Maîtriser l'usinage du graphite : outillage, fluide de coupe et sécurité

Malgré le fait d'être un matériau plus tendre, le graphite est en réalité l'un des matériaux les plus difficiles à usiner. Il y a de nombreuses considérations que les machinistes doivent faire en termes d'outillage, d'utilisation de fluide de coupe et de sécurité personnelle lorsqu'il s'agit d'usiner ces pièces. Ce billet « In The Loupe » examinera les propriétés du matériau, les techniques d'usinage clés à considérer, et des conseils pour sélectionner correctement les outils de coupe pour réussir dans ce matériau délicat.

Qu'est-ce que le graphite ?

Bien que le graphite soit un allotrope du carbone, les deux termes ne sont pas simplement interchangeables. Le carbone est un élément qui peut former plusieurs allotropes différents, y compris le graphite, le diamant et le fullerite. Le graphite se trouve être la forme la plus stable du carbone, et est la plus courante, car le carbone se trouve naturellement sous forme de graphite dans des conditions standard.

Le graphite est le plus reconnu pour sa conductivité supérieure et sa résistance à la chaleur élevée et à la corrosion. Cela en fait un matériau courant dans les situations de haute chaleur, haute pression dans les industries aérospatiale, électrode, nucléaire, énergie et militaire.

Même si le graphite peut gérer des situations de haute pression intenses avec aisance, c'est en réalité un matériau très tendre, abrasif et fragile. Cela peut causer de sérieux défis lors de l'usinage, car le graphite peut user les outils de coupe, et minimiser sévèrement la durée de vie utilisable d'un outil. Cependant, avec le bon outillage et les bonnes techniques, il existe des moyens d'optimiser l'usinage du graphite pour qu'il soit plus rentable que la concurrence.

Techniques d'usinage du graphite

Puisque le graphite est un matériau si tendre et fragile, une considération spéciale doit être faite lors de l'usinage pour éviter de l'ébrécher. Pour obtenir une bonne coupe, il est recommandé de prendre des charges de copeau légères et d'utiliser des avances plus faibles dans le graphite. Si vous preniez une coupe lourde à une avance rapide, vous commenceriez à ébrécher le graphite et pourriez le faire fracturer complètement. Pour donner un point de comparaison, les charges de copeau pour le graphite sont similaires à celles pour les matériaux en aluminium, mais avec moins de la moitié de l'avance.

Pour vous donner une idée des vitesses et avances pour le graphite, voici un exemple utilisant une fraise en bout carrée 4 goujures, revêtement diamant CVD, 1/4" de Harvey Tool. Si cet outil tournait à un RPM standard de 12 000 à 780 SFM, la charge de copeau recommandée serait de 0,00292 pour une avance de 140 IPM.

En termes de configuration de machine, le conseil majeur à retenir est de toujours éviter d'utiliser du fluide de coupe. Le graphite est un matériau assez poreux, et peut donc absorber le fluide de coupe et agir comme une « éponge à fluide de coupe », ce qui causera des problèmes avec les pièces finies. À l'intérieur de la machine et sur l'outillage, le fluide de coupe peut en fait réagir avec la poussière de graphite et créer une boue abrasive, ce qui causera des problèmes pendant l'usinage. Un système d'aspiration est recommandé pour évacuer le matériau pendant l'usinage du graphite. Sinon, les outils revêtus devraient pouvoir fonctionner à sec.

Une autre chose à noter lors de l'usinage du graphite est que comme le graphite ne produit pas de copeaux, mais plutôt un nuage de poussière très abrasive, il peut être nocif pour les opérateurs et les machines sans soins appropriés. Les opérateurs devraient porter un masque de protection pour éviter d'inhaler la poussière de graphite. Une ventilation adéquate et le maintien de la qualité de l'air dans l'atelier sont également essentiels pour la protection des machinistes travaillant dans le graphite.

Puisque la poussière de graphite est également extrêmement conductrice, elle peut facilement endommager les circuits non protégés à l'intérieur de votre machine CNC, ce qui peut causer de graves problèmes électriques. Bien que le fluide de coupe ne soit pas recommandé, un système d'aspiration peut aider à éliminer la poussière, l'empêchant de s'accumuler trop à l'intérieur de la machine et prévenant de graves problèmes.

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Outils de coupe pour l'usinage du graphite

Comme mentionné précédemment, le graphite est un tueur d'outils de coupe notoire en raison de sa nature extrêmement abrasive. Même les fraises en bout carbure de la plus haute qualité, si elles sont non revêtues, s'useront rapidement sur la plupart des travaux. Cette usure extrême peut forcer un changement d'outil pendant une opération, ce qui pourrait mener à une imperfection dans la pièce en essayant de redémarrer l'opération là où l'outil usé s'est arrêté.

Lors de la sélection d'un outil de coupe pour l'usinage du graphite, le revêtement et le bord de coupe sont la considération la plus importante. Le nombre de goujures, les angles d'hélice et d'autres caractéristiques clés de la géométrie de l'outil viennent en second par rapport au revêtement lors de l'achat d'outillage.

Pour l'usinage du graphite, un revêtement diamant CVD (Chemical Vapor Deposition) est recommandé chaque fois que possible pour maximiser la durée de vie de l'outil et la performance de l'outil. Ces revêtements sont cultivés directement dans la fraise en bout carbure, améliorant la dureté et laissant l'outil avec une couche de revêtement 5 fois plus épaisse qu'un revêtement diamant PVD. Bien que ce ne soit pas le bord le plus affûté, le revêtement diamant CVD fournit une durée de vie d'outil beaucoup plus longue que les autres revêtements diamant en raison de la couche de diamant plus épaisse.

Même si les coûts d'outillage initiaux peuvent être plus élevés avec les outils revêtus CVD par rapport aux outils non revêtus, puisque les outils revêtus CVD voient une durée de vie considérablement plus longue que les outils non revêtus, cela fait que le coût par pièce diminue significativement. Dans les matériaux difficiles et abrasifs comme le graphite, l'outil carbure non revêtu durera peu de temps avant que l'abrasivité du graphite n'use complètement le bord de coupe. Avoir un outil revêtu CVD vous donnera une longueur d'avance sur la concurrence, gardera votre machine en marche avec moins de temps d'arrêt pour changements d'outil, et offrira finalement des économies de coûts substantielles.

Dans l'ensemble, le graphite peut être un matériau difficile à usiner, mais avec les bons outils de coupe et les bonnes vitesses et avances, vous fabriquerez des pièces de qualité en un rien de temps. Harvey Tool offre une large sélection de fraises en bout revêtues CVD dans divers diamètres, portées et longueurs de coupe pour s'assurer que vous avez ce dont vous avez besoin pour tout travail qui se présente.