Choisir les bons grains abrasifs pour meules : Solutions naturelles vs artificielles

Les grains abrasifs pour meules sont de deux types : 1. Abrasifs naturels et 2. Abrasifs artificiels. Généralement, pour la plupart des usages, les abrasifs naturels ne sont pas utilisés en raison des avantages certains des abrasifs artificiels (fabriqués).

Abrasifs naturels :

Produits par des forces naturelles non contrôlées.

Abrasifs naturels courants :

• (a) Grès ou quartz massif
• (b) Émeri (50–60 % Al₂O₃ cristallin + oxyde de fer)
• (c) Corindon (75–90 % Al₂O₃ cristallin + oxyde de fer)
• (d) Diamants
• (e) Grenat

Efficacité des grains abrasifs : Dépend de : (i) Pureté, (ii) Uniformité de composition, (iii) Dureté – règle : dureté abrasif > dureté pièce, (iv) Ténacité – si meule pas tenace, grains se fracturent facilement → usure excessive, (v) Acuité de fracture – meilleurs arêtes vives. Les abrasifs naturels donnent des arêtes arrondies → moins efficaces en coupe.

Avancées dans les grains abrasifs : Évolution sensible du type de matériau pièce : des matériaux tendres vers des matériaux durs à rectifier. Tout matériau dur ne peut être usiné/finis que par rectification. Ces nouveaux matériaux durs posent un défi aux meules.

Cela exige une amélioration significative des meules, tant en spécifications qu'en techniques de fabrication.

Améliorations :

• i. Abrasifs plus tenaces gardant leur arête plus longtemps
• ii. Abrasifs friables se réaffûtant en continu pour exposer de nouvelles arêtes vives
• iii. Meules produisant de faibles vibrations à hautes vitesses
• iv. Tolérances géométriques plus serrées sur les meules

Les fabricants d'abrasifs ont développé diverses solutions, certains combinant nouveaux abrasifs (ex. gamme 86A), systèmes de liants améliorés et tolérances de fabrication plus strictes, donnant un produit nettement supérieur pour rectification de précision.

L'abrasif 86A est révolutionnaire pour la rectification de précision. Deux familles de base : Oxyde d'aluminium (AlO) et Carbure de silicium (SiC). AlO pour aciers ferreux, SiC pour non-ferreux. Dans la famille AlO, divers types selon composition et structure cristalline. AlO monocristallin (32A) et Oxyde d'aluminium blanc (38A) sont deux types courants. 32A = abrasif coupe rapide pour rectification lourde de précision. 38A = abrasif friable pour rectification de précision. Les propriétés des deux combinées → 86A. Ce grain garde son arête plus longtemps → coupe plus froide, moins de dommages métallurgiques. Arête plus durable = plus de pièces entre dressages → coûts réduits.

86A idéal pour applications haute productivité grâce à son TEM élevé. Efficace sur matériaux difficiles à rectifier. Adapté pour aciers rapides, alliages coulés et fraises, alliages nickel, aciers haut chrome. Dureté 86A ~2150–2250 Knoop ; 38A ~1900–2100 Knoop.

Performance comparative 86A vs 38A (fig. 20.4a,b) : ratio de rectification (volume matière enlevée / volume usure meule) plus élevé pour 86A sur gamme de TEM. Ténacité spécifique grain plus haute pour 86A. Énergie de rectification spécifique plus basse pour 86A (même puissance, plus de matière enlevée). Rectifiabilité (ratio de rectification / ratio rectification spécifique) plus haute pour 86A.

Applications où 86A montre supériorité significative : rectification outillage, rectification plane, rectification d'engrenages, rectification intérieure, rectification de chemins de roulement, autres rectifications de forme.

Abrasifs artificiels ou manufacturés :

Qualité et composition facilement contrôlables, efficacité bien supérieure aux abrasifs naturels.

Abrasifs manufacturés les plus courants :

• (a) Carbure de silicium (SiC) : Variété de couleurs. Vert bleuté spécial pour affûtage outils. Noms commerciaux : Carborandum, Crystolon, Electron.
• (b) Oxyde d'aluminium (Al₂O₃) : Noms pour alumine fondue : Aloxite, Alundum, Borolon. Forme spéciale : Al₂O₃ blanc pur = cristal blanc brillant. Idéal pour aciers à outils où chaleur de rectification faible.
• (c) Carbure de bore.
• (d) Nitrite de bore (CBN) : Meules CBN pour aciers trempés et difficiles à rectifier. Longue vie, ratios de rectification élevés. Température en rectification bien moindre → bien meilleure finition et qualité surface.

Fabrication des abrasifs artificiels :

• (a) Carbure de silicium : Ingrédients mélangés, chauffés four électrique ~2320 °C pendant ~36 h. Masse solide concassée, lavée, traitée alcalins. Relavée, enfin broyée en fines particules. Tamisées selon mailles. Pour rectification fine : particules 180–200 mailles. Ingrédients : (i) Sable silice 25 parts, (ii) Coke de pétrole (distillation non destructive, très pur) 34 parts, (iii) Sel commun 2 parts, (iv) Sciure de bois 12 parts. Silice → silicium, coke → carbone, sciure brûle → structure poreuse. Couleur vert-noirâtre.
• (b) Oxyde d'aluminium (Al₂O₃) : Fusion bauxite minérale (Al₂O₃ hydraté + SiO₂ + oxyde titane) mélangée coke broyé + ferrailles. Four électrique, après fusion : concassage, lavage, traitement alcalins, relavage, broyage, classement. Couleur brun-rougeâtre, tenace et tranchant, tendance à se fracturer facilement → rectification aciers à outils.

Comparaison SiC et Al₂O₃ :

• (i) Al₂O₃ plus tenace que SiC mais moins dur. Al₂O₃ très adapté pour matériaux haute résistance à la traction (2700 kgf/cm²). Si Al₂O₃ utilisé sur faible résistance traction → résistance pièce sur meule faible → grains ne tombent pas, s'émoussent → rectification médiocre. Donc matériaux tenaces (aciers rapides, bronze dur, cuivre) doivent être rectifiés par Al₂O₃.
• (ii) SiC plus dur et plus fragile. Si utilisé sur haute résistance traction → forte résistance pièce sur meule → grains tombent vite par fracture rapide → auto-affûtage rapide. Utilisé principalement sur matériaux faible résistance traction : fonte, pointes carbure, outils tungstène, tous non-métalliques (marbre, caoutchouc dur, plastique, cuir). Dureté rayure SiC > Al₂O₃. Forme SiC spéciale pour rectifier/réaffûter outils pointe carbure cémenté.