Sélectionner l'outil de coupe idéal pour divers matériaux usinés

En usinage, le choix de l'outil est un art. La performance de coupe dépend de la matière de la partie coupante, de la structure de l'outil et de sa géométrie. Ce qui affecte durée vie, efficacité, qualité et coût usinage = matière outil et matière pièce.

Donc, sélectionner l'outil adapté au matériau de la pièce améliore efficacité, qualité, prolonge durée vie outil et réduit coûts.

Actuellement, 6 grandes familles matériaux outils : diamant, PCBN, céramique, revêtus, carbure, acier rapide (HSS). Voyons pour quels matériaux pièces chaque famille convient.

Outil diamant (Diamond Tool)

Trois types : diamant naturel, PCD (diamant polycristallin), CVD (diamant dépôt chimique vapeur).

Majoritairement pour micro-finition/alésage fin métaux non-ferreux et non-métaux à haute vitesse. Adaptés : divers non-métaux résistants à l'usure et non-ferreux résistants à l'usure. Inconvénient : faible stabilité thermique. T° coupe > 700–800 °C → dureté perdue totalement. Inadaptés métaux ferreux : diamant (carbone) réagit avec fer à haute T° → carbone → graphite → outil endommagé.

Outil PCBN

Deux types : plaquettes PCBN monobloc et plaquettes composites PCBN frittées sur carbure.

Adaptés : finition matériaux difficiles à usiner — aciers trempés, fontes dures, superalliages haute T°, carbures, matériaux projection surfacique. Précision IT5 (trou IT6), rugosité Ra 1,25–0,20 µm. PCBN : faible ténacité et résistance flexion. → Pas pour ébauche basse vitesse gros impacts. Pas pour matériaux haute plasticité (alliages Al, Cu, Ni, aciers haute plasticité) : arête rapportée (built-up edge) grave → surface dégradée.

Outil céramique (Ceramic Tool)

Trois catégories : céramiques base alumine, base nitrure silicium, composites nitrure silicium-alumine.

Principalement pour finition/mi-finition haute vitesse. Adaptés : fontes (grise, GS, malléable, trempée, haute alliage résistante usure) et aciers (construction carbone, alliage, haute résistance, haut manganèse, trempé...), aussi alliages Cu, graphite, plastiques techniques, composites. Problèmes : faible résistance flexion, ténacité choc médiocre. → Pas pour coupe basse vitesse et chocs.

Outil revêtu (Coated Tool)

Selon méthode dépôt : CVD (dépôt chimique vapeur) et PVD (dépôt physique vapeur). Selon substrat : carbure revêtu, HSS revêtu, revêtus sur céramique/superdurs. Selon nature : revêtus durs et mous. Existent aussi nano-revêtus populaires.

Outils revêtus = grand potentiel CNC, seront la variété d'outil la plus importante en CNC futur. Revêtement appliqué : fraises bout, alésoirs, forets, outils alésage composite, hobs, tailloirs, fraises à tailler, broches forme, plaquettes indexables machine — pour besoins coupe haute vitesse : aciers, fontes, superalliages, non-ferreux. Épaisseur revêtement ↑ → durée vie ↑, mais saturation → plus gain significatif. Trop épais → décollement ; trop fin → résistance usure faible.

Outil carbure (Carbide Tool)

Selon composition chimique principale : carbure base tungstène (WC) et carbure base titane carbone/nitrure (TiC(N)). Carbures WC : tungstène-cobalt (YG), tungstène-cobalt-titane (YT), carbure rare ajouté (YW). Composants principaux : WC, TiC, TaC, NbC, etc.

Alliages YG : fontes, non-ferreux, non-métaux. Carbure grain fin (YG3X, YG6X) = dureté/résistance usure > grain moyen (même Co). Adaptés : fontes dures spéciales, inox austénitique, superalliages, alliages Ti, bronze dur, isolants résistants usure. YT : dureté élevée, bonne résistance chaleur, dureté/résistance compression haute T° > YG, meilleure résistance oxydation. YW : propriétés YG + YT, performance globale bonne.

Outil acier rapide (High-Speed Steel Tool)

Selon usage : HSS général et HSS haute performance. HSS général : acier tungstène et acier tungstène-molybdène. HSS haute perf : HSS haut carbone, haut vanadium, cobalt, aluminium, azote super-dur.

HSS général : outils coupe (forets, tarauds, lames scie) et outils précision (hobs, tailloirs, broches) pour métaux dureté coupe HB ≤ 300. Nuances courantes : W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2.

HSS usage spécial : cobalt HSS et super-dur HSS (HRC 68–70) — outils pour métaux difficiles (superalliages, alliages Ti, aciers haute résistance). Nuances : W12Cr4V5Co5, W2Mo9Cr4VCo8.