Les passes d'allumage ne sont pas nécessaires lors de l'utilisation de meules CBN car si la meuleuse est en bon état, tout ce qui est réglé pour la profondeur de coupe est ce qui est retiré de l'outil à meuler.

Pour que l'opération de meulage soit réussie, les meules CBN doivent être montées sur un adaptateur de haute qualité et doivent être maintenues ensemble comme une unité pendant toute la durée de vie de la meule. Un comparateur à cadran doit être utilisé pour régler la roue à 0,001 pouce (0,02 millimètre) ou moins sur la face de la roue. En outre, un dispositif de dressage approprié doit être utilisé pour un type donné de meule CBN, et la meule doit être rectifiée et correctement dressée sur la machine sur laquelle elle sera utilisée.

Ces dernières années, de nouveaux développements ont été réalisés dans les rectifieuses d'outils qui combinent automatisation et flexibilité et promettent une précision et une productivité accrues. L'utilisation de meules CBN pour le meulage de fraises en bout, de fraises, de fraises-mères et d'une variété d'outils de coupe trempés peut réduire le coût du meulage tout en produisant des arêtes de coupe de meilleure qualité. Comme les meules CBN durent beaucoup plus longtemps que les meules conventionnelles et nécessitent peu ou pas de conditionnement, il y a moins de temps d'arrêt pour l'entretien des meules. Les économies de coûts de meulage avec les meules CBN peuvent aller de 20 à 50 %, voire plus selon les applications.

À propos de l'auteur :

Le Dr Anil Srivastava est le directeur de la technologie de fabrication chez TechSolve à Cincinnati. Il compte plus de 30 ans de recherche, d'enseignement et d'expérience en fabrication, plus particulièrement dans les domaines de l'usinage et du meulage. Le Dr Srivastava a obtenu son doctorat. diplôme en génie mécanique de l'Institut indien de technologie de Kanpur, en Inde. Il a géré de nombreux projets industriels liés à l'optimisation du processus d'usinage, à l'usinage rentable des matériaux, à l'évaluation des performances des outils de coupe/revêtements et aux fluides de travail des métaux. Il gère actuellement un projet de 6 millions de dollars sur trois ans attribué par le NIST-ATP pour développer une optimisation et un contrôle intelligents des processus de broyage.