Les outils CBN et PCD sans liant de Sumitomo redéfinissent la durabilité et la polyvalence dans l'usinage de matériaux durs

Avec des travaux d'usinage difficiles nécessitant parfois plusieurs changements d'outils, un outil durable qui prolonge la durée de vie est hautement souhaitable. Voici comment les outils CBN sans liant et PCD sans liant de Sumitomo offrent des options de coupe durables pour travailler avec des matériaux difficiles à usiner.

Sumitomo a toujours été engagé à moderniser ses lignes de produits.

Le dernier produit de ses efforts de recherche et développement est un ensemble d'outils de coupe qui donnent à l'utilisateur final une plus grande polyvalence lors de l'usinage de matériaux durs à couper, tels que les alliages de titane.

Les ingénieurs de Sumitomo ont réussi à créer des outils CBN (nitrure de bore cubique) sans liant et PCD (diamant polycristallin) sans liant.

Ces produits lient directement des particules de niveau nanométrique ou sous-micronique sans utiliser de matériaux liants métalliques. Cette technologie « sans liant » est plus dure et a une meilleure conductivité thermique que le CBN/PCD conventionnel, permettant une efficacité plus élevée et offrant un grand avantage pour les machinistes qui valorisent la productivité, la durée de vie de l'outil et la polyvalence.

« Le client demande toujours un outil qui va durer plus longtemps, laisser une meilleure finition et coûter moins », dit George Schendel, ingénieur d'applications chez Sumitomo Electric Carbide.

« Donc, cela a toujours été un objectif des développeurs de produire un produit sans liant car ils pensaient qu'il y aurait des avantages », ajoute-t-il. « Le liant est un maillon faible dans le matériau d'outil de coupe, mais personne n'a jamais été capable de le faire jusqu'à ce que nos scientifiques trouvent la solution actuelle. »

La science du CBN et PCD sans liant

Dans un processus nouvellement développé, les ingénieurs de Sumitomo ont développé de petits grains de cristal de carbone qui peuvent être disposés de manière compacte et sont 100 fois plus petits que les tailles de grains précédentes. Ces grains sont liés les uns aux autres directement, sans aucun matériau liant entre eux, offrant un très haut degré de dureté.

« La méthode traditionnelle d'utilisation d'un matériau liant métallique introduit une impureté dans le tranchant. Donc quand le produit est fait sans liant, vous avez un tranchant très pur, et il dure plus longtemps, et donc il peut être très rentable pour l'utilisateur », dit Schendel.

« Quand nous frittons le matériau, les réseaux cubiques entre ces minuscules grains s'entrelacent les uns aux autres et la taille des grains grandit en fait ; ils grandissent en grains plus grands qui sont encore beaucoup plus petits que ce que nous fournissons dans nos autres produits conventionnels, mais ces grains se lient les uns aux autres et l'entrelacement du réseau cubique devient très fort », dit Schendel.

Il explique que l'objectif ultime pour ce type d'outil de coupe est d'être dur. Donc quand un liant est utilisé dans les outils conventionnels pour synthétiser le matériau, il affaiblit le lien entre les grains de matériau, ce qui signifie qu'il y a un endroit où l'insert d'outil peut échouer et le tranchant peut perdre sa forme, ce qui signifie aussi qu'il ne peut plus performer.

« En n'utilisant pas de liant, nous rendons le lien entre les grains plus fort que le grain lui-même, donc cela améliore les propriétés du matériau de coupe », dit Schendel.

Applications des matériaux sans liant

Les deux produits sans liant de Sumitomo sont :

CBN sans liant (NCB100) :

• Idéal pour la finition à haute efficacité des alliages de titane, alliages de cobalt-chrome, carbure cimenté et autres matériaux difficiles à usiner.
• L'outil offre également une précision dimensionnelle inégalée et une rugosité de surface réduite, et une durée de vie d'outil drastiquement améliorée qui résulte en une efficacité coût optimale.

PCD sans liant (NPD10/DA90) :

• Le mieux adapté pour la finition d'usinage du carbure et des matériaux durs et fragiles, principalement le carbure de tungstène et le carbure cimenté.
• Maintient une excellente précision dimensionnelle sur de longues périodes.
• Atteint un usinage de haute précision du carbure avec du diamant nanocristallin, qui a une excellente résistance à l'usure.
• Réduit considérablement le nombre de fois que l'outil doit être indexé par rapport aux outils diamant précédents, améliorant l'efficacité du travail et réduisant le coût total.

Comme indiqué ci-dessus, le CBN est très utile pour le titane et les alliages de titane, tandis que le PCD est utilisé pour les matériaux durs et fragiles tels que le carbure de tungstène et le carbure cimenté, que la plupart des gens meulent maintenant.

« Vous pourriez couper une fraise en bout en carbure avec le tranchant PCD sans liant NPD10, et certains fabricants de matrices de fonderie sous pression l'utilisent pour des poinçons en carbure, tandis que les entreprises qui font des cavités de lentilles ou des moules de lentilles l'utilisent pour couper la cavité réelle pour la lentille », dit Schendel. « Normalement, vous devriez utiliser le meulage pour fabriquer ce bloc, mais maintenant nous pouvons faire des coupes directes. »

Parce que la nouvelle technologie sans liant permet une bien meilleure durée de vie d'outil, elle augmente le débit pour l'utilisateur final, ce qui est significatif, explique Schendel.

« En raccourcissant le temps de cycle, un fabricant peut faire fonctionner les opérations plus vite et peut faire plus de pièces par jour — donc cela augmente le profit », dit-il. « Ou un atelier de sous-traitance peut finir une plus petite série d'unités plus rapidement pour que la machine devienne disponible pour le prochain travail, donc ils feront passer plus de pièces par leur porte chaque année, ce qui est toujours un gros plus. »

Et quand les ateliers sont plus productifs, ils n'ont pas besoin d'autant d'opérateurs de machine, ajoute-t-il : « Donc s'ils ont du mal à trouver des travailleurs maintenant, cet outil aide en rendant possible de produire plus avec moins de gens. »

Avantages pour les industries aérospatiale et médicale

Les outils CBN et PCD sans liant ont des utilisations dans des industries spécifiques.

Par exemple, les outils CBN sans liant sont principalement utilisés dans les industries aérospatiale et médicale. L'aérospatiale utilise beaucoup de titane et d'alliages de titane. Les industries médicales utilisent aussi le titane, et le cobalt-chrome pour des articles tels que les articulations de genou et de hanche.

Parce que la production de pièces pour ces industries peut être coûteuse, réduire le coût par pièce grâce à la performance de l'outil peut aider ces clients avec leurs économies globales.

Les essais de coupe dans le tournage d'alliages de titane avec le NCB100 CBN sans liant de Sumitomo ont retourné les résultats ci-dessous :

• Contrôle des copeaux constant et un tranchant durable, faisant de ces outils d'excellents candidats pour remplacer les processus de finition stables actuels utilisant le carbure
• 3X plus longtemps en coupe
• 9X la quantité de matière enlevée
• Temps d'arrêt minimisé
• Intervention de l'opérateur réduite
• Besoin d'outils redondants éliminé
• Opération sans surveillance activée

La réduction des coûts est un autre avantage, dit Schendel.

« Bien que ces articles viennent avec un prix plus élevé, le retour a montré au client une grande valeur », dit-il.

Dans de nombreux cas, notre PCD traditionnel (DA90) peut ébaucher et finir une pièce de manière rentable, ajoute Schendel. « Ébauchez avec le DA90 et finissez avec le NPD10 sans liant, et c'est la façon rentable de le faire. »

« Et si les utilisateurs recherchent une finition miroir dans le carbure, ou s'ils doivent maintenir une tolérance très serrée dans le carbure, ils peuvent contrôler la taille de la pièce et obtenir une bien meilleure cohérence, pièce après pièce, avec l'option sans liant par opposition au PCD traditionnel », ajoute-t-il.

« Notre objectif est toujours d'augmenter la ligne de fond pour l'utilisateur final, de rendre leurs processus aussi rentables et efficaces que possible », dit Schendel. « Nous regardons toujours le coût par pièce de l'utilisateur par rapport à la façon dont ils traitent une pièce maintenant, parce que notre but est d'augmenter leur productivité. »

Quels outils vous ont aidé à rendre votre atelier plus productif ? Qu'utilisez-vous pour usiner des matériaux difficiles à couper ? Partagez vos réflexions dans les commentaires ci-dessous.