Maîtriser le tournage dur : surmonter les défis avec l'outillage avancé

Le tournage dur (hard turning) est utilisé depuis des décennies pour rationaliser et souvent éliminer les opérations de rectification cylindrique. C'est rapide, précis, et grâce à des fournisseurs d'outillage comme Kennametal, une large gamme d'outils de coupe prévisibles et rentables est disponible pour dompter même les aciers trempés les plus difficiles, superallièges et fontes grises. Mais alors que l'aérospatial, l'automobile, la production d'énergie et d'autres industries développent des métaux encore plus robustes, les fabricants d'outils de coupe doivent évoluer avec de l'outillage haute performance pour usiner ces matériaux.

Le meilleur de sa catégorie

C'est exactement ce qu'a accompli Kennametal Inc. récemment avec l'introduction du KBH10, une nouvelle génération de plaquettes de tournage dur en nitrure de bore cubique polycristallin (PcBN) conçue spécifiquement pour les défis du marché exigeant d'aujourd'hui. Helmut Gremer, ingénieur senior technologie usinage global, explique que la nouvelle plaquette complète les grades PcBN existants KBH20 et KB5630 en offrant la résistance à l'usure extrême nécessaire pour tourner avec succès des métaux trempés jusqu'à 65 HRC, surtout quand des finitions de surface très fines sont requises.

« Nous voyons que de nombreux fabricants réduisent les tolérances admissibles sur les gorges de roulement, bagues, pistons, moyeux d'engrenages, etc. », dit-il. « Par exemple, tolérances dimensionnelles < 4 µm ou moins sont de plus en plus courantes, tout comme exigences de surface supérieures à Ra < 0,4 µm. Ce nouveau grade comble le vide pour ces clients et d'autres qui ont besoin d'une durée de vie supérieure pour la finition de telles pièces. »

Exemple : un grand constructeur automobile a plus que doublé la durée de vie — de 150 pièces/arête à 350 — lors d'une opération de surfaçage interne sur moyeu de roulement en acier allié 5115, diamètre 140 mm (5,5 pouces), trempé à 62 HRC. Un fabricant d'arbres de transmission a obtenu résultats similaires : durée de vie 250 → 450 pièces/arête en tournant acier 58 HRC UC1 (similaire S53) sur tours à tourelle verticale, maintenant constamment finition 6 Rz.

Faire le cas du dur

Dans chaque cas : vitesses coupe 180 m/min (590 sfm), profondeurs coupe moyennes 0,15 mm (0,006 pouce), avances 0,22-0,32 mm/tr (0,0087-0,013 pouce/tr). Chaque client a économisé des milliers $/an en coûts plaquettes vs solution existante, tout en réduisant substantiellement temps d'arrêt pour changements d'outil.

Le substrat KBH10 est entièrement nouveau. Sa composition PcBN conçue pour vitesses coupe jusqu'à 20% plus élevées avec durée de vie équivalente ou bien supérieure. Ingénieurs Kennametal atteignaient fréquemment Ra 0,2 et Rz 1, tout en maintenant constamment profils et tolérances dimensionnelles citées. Disponible en plusieurs géométries et préparations d'arête → rapidement devenu la plaquette de référence pour large section fabricants et applications tournage.

« KBH10 est idéal pour opérations de surfinition mais assez robuste pour gérer légères interruptions ou opérations profondeur coupe variable », dit Gremer. « Comme la pression de coupe et donc la chaleur sont réduites, l'usure cratère et flank est aussi réduite, prolongeant la durée de vie. Il y a aussi moins d'occurrence de la couche blanche qui hante beaucoup d'opérations usinage pièces dures. »

Cette dernière partie accomplie grâce à la préparation d'arête unique du KBH10. Au lieu du hone cascade ou arrondi traditionnel appliqué à pratiquement tous les outils PcBN, Kennametal a développé une forme spéciale à la fois plus vive et plus libre en coupe que solutions concurrentes, tout en restant assez robuste pour les rigueurs du tournage dur.

« Il y a 5 ans, personne ne pouvait générer de tels arêtes, sans parler de les mesurer », explique Gremer. « Mais grâce à des avancées récentes en métrologie et technologie machine-outil, nous pouvons produire ce hone de façon consistante, réduisant les forces de coupe passives jusqu'à 40%. Avec le substrat plus robuste du KBH10 — aussi nouveau — nous avons produit une plaquette atteignant un équilibre fin entre résistance à l'usure, dureté et vivacité. »

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