7 revêtements d'outils essentiels pour un usinage CNC supérieur

Si vous devez booster votre opération d'usinage CNC, il vaut la peine de comprendre comment la technologie des revêtements d'outils peut faire la différence. Voici de bonnes raisons d'évaluer un revêtement d'outil de coupe haute performance pour votre prochain travail difficile.

Un bon carbure est important, mais un bon revêtement appliqué à la surface de ce carbure est souvent crucial. Dans cet article, nous interviewons le Dr Jon W. Paggett, directeur du développement des revêtements chez Kyocera Hardcoating Technologies, pour discuter des développements récents dans les revêtements d'outils de coupe — et comment ils aident les ateliers à augmenter la productivité et réduire les coûts d'outillage.

Les meilleurs revêtements d'outils pour fraises, forets, fraises à défoncer

Kyocera SGS Precision Tools est un fabricant leader de fraises, forets et fraises à défoncer et propose de nombreux revêtements d'outils différents. Bien que les noms soient propriétaires, il y a les valeurs sûres, comme TiN et TiCN, familières à tout machiniste, ainsi que certains nouveaux venus sur le marché des revêtements. Voici les sept meilleurs :

• Ti-NAMITE (nitrure de titane)
• Ti-NAMITE-A (nitrure d'aluminium titane)
• Ti-NAMITE-B (diborure de titane)
• Ti-NAMITE-C (carbonitrure de titane)
• Ti-NAMITE-X (nanocomposite propriétaire)
• Di-NAMITE (diamant cristallin)
• Ti-NAMITE-M (nanocomposite propriétaire)

Il y en a d'autres, mais c'est le deuxième — AlTiN, avec ses parents contenant du silicium (AlTiN/Si₃N₄) — que Paggett dit avoir largement supplanté le TiN comme revêtement de référence pour une large gamme d'applications.

« C'est peut-être le revêtement le plus courant et généralement applicable, et c'est un bon choix haute performance pour les aciers inoxydables et certains superalliages », explique-t-il. « De plus, l'ajout de chrome à divers revêtements — AlTiCrN et AlCrN, par exemple — améliore la stabilité thermique pour un certain nombre d'applications à plus haute température. »

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Comment les bons revêtements d'outils préviennent fissures, délaminage et défaillance d'outil

Il y a bien plus dans les revêtements d'outils de coupe qu'un tas de composés chimiques ésotériques. La méthode utilisée pour appliquer les revêtements est tout aussi importante, tout comme la préparation du tranchant de l'outil, l'épaisseur du revêtement et la taille des grains du substrat de carbure.

« De nombreux revêtements avancés aujourd'hui incluent des nanostructures telles que des nanocouches ou des nanocomposites », dit Paggett. « En supposant que l'épaisseur de ces couches ultra-fines peut être contrôlée dans une plage donnée, elles servent à améliorer la dureté et la résistance à l'usure du revêtement, avec seulement un sacrifice minimal en ténacité. Ces structures multicouches et multiphasiques aident également à dévier les fissures qui se propageraient sinon dans l'outil. »

Les revêtements nitrurés sont généralement dans la plage de 2 à 4 µm, dit Paggett, notant que les contraintes entre le revêtement et le substrat augmentent avec l'épaisseur du revêtement. Allez trop épais et le résultat pourrait être un délaminage suivi d'une défaillance de l'outil.

Et comme quiconque a utilisé un outil revêtu TiC ou CVD hérité peut en témoigner, les revêtements plus épais « émoussent » aussi l'outil en ajoutant au rayon du tranchant. C'est avantageux dans certaines applications — acier au carbone et fonte, par exemple — mais pour l'acier inoxydable, l'aluminium, les aciers à outils et les superalliages, un tranchant vif et un outil à dépouille positive sont généralement le premier choix.

Envisagez-vous l'usinage haute performance ? Apprenez comment. Lisez « Est-il temps d'adopter l'usinage haute performance ? »

L'évolution des revêtements d'outils de coupe

Bien sûr, la technologie des revêtements a beaucoup changé depuis les premiers jours du TiC et autres revêtements CVD. Les outils revêtus TiC les plus épais d'aujourd'hui sont beaucoup plus affûtés qu'ils ne l'étaient autrefois.

« Les avancées dans l'application des revêtements PVD ont inclus des conceptions de cathodes qui tentent de combiner les avantages de l'arc cathodique et de la pulvérisation magnétron », dit Paggett. « La configuration magnétique et l'arc pulsé réduisent les macroparticules et rendent un revêtement plus lisse à partir des systèmes d'arc cathodique, tandis que le HiPIMS (pulvérisation magnétron par impulsions de haute puissance) augmente le taux d'ionisation et le taux de dépôt des systèmes de pulvérisation. Des avancées sont également faites dans les configurations de gravure plasma, ce qui augmente l'adhérence du revêtement. »

Tout ce discours sur les magnétrons et les systèmes de pulvérisation peut être une information ardue. Pour un machiniste, tout ce qui compte, c'est la durée de vie de l'outil et la vitesse à laquelle le métal peut être enlevé. Si ce métal est de l'aluminium, note Paggett, examinez de près un autre nouveau venu en revêtement, le diborure de titane.

Le TiB₂ est un excellent revêtement pour les alliages d'aluminium et autres applications non ferreuses. Sa dureté élevée donne une bonne résistance à l'usure dans les alliages d'aluminium abrasifs contenant du silicium et réduit le bord rapporté qui mène finalement à la défaillance de l'outil.

Et quel effet la préparation du tranchant a-t-elle sur la performance de l'outil de coupe ?

« Vu au microscope, les tranchants d'outils rectifiés sont assez rugueux », dit Paggett. « Les points hauts agissent comme des concentrateurs de contrainte qui peuvent mener à une fracture prématurée et une détérioration du tranchant. Mais la préparation du tranchant lisse cette rugosité, tout en introduisant un arrondi qui renforce davantage le tranchant. »

L'impact sur la productivité des revêtements d'outils

Quiconque a acheté un outil de coupe récemment a presque certainement remarqué l'étiquette de prix plus élevée qui accompagne ces revêtements avancés — à 2 à 3 fois le prix des revêtements d'outils « standard », est-ce que ça en vaut vraiment la peine ? Paggett pense que oui.

Les augmentations de performance potentielles dépendent d'une large gamme de variables, y compris le matériau de la pièce, la géométrie de l'outil, les trajectoires d'outil et la machine-outil, mais des augmentations du taux d'enlèvement de matière de 10 fois ou plus sont possibles dans certaines applications.

« La productivité plus élevée et la durée de vie de l'outil résulteront presque certainement en une réduction nette du coût global », ajoute-t-il.

Il est vrai qu'une machine-outil plus ancienne ou sous-alimentée ne pourra pas profiter pleinement de ces gains de productivité, mais la durée de vie prolongée de l'outil serait toujours bénéfique.

« Dans cet esprit, il y a des applications spécifiques dans les secteurs médical et aérospatial où ils peuvent être réticents à utiliser des revêtements en raison de préoccupations de biocompatibilité ou de transfert de matière », dit Paggett. « Cependant, pour la plupart des applications, il incombe aux ateliers d'évaluer et de tester les nouveaux revêtements au fur et à mesure qu'ils deviennent disponibles. »

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