Pleins feux sur la technologie : système de tournage dur

Jun 07, 2023

Tournage dur d'une matrice d'emboutissage en carbure sur un tour Hembrug Mikroturn 100. Machines-outils Hembrug

L'outillage en carbure de tungstène est utilisé par l'industrie des moules et des matrices, ainsi que dans les applications de poinçonnage, d'étirage et d'extrusion. Cet outillage est extrêmement résistant à l'usure et souvent caractérisé par des contours complexes, qui sont soumis aux exigences les plus élevées en matière de forme et de finition de surface.

En raison de la difficile usinabilité de ces pièces, elles sont traditionnellement formées par meulage à l'aide de meules diamantées. Cependant, alors que les fabricants sont mis au défi de réduire les coûts, d'améliorer la qualité et de minimiser les temps de configuration, le tournage dur de haute précision est envisagé.

Le tournage de haute précision est un processus très flexible. Il est facile à configurer et à changer, et il peut combiner les opérations ID et OD dans le même serrage. Il est également possible d'atteindre des taux d'enlèvement de métal élevés.

Des contours complexes sont programmés puis réalisés sur une machine spécialement conçue pour le tournage dur par positionnement de chariot CNC.

Pendant le meulage, une pièce avec plusieurs formes complexes nécessite souvent plusieurs configurations pour être complétée. Des formes de roues spécifiques sont nécessaires pour terminer chaque contour, nécessitant des changements de roues. Pour les lots de petite taille, cela augmente considérablement le temps de production.

Un processus de fabrication flexible pour la finition d'outils en carbure est désormais possible en combinant une machine de tournage dynamiquement rigide et précise avec un outillage à plaquettes indexables en diamant. L'optimisation de la machine et de l'outillage est essentielle pour réussir à tourner le carbure de tungstène avec la même précision que le meulage.

Le carbure de tungstène peut avoir une valeur de dureté de 80 HRC. L'acier trempé, par exemple, se situe dans la plage de 58 à 65 HRC. Le tournage de ce matériau sur un tour conventionnel entraîne des vibrations car ces machines ont généralement des caractéristiques d'amortissement minimales.

Les forces de coupe élevées requises pour éloigner le matériau de la pièce à usiner sont plus élevées dans le carbure de tungstène que dans l'acier trempé. Ces forces de coupe plus élevées créent une pression de poussée importante sur les guidages et les paliers de broche. Les tours conventionnels ne sont pas nécessairement conçus pour supporter ces forces, et une usure prématurée des glissières, même lors de la coupe d'acier trempé et encore moins de carbure, peut se produire. Cela entraîne une baisse de la capacité de la pièce à conserver sa taille, sa précision de forme et sa finition de surface, ainsi qu'une usure accrue de l'outil.

Hembrug Machine Tools, Haarlem, Pays-Bas, qui fait partie du groupe de machines espagnol Danobat, est spécialisée dans la production de machines de tournage dur de haute précision. Il possède également une vaste expérience des processus de tournage de pièces en carbure de tungstène à tolérance très serrée lorsqu'une précision inférieure au micron est nécessaire.

Il y a plus de 50 ans, l'entreprise s'est éloignée des méthodes traditionnelles de construction de tours et a développé des paliers hydrostatiques de glissière et de broche.

Cette matrice d'étirage a été fabriquée en 30 minutes par rapport à l'ancien processus de meulage de huit heures avec des résultats de précision similaires.

Cette technologie interne est appliquée à la fois aux paliers de glissière et de broche des machines Mikroturn de l'entreprise.

Cette technologie offre des propriétés d'amortissement et crée une rigidité dynamique, indépendante de la vitesse, qui est nécessaire pour minimiser les vibrations à la pointe de l'outil. Selon l'entreprise, ces caractéristiques sont essentielles pour une bonne intégrité de l'état de surface et une longue durée de vie de l'outil. L'absence de contact métal sur métal entre les éléments mobiles de la machine permet d'obtenir une plate-forme sans usure.

Cette conception et cette construction, associées à une base de machine en granit naturel, entraînent un coût d'investissement plus élevé par rapport à celui d'un tour de précision conventionnel. Cependant, l'avantage est une durée de vie plus longue de l'outil et moins de réglages de machine nécessaires, ainsi que des précisions répétitives pièce à pièce constantes en raison de la stabilité. Et, selon le fabricant, la qualité de la pièce est à la hauteur des tolérances de meulage.

En plus de ces exigences essentielles de la machine, un outillage optimisé doit également être utilisé.

Ces dernières années, de nombreux développements dans l'outillage indexable ont conduit à l'amélioration de l'usinabilité du carbure. Seuls les outils les plus durs et les plus résistants à l'usure permettent de tourner le carbure de tungstène et, par conséquent, seul le diamant est admissible.

De nombreux types différents de plaquettes diamantées sont disponibles, mais l'utilisation de nuances PCD sans liant est recommandée car elles sont plus résistantes à l'usure et plus résistantes que les outils diamantés de type monocristallin. Ils augmentent la durée de vie de l'outil, améliorent les finitions de surface et créent un meilleur contrôle dimensionnel, selon Hembrug.

La nuance de carbure (teneur en liant, dureté, résistance à l'usure et granulométrie) affecte son usinabilité. Et plus la granulométrie est fine, meilleure est la précision de l'état de surface. Avec une granulométrie plus grossière lorsque des finitions de surface fines sont requises, Hembrug intègre une broche de meulage ou une option de rodage à la pierre dans son système de tournage.

Avec cette combinaison, le tournage d'ébauche et de semi-finition est suivi d'une opération de meulage ou de rodage pour terminer la pièce. Utilisant une pierre KombiFin, cette option de finition permet d'obtenir des finitions de surface de Ra 0,02 µm. La combinaison du tournage dur et de la finition fine sur une seule machine augmente la précision et la flexibilité. De cette manière, un fabricant peut obtenir les résultats de rugosité de surface nécessaires, quelle que soit la taille du grain.

Bien que l'usinage à sec soit possible avec le tournage dur, l'utilisation d'un liquide de refroidissement (air ou liquide) est souvent bénéfique. Avec le liquide de refroidissement, les copeaux sont éliminés plus rapidement, ce qui minimise le transfert de chaleur dans la pièce. L'utilisation de liquide de refroidissement contribue également positivement à la stabilité du processus.

Avoir une méthode d'usinage flexible telle que le tournage dur, qui peut produire des outils en carbure de qualité meulage, est définitivement bon pour l'industrie. Les contours complexes sont plus faciles à réaliser et, dans la production en petits lots, le tournage dur est souvent une option privilégiée.

Le nouveau Hembrug Mikroturn 100 3rdGeneration entièrement hydrostatique peut tourner et finir une pièce en carbure en une seule configuration.

La possibilité de terminer une pièce en une seule configuration, associée à des temps de changement plus courts, se traduit par des coûts réduits, moins d'erreurs et des délais d'exécution plus courts. Ces avantages apportent une contribution majeure à la compétitivité de tout fabricant, quelles que soient les pièces fabriquées.

Gary Anderson est directeur des ventes pour l'Amérique du Nord et Omar Geluk est responsable du marketing chez Hembrug Machine Tools, H. Figeeweg 1a+b, 2031 BJ Haarlem, Pays-Bas, 31 23 5124900, www.hembrug.com.

Le rodage de la pierre après tournage permet d'obtenir des finitions de surface de Ra 0,02 μm.