Choisir l'outil idéal pour l'usinage d'acier trempé

Qu'est-ce que l'acier trempé ?

L'acier trempé désigne l'acier à structure martensitique et dureté > HRC 50 après trempe. Il occupe une grande proportion dans les matériaux difficiles à couper. Le meulage est la méthode traditionnelle. Cependant, tournage, fraisage, alésage, perçage, alésage de finition sont souvent utilisés pour améliorer l'efficacité et résoudre le problème des erreurs de forme/position trop complexes après meulage+trempe.

Caractéristiques de l'acier trempé

Caractéristiques de coupe :

1. Haute dureté, haute résistance, quasi pas de plasticité.
2. Grande force de coupe, haute température de coupe.
3. Haute dureté et fragilité : copeaux difficiles à former, mais faible rugosité surface usinée possible.
4. Arête de coupe facile à casser et user.
5. Faible conductivité thermique.

Comment sélectionner le matériau d'outil pour usiner l'acier durci ?

Sélectionner rationnellement le matériau d'outil est une condition importante. Selon les caractéristiques de coupe de l'acier trempé, les matériaux doivent avoir non seulement haute dureté, résistance à l'usure et à la chaleur, mais aussi certaine résistance et conductivité thermique.

(1) Carbure cémenté

Pour améliorer performance, préférer carbure contenant quantité appropriée de particules ultra-fines TaC ou NbC. Ajout TaC/NbC dans WC-Co affine grains, améliore résistance usure. TaC réduit coefficient frottement, température coupe, améliore résistance fissuration thermique et déformation thermoplastique. Par rapport carbure ordinaire, grain WC affiné à 0,5–1 µm. Dureté + HRA 1,5–2, résistance flexion + 600–800 MPa, dureté haute température augmentée.

Nuances courantes pour acier trempé : YM051, YM052, YN05, YN10, etc.

(2) Outils en céramique

Ajout TiC et autres éléments dans alumine, procédé pressage à chaud, améliore compacité céramique, performance alumine, dureté HRA 95,5, résistance flexion 800–1200 MPa, résistance chaleur 1200–1300 °C. Réduit usure adhésion/diffusion. Adaptés tournage, fraisage, alésage, rabotage acier trempé.

(3) Outil nitrure de bore cubique (CBN)

Dureté HV 8000–9000, résistance flexion composite 900–1300 MPa, conductivité thermique élevée, résistance chaleur 1400–1500 °C = max parmi matériaux d'outils. Très adapté tournage fin et semi-fin acier trempé.

En résumé, meilleur matériau pour couper acier trempé = plaquette CBN, puis outils céramique, puis nouveaux carbures.

Comment sélectionner les paramètres de coupe pour usiner l'acier trempé ?

Paramètres selon propriétés physico-mécaniques outil/pièce, forme pièce, rigidité système, surépaisseur. Ordre de sélection : 1) vitesse coupe raisonnable, 2) profondeur passe, 3) vitesse avance.

(1) Vitesse de coupe Vc

Selon expérience, vitesse pour acier durci selon matériau outil :

• Carbure : Vc = 30–75 m/min
• Céramique : Vc = 60–120 m/min
• CBN : Vc = 80–250 m/min

Coupe intermittente ou dureté pièce trop haute → réduire vitesse, généralement > 1/2 vitesse min.

(2) Profondeur de passe Ap

Généralement selon surépaisseur et rigidité système. Ap = 0,1–3 mm.

(3) Vitesse d'avance fr

Généralement 0,05–0,5 mm/tr. Si dureté pièce haute ou coupe intermittente, réduire avance pour réduire force unitaire et prévenir ébréchage.

Comment utiliser l'outil CBN pour couper l'acier trempé ?

Outils CBN : coupe divers aciers trempés et matériaux difficiles. Haut taux enlèvement + bonne qualité surface. Remplace efficacement meulage, réduit opérations, améliore productivité. Haute dureté (HV 8000–9000) et résistance chaleur (1400–1500 °C) → coupe à vitesse plusieurs fois > carbure, durée vie plusieurs à dizaines fois > carbure. CBN non adapté basse vitesse. CBN ramollit matériau pièce en petite zone par chaleur coupe.

Pour matériaux HRC 55–65, vitesse CBN = 90–200 m/min. Fraisage : Vc = 100–160 m/min, Vf = 70–160 mm/min ; Alésage : Vc = 60–130 m/min, Ap = 0,1–0,2 mm, f = 0,07–0,2 mm/tr. CBN = semi-finition/finition acier trempé, efficacité ~10× meulage.

Exemple coupe acier trempé avec outil CBN

Coupe acier trempé = représentant usinage dur. Autrefois : trop dur, seulement meulage. Maintenant : progrès technologie → tournage, fraisage, rabotage, perçage au lieu meulage.

Acier roulement trempé (GCr15) tourné avec plaquette CBN KBN100, dureté pièce HRC 62. Pièce = bague extérieure roulement. Paramètres : Vc = 115 m/min, Ap = 0,3 mm, f = 0,1–0,2 mm/tr, durée outil 60 min, rugosité Ra 1,6.

Résumé

Selon expérience actuelle, plaquette CBN = outil le plus adapté pour usiner acier trempé quand machine et environnement le permettent.