Maîtriser l'usinage diamant : conseils éprouvés et techniques avancées

Publié le 26 août 2019 | Par WayKen Rapid Manufacturing

L'usinage CNC est traditionnellement considéré comme une méthode de haute précision. Cependant, les méthodes de coupe ont leurs limites. On ne peut tout simplement pas obtenir un tranchant assez parfait pour rivaliser avec une meule en termes de tolérance et de finition de surface. Pourtant, de nouvelles techniques et équipements sont constamment développés. Nous disposons désormais d'une solution relativement nouvelle qui permet aux machines-outils CNC d'approcher la précision des méthodes abrasives : l'usinage diamant.

Pourquoi l'usinage diamant améliore la qualité de surface des pièces

En usinage, la dureté de l'outil de coupe est l'un des paramètres les plus importants. Et comme chacun sait, rien n'est plus dur que le diamant. Les diamants synthétiques résistent à des températures et régimes de coupe très élevés. Ils sont relativement abordables et leur tranchant est si fin qu'on peut obtenir une surface miroir avec un outil diamant à pointe unique, ce qui est le seul moyen d'atteindre une telle finesse sans acheter des machines de rectification et de polissage extrêmement coûteuses. Les diamants peuvent être montés sur des machines-outils CNC simples et offrir des résultats exceptionnels si l'on optimise le système technologique pour une rigidité maximale. Vous pouvez usiner les métaux les plus durs et obtenir des finitions miroir. Le tournage diamant et le fraisage diamant font partie des technologies les plus répandues disponibles commercialement aujourd'hui.

Les avantages de l'usinage diamant

L'usinage diamant présente de nombreux avantages, dont les principaux sont :

1. Usinage exceptionnel de l'aluminium. Les outils diamant supportent extrêmement bien les vitesses de coupe et températures élevées. C'est pourquoi les techniques diamant sont souvent utilisées pour la production en série de pièces en aluminium. Un seul insert diamant peut durer bien plus longtemps que de nombreux outils en carbure lors de l'usinage de l'aluminium.
2. Production d'alliages durs. C'est une loi générale : un matériau plus dur peut en couper un plus tendre. Puisqu'il n'existe rien de plus dur que le diamant, ils sont très utiles pour traiter le carbure, la céramique et autres matériaux à haute dureté.
3. Polissage diamant. Certains outils diamant servent à polir des matériaux transparents comme le verre, le polycarbonate, le PMMA. Cela est dû au fait que la pointe de l'outil possède des grains de diamant très fins.
4. Durabilité. Un insert d'outil diamant est 30 à 50 fois plus durable qu'un insert en carbure.
5. Finition de surface. En employant l'usinage diamant pour l'usinage de haute qualité, on obtient une meilleure finition de surface qu'avec tout type d'outil conventionnel. Les outils diamant apportent essentiellement une caractéristique de micro-rectification à l'usinage.

Techniques d'usinage diamant

La majorité des méthodes d'usinage utilisant des diamants sont considérées comme des techniques de rectification et de polissage, mais deux méthodes peuvent être implémentées sur des équipements CNC et se rapprochent plus de la coupe que du traitement abrasif.

Tournage diamant à pointe unique (SPDT)

Le SPDT est une méthode extrêmement similaire au tournage classique, mais l'outil utilisé est un outil de coupe à pointe diamant. De plus, la rigidité du système de fabrication doit être bien supérieure. Cela implique des longueurs réduites entre dispositifs de fixation, des porte-outils plus courts et une minimisation des vibrations. Le SPDT est particulièrement utile pour la fabrication de lentilles optiques car ce sont principalement des pièces de révolution, faciles à fixer sur un tour, et l'utilisation d'inserts diamant à pointe unique permet d'obtenir des surfaces transparentes parfaites.

Fraisage diamant à pointe unique

Le fraisage diamant à pointe unique ressemble au fraisage conventionnel, mais la différence principale réside dans l'outil de coupe et les paramètres d'usinage. L'outil est une fraise avec des inserts à pointe diamant. Montée sur un centre d'usinage 5 axes, cette fraise est idéale pour traiter des surfaces complexes en verre, PMMA et polycarbonate. Une fraise diamant tournant à très haute vitesse avec un avance de coupe minimale et une lubrification abondante peut créer la meilleure finition de surface pour les lentilles de phares automobiles, les guides de lumière et les vitrages sur mesure. Cependant, il est crucial de toujours se souvenir des vibrations car elles ruineront instantanément toute la qualité de surface. Pour améliorer la qualité de la pièce, certaines techniques SPDM impliquent l'usinage dans une seule direction (la fraise traite un trajet puis revient au côté initial de la pièce pour un mouvement de pas, de sorte que la force de coupe est toujours dans un sens).

Quels outils sont utilisés pour l'usinage diamant

Un outil diamant pour l'usinage est fondamentalement le même que tout autre outil de coupe, sauf pour son insert. L'insert a un matériau de base en tungstène ou carbure et sur sa pointe, un fin film diamant est visible. Ce film est extrêmement dur et peut durer jusqu'à 50 fois plus longtemps que les outils conventionnels. Il est très tranchant et procure une coupe très nette résultant en des finitions de surface supérieures.

Quels matériaux peuvent être coupés avec des diamants

Les outils diamant peuvent traiter une grande variété de matériaux : céramiques, silicium, polycarbonate, plexiglas (PMMA), alliages non ferreux comme l'aluminium, le cuivre, le bronze, le titane, verre, différents polymères comme l'ABS, le polyéthylène, etc., matériaux hautement abrasifs comme le béton, le granit, la pierre. La gamme de matériaux est très large, allant des matériaux durs et fragiles aux matériaux mous et transparents.

Quand vous ne pouvez absolument pas utiliser l'usinage diamant

Une remarque très importante : les outils diamant ne peuvent pas être utilisés pour couper l'acier ou les alliages de fer. La raison est que tous ces matériaux contiennent une quantité considérable d'atomes de carbone. L'usinage se déroulant toujours à haute température, et le diamant comme l'acier contenant du carbone, les atomes peuvent se fritter sous l'effet de la chaleur. L'outil peut alors se souder à la pièce et les deux composants sont perdus.

Où l'usinage diamant donne de bons résultats

Il est toujours préférable de discuter des domaines d'excellence de l'usinage diamant sur la base d'études de cas réelles. Voici donc une liste d'exemples :

• Prototypes de lentilles de phares. Dans le cadre des services de prototypage CNC, un prototype de lentille de phare automobile peut être fabriqué par coupe diamant. La lentille est trop grande et sa géométrie trop complexe (elle a dû être divisée en segments et recollée ultérieurement en préservant ses propriétés de conduction lumineuse) pour la rectification, mais une fraise à pointe diamant sur une machine-outil CNC 5 axes peut fabriquer une excellente surface miroir avec la qualité requise.
• Guides de lumière. Les guides de lumière sont des tubes et composants transparents qui aident à illuminer certains points de manière complexe. Ils nécessitent une finition de surface très fine tout en conservant la complexité de leur géométrie. Avec les meilleures machines de fraisage CNC 3, 4 ou même 5 axes, WayKen a adopté la dernière technologie d'usinage diamant permettant au micro-fraisage 5 axes de produire différents types de guides de lumière et lentilles avec une excellente qualité optique en réseau ou motif libre.