Connaissance de base des outils de coupe, lisez simplement celui-ci !

Un bon cheval doit être équipé d'une selle et un équipement d'usinage CNC avancé doit être utilisé. Si les mauvais outils de coupe sont utilisés, cela ne sert à rien ! La sélection de matériaux d'outils appropriés a un impact significatif sur la durée de vie des outils, l'efficacité du traitement, la qualité du traitement et les coûts de traitement. Cet article fournit des connaissances précieuses sur les outils de coupe. Collectionnez-le et partagez-le, apprenons ensemble.
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Le matériau de l'outil doit avoir des propriétés de base
La sélection des matériaux des outils a un impact significatif sur la durée de vie de l'outil, l'efficacité du traitement, la qualité du traitement et les coûts de traitement. Les outils de coupe doivent résister à des pressions et des températures élevées, à la friction, aux chocs et aux vibrations pendant la coupe. Par conséquent, les matériaux des outils doivent avoir les propriétés de base suivantes :
(1) Dureté et résistance à l’usure. La dureté du matériau de l'outil doit être supérieure à celle du matériau de la pièce à usiner, nécessitant généralement une dureté de 60HRC ou plus. Plus la dureté du matériau de l'outil est élevée, meilleure est sa résistance à l'usure.
(2) Force et ténacité. Le matériau de l'outil doit avoir une résistance et une ténacité élevées pour résister aux forces de coupe, aux impacts et aux vibrations, et pour empêcher la rupture fragile et l'effondrement des bords de l'outil.
(3) Résistance à la chaleur. Le matériau de l'outil a une bonne résistance à la chaleur, peut résister à des températures de coupe élevées et présente une bonne résistance à l'oxydation.
(4) Performance et économie du processus. Le matériau de l'outil doit avoir de bonnes performances de forgeage, de traitement thermique et de soudage ; Performances de meulage et recherche d'un rapport coût-performance élevé.
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Types, propriétés, caractéristiques et applications des matériaux pour outils de coupe
1. Matériau de l'outil de coupe diamanté
Le diamant est un allotrope de carbone et c’est le matériau le plus dur trouvé dans la nature. Les outils de coupe diamantés ont une dureté, une résistance à l'usure et une conductivité thermique élevées et sont largement utilisés dans le traitement de matériaux non ferreux et non métalliques. En particulier dans la coupe à grande vitesse de l'aluminium et des alliages d'aluminium-silicium, les outils de coupe diamantés sont le principal type d'outils de coupe difficiles à remplacer. Les outils de coupe diamantés capables d'atteindre un rendement élevé, une stabilité élevée et une longue durée de vie sont des outils indispensables et importants dans l'usinage CNC moderne.
⑴ Types d'outils de coupe diamantés
① Outils de coupe en diamant naturel : le diamant naturel a une histoire de plus de cent ans en tant qu'outil de coupe. Après un meulage fin, les outils de coupe en diamant monocristallin naturel peuvent avoir des bords extrêmement tranchants, avec un rayon de coupe allant jusqu'à 0,002 μm. Capable de réaliser des coupes ultra fines et d'obtenir une précision de pièce extrêmement élevée et une faible rugosité de surface, il s'agit d'un outil d'usinage d'ultra précision reconnu, idéal et irremplaçable.
② Outils de coupe en diamant PCD : le diamant naturel est cher et le diamant polycristallin (PCD) est encore largement utilisé dans le traitement de coupe. Depuis le début des années 1970, le diamant polycristallin est préparé par une technologie de synthèse à haute température et haute pression. Après le développement réussi des lames en diamant polycristallin (PCD), les outils de coupe en diamant naturel ont été remplacés par du diamant polycristallin artificiel dans de nombreuses situations. Les matières premières PCD sont abondantes et leurs prix ne représentent que quelques dizaines à dix fois ceux du diamant naturel. Les outils de coupe PCD ne peuvent pas meuler des arêtes extrêmement tranchantes et la qualité de surface des pièces traitées n'est pas aussi bonne que celle du diamant naturel. Actuellement, les outils de coupe PCD dotés de rainures brise-copeaux ne peuvent pas être facilement fabriqués dans l'industrie du film. Par conséquent, le PCD ne peut être utilisé que pour la découpe de précision de métaux non ferreux et de non-métaux, ce qui rend difficile la réalisation d'une découpe miroir ultra précise.
③ Outils de coupe diamantés CVD : Depuis la fin des années 1970 et le début des années 1980, la technologie diamantée CVD a émergé au Japon. Le diamant CVD fait référence à la synthèse de films de diamant sur des substrats hétérogènes (tels que des alliages durs, des céramiques, etc.) par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Le diamant CVD a la même structure et les mêmes caractéristiques que le diamant naturel. Les performances du diamant CVD sont très similaires à celles du diamant naturel et combinent les avantages du diamant monocristallin naturel et du diamant polycristallin (PCD), ce qui surmonte dans une certaine mesure leurs inconvénients.
⑵ Caractéristiques de performance des outils de coupe diamantés
① Dureté et résistance à l'usure extrêmement élevées : le diamant naturel est la substance la plus dure trouvée dans la nature. Le diamant a une résistance à l’usure extrêmement élevée. Lors du traitement de matériaux de haute dureté, la durée de vie des outils de coupe diamantés est 10-100 fois supérieure à celle des outils de coupe en alliage dur, et même des centaines de fois plus longue.
② A un très faible coefficient de frottement : le coefficient de frottement entre le diamant et certains métaux non ferreux est inférieur à celui des autres outils de coupe, avec un faible coefficient de frottement et une faible déformation pendant l'usinage, ce qui peut réduire la force de coupe.
③ Le tranchant est très tranchant : le tranchant des outils diamantés peut être affûté de manière très tranchante et les outils diamantés monocristallins naturels peuvent atteindre une hauteur allant jusqu'à 0.002-00,008 μm. Capable de coupes ultra fines et d’usinage ultra précis.
④ A une conductivité thermique élevée : le diamant a une conductivité thermique et un taux de diffusion thermique élevés, et la chaleur de coupe est facilement dissipée. La température de coupe de l'outil est basse.
⑤ Avoir un coefficient de dilatation thermique inférieur : le coefficient de dilatation thermique du diamant est plusieurs fois inférieur à celui de l'alliage dur, et le changement de taille de l'outil provoqué par la chaleur de coupe est très faible, ce qui est particulièrement important pour l'usinage de précision et d'ultra précision avec exigences élevées en matière de précision dimensionnelle.
Application d'outils de coupe diamantés
Les outils de coupe diamantés sont couramment utilisés pour la coupe fine et l'alésage de matériaux non ferreux et non métalliques à des vitesses élevées. Convient au traitement de divers matériaux non métalliques résistants à l'usure, tels que les ébauches de métallurgie des poudres de fibre de verre, les matériaux céramiques, etc. Divers métaux non ferreux résistants à l'usure, tels que divers alliages de silicium et d'aluminium ; Divers procédés de finition des métaux non ferreux.
L'inconvénient des outils de coupe diamantés est leur mauvaise stabilité thermique. Lorsque la température de coupe dépasse 700 degrés à 800 degrés, leur dureté sera complètement perdue ; De plus, il ne convient pas à la coupe des métaux noirs, car le diamant (carbone) interagit facilement avec les atomes de fer à haute température, convertissant les atomes de carbone en structures de graphite, rendant l'outil extrêmement susceptible d'être endommagé.
2. Matériau de l'outil de coupe en nitrure de bore cubique
Le deuxième matériau ultra-dur, le nitrure de bore cubique (CBN), synthétisé à l'aide d'une méthode similaire à celle du diamant, est juste derrière le diamant en termes de dureté et de conductivité thermique. Il possède une excellente stabilité thermique et ne s'oxyde pas lorsqu'il est chauffé à 10 000 °C dans l'atmosphère. Le CBN possède des propriétés chimiques extrêmement stables pour les métaux noirs et peut être largement utilisé dans la transformation des produits sidérurgiques.
Types d'outils de coupe en nitrure de bore cubique
Le nitrure de bore cubique (CBN) est une substance qui n'existe pas dans la nature et peut être divisée en monocristallin et polycristallin, à savoir le monocristallin de CBN et le nitrure de bore cubique polycristallin (PCBN). Le CBN est l'un des isomères du nitrure de bore (BN), avec une structure similaire à celle du diamant.
Le PCBN (Polycristallin Cubic Boron Nitride) est un matériau polycristallin qui fritte des matériaux CBN fins ensemble à travers des phases de liaison (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) sous haute température et pression. Il s'agit actuellement du deuxième matériau d'outil le plus dur synthétisé artificiellement et, avec le diamant, il est appelé matériau d'outil ultra-dur. Le PCBN est principalement utilisé pour fabriquer des outils de coupe ou d'autres outils.
Les outils de coupe PCBN peuvent être divisés en lames PCBN intégrales et en lames composites PCBN frittées avec des composites en alliage dur.
Les lames composites PCBN sont fabriquées en frittant une couche de PCBN de O.{{0}},0 mm d'épaisseur sur un alliage dur avec une bonne résistance et ténacité. Ses performances combinent une bonne ténacité, une dureté élevée et une résistance à l'usure, résolvant les problèmes de faible résistance à la flexion et les difficultés de soudage des lames CBN.
Les principales propriétés et caractéristiques du nitrure de bore cubique
Bien que la dureté du nitrure de bore cubique soit légèrement inférieure à celle du diamant, elle est beaucoup plus élevée que celle des autres matériaux à haute dureté. L'avantage exceptionnel du CBN est que sa stabilité thermique est bien supérieure à celle du diamant, atteignant plus de 1 200 degrés (700-800 degrés pour le diamant), et un autre avantage remarquable est sa grande inertie chimique, qui ne réagit pas avec les éléments ferreux. à 1200-1300 degré. Les principales caractéristiques de performance du nitrure de bore cubique sont les suivantes.
① Haute dureté et résistance à l'usure : la structure cristalline CBN est similaire au diamant, avec une dureté et une résistance similaires à celles du diamant. Le PCBN est particulièrement adapté au traitement de matériaux de haute dureté qui ne pouvaient être meulés qu'au préalable et peut obtenir une meilleure qualité de surface des pièces.
② Il a une stabilité thermique élevée : la résistance thermique du CBN peut atteindre 1400-1500 degrés, ce qui est presque 1 fois supérieure à la résistance thermique du diamant (700-800 degrés). Les outils PCBN peuvent couper des alliages à haute température et de l'acier trempé à une vitesse 3-5 fois supérieure à celle des outils en alliage dur.
③ Excellente stabilité chimique : il ne réagit pas chimiquement avec les matériaux à base de fer, même à des températures comprises entre 1200-1300 degrés, et ne s'use pas brusquement comme le diamant. À l’heure actuelle, il peut encore maintenir la dureté des alliages durs ; Les outils de coupe PCBN conviennent à la coupe de pièces en acier trempé et de fonte dure à froid, et peuvent être largement utilisés pour la coupe à grande vitesse de la fonte.
④ Avoir une bonne conductivité thermique : bien que la conductivité thermique du CBN ne puisse pas rattraper celle du diamant, la conductivité thermique du PCBN est juste derrière le diamant dans divers matériaux d'outils, bien supérieure à celle de l'acier rapide et des alliages durs.
⑤ Avoir un coefficient de frottement plus faible : un coefficient de frottement plus faible peut entraîner une diminution de la force de coupe, une diminution de la température de coupe et une amélioration de la qualité de surface lors de l'usinage.
Application des outils de coupe en nitrure de bore cubique
Le nitrure de bore cubique convient à l'usinage de précision de divers matériaux difficiles à couper tels que l'acier trempé, la fonte dure, les alliages à haute température, les alliages durs et les matériaux de pulvérisation de surface. La précision d'usinage peut atteindre IT5 (trou IT6) et la valeur de rugosité de surface peut être aussi faible que Ra1.25-0,20 μ M.
La ténacité et la résistance à la flexion des matériaux des outils de coupe en nitrure de bore cubique sont médiocres. Par conséquent, les outils de tournage en nitrure de bore cubique ne conviennent pas à l'usinage grossier à basse vitesse et avec des charges d'impact élevées ; Il ne convient pas à la coupe de matériaux à haute plasticité, tels que les alliages d'aluminium, les alliages de cuivre, les alliages à base de nickel et l'acier à haute plasticité, car la coupe de ces métaux produira d'importants dépôts de copeaux, ce qui détériorera la surface d'usinage.
3. Matériaux des outils de coupe en céramique
Les outils de coupe en céramique ont les caractéristiques d'une dureté élevée, d'une bonne résistance à l'usure, d'une excellente résistance à la chaleur et d'une stabilité chimique, et ne sont pas faciles à lier aux métaux. Les outils de coupe en céramique jouent un rôle très important dans l'usinage CNC et sont devenus l'un des principaux outils de coupe pour la coupe à grande vitesse et les matériaux difficiles à usiner. Les outils de coupe en céramique sont largement utilisés dans la coupe à grande vitesse, la coupe à sec, la coupe dure et la coupe de matériaux difficiles à usiner. Les outils de coupe en céramique peuvent traiter efficacement des matériaux de haute dureté qui ne peuvent pas être traités par des outils de coupe traditionnels, permettant ainsi de « tourner au lieu de meuler » ; La vitesse de coupe optimale des outils de coupe en céramique peut être 2 à 10 fois supérieure à celle des outils de coupe en alliage dur, améliorant considérablement l'efficacité de production de la coupe ; Les principales matières premières utilisées pour les outils de coupe en céramique sont les éléments les plus abondants dans la croûte terrestre. Par conséquent, la promotion et l’application des outils de coupe en céramique revêtent une grande importance pour améliorer la productivité, réduire les coûts de traitement et économiser les métaux précieux stratégiques. Cela favorisera également grandement les progrès de la technologie de découpe.
⑴ Types de matériaux d'outils en céramique
Les types de matériaux d'outils en céramique peuvent généralement être divisés en trois catégories : les céramiques à base d'alumine, les céramiques à base de nitrure de silicium et les céramiques composites à base d'alumine et de nitrure de silicium. Parmi eux, les matériaux d'outils céramiques à base d'alumine et de nitrure de silicium sont les plus largement utilisés. Les performances des céramiques à base de nitrure de silicium sont supérieures à celles des céramiques à base d'alumine.
⑵ Performances et caractéristiques des outils de coupe en céramique
① Dureté élevée et bonne résistance à l'usure : bien que la dureté des outils de coupe en céramique ne soit pas aussi élevée que celle du PCD et du PCBN, elle est nettement supérieure à celle des outils de coupe en alliage dur et en acier rapide, atteignant 93-95HRA. Les outils de coupe en céramique peuvent traiter des matériaux très durs difficiles à usiner avec des outils traditionnels, ce qui les rend adaptés à la coupe à grande vitesse et à la coupe dure.
② Résistance aux hautes températures et bonne résistance à la chaleur : les outils de coupe en céramique peuvent toujours couper à des températures élevées supérieures à 1 200 degrés. Les outils de coupe en céramique ont d'excellentes propriétés mécaniques à haute température et la résistance à l'oxydation des outils de coupe en céramique A12O3 est particulièrement bonne. Même lorsque le tranchant est chauffé au rouge, il peut être utilisé en continu. Par conséquent, les outils de coupe en céramique peuvent réaliser une coupe à sec, économisant ainsi le fluide de coupe.
③ Bonne stabilité chimique : les outils de coupe en céramique ne sont pas faciles à lier aux métaux et sont résistants à la corrosion avec une bonne stabilité chimique, ce qui peut réduire l'usure adhésive des outils de coupe.
④ Faible coefficient de frottement : les outils de coupe en céramique ont une faible affinité avec les métaux, ce qui entraîne un faible coefficient de frottement qui peut réduire la force de coupe et la température de coupe.
⑶ Les couteaux en céramique ont des applications
La céramique est l'un des matériaux d'outils principalement utilisés pour l'usinage de précision à grande vitesse et l'usinage de semi-précision. Les outils de coupe en céramique conviennent à la coupe de diverses fontes (fonte grise, fonte ductile, fonte malléable, fonte dure à froid, fonte fortement alliée résistante à l'usure) et d'acier (acier de construction au carbone, acier de construction allié, acier à haute résistance , acier à haute teneur en manganèse, acier trempé, etc.), et peut également être utilisé pour couper des alliages de cuivre, du graphite, des plastiques techniques et des matériaux composites.
Les matériaux d'outils en céramique présentent des problèmes de faible résistance à la flexion et de faible résistance aux chocs, ce qui les rend impropres à la coupe à basse vitesse et sous des charges d'impact.
4. Matériau de l'outil de revêtement
Le revêtement des outils de coupe est l’un des moyens importants pour améliorer leurs performances. L’émergence des outils de coupe revêtus a permis des avancées significatives dans leurs performances de coupe. Les outils de coupe revêtus sont ceux qui sont revêtus d'une ou plusieurs couches de composés réfractaires présentant une bonne résistance à l'usure sur le corps de l'outil et une bonne ténacité. Ils combinent la matrice de l'outil avec un revêtement dur, améliorant ainsi considérablement les performances de l'outil. Les outils de coupe revêtus peuvent améliorer l'efficacité de l'usinage, améliorer la précision de l'usinage, prolonger la durée de vie de l'outil et réduire les coûts d'usinage.
Environ 80 % des outils de coupe utilisés dans les nouvelles machines-outils CNC utilisent des outils revêtus. Les outils de coupe revêtus constitueront à l'avenir la variété d'outils la plus importante dans le domaine de l'usinage CNC.
⑴ Types d'outils de coupe revêtus
Selon différentes méthodes de revêtement, les outils revêtus peuvent être divisés en outils revêtus par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et en outils revêtus par dépôt physique en phase vapeur (PVD). Les outils de coupe en alliage dur revêtus utilisent généralement une méthode de dépôt chimique en phase vapeur, avec une température de dépôt d'environ 1 000 degrés. Les outils de coupe en acier rapide revêtus utilisent généralement la méthode de dépôt physique en phase vapeur, avec une température de dépôt d'environ 500 degrés ;
Selon les différents matériaux de substrat des outils revêtus, les outils revêtus peuvent être divisés en outils revêtus d'alliages durs, d'outils revêtus d'acier rapide et d'outils revêtus de céramiques et de matériaux extra-durs (diamant et nitrure de bore cubique).
Selon les propriétés des matériaux de revêtement, les outils revêtus peuvent être divisés en deux catégories, à savoir les outils à revêtement « dur » et les outils à revêtement « doux ». L'objectif principal poursuivi par les outils de coupe à revêtement « dur » est une dureté et une résistance à l'usure élevées, avec les principaux avantages d'une dureté élevée et d'une bonne résistance à l'usure, typiques des revêtements TiC et TiN. L'objectif poursuivi par les outils à revêtement « doux » est un faible coefficient de frottement, également appelés outils autolubrifiants. Son coefficient de frottement avec le matériau de la pièce est très faible, seulement environ 0,1, ce qui peut réduire l'adhérence, réduire la friction et abaisser la force et la température de coupe.
Récemment, des outils de nano-revêtement ont été développés. Cet outil revêtu peut utiliser différentes combinaisons de matériaux de revêtement (tels que métal/métal, métal/céramique, céramique/céramique, etc.) pour répondre à différentes exigences fonctionnelles et de performances. Un nano-revêtement bien conçu peut conférer aux matériaux d'outils d'excellentes propriétés anti-friction, anti-usure et autolubrifiantes, ce qui les rend adaptés à la coupe à sec à grande vitesse.
Caractéristiques des outils de coupe revêtus
① Bonnes performances mécaniques et de coupe : les outils de coupe revêtus combinent les excellentes propriétés du substrat et des matériaux de revêtement, conservant une bonne ténacité et une haute résistance du substrat, ainsi qu'une dureté élevée, une résistance à l'usure et un faible coefficient de frottement du revêtement. Par conséquent, la vitesse de coupe des outils revêtus peut être augmentée de plus de deux fois par rapport aux outils non revêtus, et des vitesses d'avance plus élevées sont autorisées. La durée de vie des outils de coupe revêtus a également été améliorée.
② Forte polyvalence : les outils revêtus ont une large gamme de polyvalence et élargissent considérablement la plage de traitement. Un outil revêtu peut remplacer plusieurs outils non revêtus.
③ Épaisseur du revêtement : à mesure que l'épaisseur du revêtement augmente, la durée de vie de l'outil augmente également, mais lorsque l'épaisseur du revêtement atteint la saturation, la durée de vie de l'outil n'augmente plus de manière significative. Lorsque le revêtement est trop épais, il est facile de provoquer un pelage ; Lorsque le revêtement est trop fin, la résistance à l’usure est mauvaise.

④ Reaffûtabilité : les lames revêtues ont une mauvaise reaffûtabilité, un équipement de revêtement complexe, des exigences de processus élevées et un long temps de revêtement.
⑤ Matériaux de revêtement : les outils de coupe avec différents matériaux de revêtement ont des performances de coupe différentes. Par exemple, lors de la découpe à basse vitesse, le revêtement TiC présente un avantage ; TiN est plus adapté à la découpe à grande vitesse.
Application d'outils de coupe revêtus
Les outils de coupe revêtus ont un grand potentiel dans le domaine de l'usinage CNC et constitueront à l'avenir la variété d'outils la plus importante. La technologie de revêtement a été appliquée aux fraises en bout, aux alésoirs, aux forets, aux outils de traitement de trous composites, aux fraises à tailler les engrenages, aux fraises à tailler les engrenages, aux fraises à raser les engrenages, aux broches de formage et à diverses plaquettes indexables pour pinces de machine, répondant aux besoins de coupe à grande vitesse de divers matériaux tels que l'acier et la fonte, les alliages résistants à la chaleur et les métaux non ferreux.
5. Matériaux d'outils de coupe en alliage dur
Les outils de coupe en alliage dur, en particulier les outils de coupe en alliage dur indexables, sont les principaux produits des outils d'usinage CNC. Depuis les années 1980, divers types d’outils ou de lames de coupe en alliage dur intégraux et indexables se sont étendus à divers domaines d’outils de coupe. Parmi eux, les outils de coupe indexables en alliage dur se sont étendus des simples outils de tournage et des fraises à surfacer à divers domaines d'outils de précision, complexes et formés.
⑴ Types d'outils de coupe en alliage dur
Selon la composition chimique principale, les alliages durs peuvent être divisés en alliages durs à base de carbure de tungstène et en alliages durs à base de carbure de titane (TiC (N)).
Les alliages durs à base de carbure de tungstène comprennent trois types : le tungstène-cobalt (YG), le tungstène-cobalt-titane (YT) et les carbures rares ajoutés (YW), chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. Les principaux composants sont le carbure de tungstène (WC), le carbure de titane (TiC), le carbure de tantale (TaC), le carbure de niobium (NbC), etc. La phase de liaison métallique couramment utilisée est le Co.
L'alliage dur à base de titane et de carbone (azote) est un alliage dur principalement composé de TiC (certains avec l'ajout d'autres carbures ou nitrures), et les phases de liaison métalliques couramment utilisées sont Mo et Ni.
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) divise les alliages durs de coupe en trois catégories :
La classe K, incluant Kl0-K40, est équivalente à la classe YG en Chine (principalement composée de WC. Co).
La classe P, y compris P01-P50, est équivalente à la classe YT en Chine (principalement composée de WC. TiC. Co).
La classe M, incluant M10~M40, est équivalente à la classe YW en Chine (principalement composée de WC TiC TaC (NbC) - Co).
Une série d'alliages allant d'une dureté élevée à une ténacité maximale sont représentées par des nombres compris entre 01 et 50 pour chaque nuance.
⑵ Caractéristiques de performance des outils de coupe en alliage dur
① Haute dureté : les outils de coupe en alliage dur sont fabriqués par métallurgie des poudres de carbures (appelés phases dures) et de liants métalliques (appelés phases de liaison) avec une dureté et un point de fusion élevés. Leur dureté atteint 89-93HRA, ce qui est bien supérieur à celui de l'acier rapide. À 5 400 C, leur dureté peut encore atteindre 82-87HRA, ce qui est la même que celle de l'acier rapide à température ambiante (83-86HRA). La valeur de dureté des alliages durs varie en fonction des propriétés, de la quantité, de la taille des particules et de la teneur en phases de liaison métallique des carbures, et diminue généralement avec une augmentation de la teneur en phases de liaison métallique. Lorsque la teneur en phase adhésive est la même, la dureté des alliages de type YT est supérieure à celle des alliages de type YG, et les alliages additionnés de TaC (NbC) ont une dureté à haute température plus élevée.
② Résistance à la flexion et ténacité : La résistance à la flexion des alliages durs couramment utilisés varie de 900 à 1 500 MPa. Plus la teneur en phase de liaison métallique est élevée, plus la résistance à la flexion est élevée. Lorsque la teneur en adhésif est la même, la résistance de l'alliage de type YG (WC Co) est supérieure à celle de l'alliage de type YT (WC TiC Co), et la résistance diminue avec l'augmentation de la teneur en TiC. L'alliage dur est un matériau fragile et sa résistance aux chocs à température ambiante n'est que de 1/30-1/8 de celle de l'acier rapide.
Application d'outils de coupe en alliage dur couramment utilisés
Les alliages de type YG sont principalement utilisés pour le traitement de la fonte, des métaux non ferreux et des matériaux non métalliques. Les alliages durs à grains fins (tels que YG3X, YG6X) ont une dureté et une résistance à l'usure plus élevées que les alliages durs à grains moyens lorsque leur teneur en cobalt est la même. Ils conviennent au traitement de la fonte dure spéciale, de l'acier inoxydable austénitique, des alliages résistants à la chaleur, des alliages de titane, du bronze dur et des matériaux isolants résistants à l'usure.
Les avantages exceptionnels des alliages durs de type YT sont une dureté élevée, une bonne résistance à la chaleur, une dureté et une résistance à la compression plus élevées à haute température par rapport au type YG, ainsi qu'une bonne résistance à l'oxydation. Par conséquent, lorsqu'il est nécessaire que le couteau ait une résistance élevée à la chaleur et à l'usure, une nuance avec une teneur en TiC plus élevée doit être sélectionnée. Les alliages de type YT conviennent au traitement des matières plastiques telles que l'acier, mais ne conviennent pas au traitement des alliages de titane ou des alliages de silicium et d'aluminium.
Les alliages de type YW possèdent les propriétés des alliages de type YG et YT, avec de bonnes performances globales. Ils peuvent être utilisés pour le traitement des matériaux en acier, ainsi que pour le traitement de la fonte et des métaux non ferreux. Si la teneur en cobalt est augmentée de manière appropriée, ce type d'alliage peut avoir une résistance élevée et peut être utilisé pour l'usinage grossier et la coupe intermittente de divers matériaux difficiles à usiner.
6. Outils de coupe en acier rapide
L'acier rapide (HSS) est un type d'acier à outils fortement allié qui contient une quantité importante d'éléments d'alliage tels que W, Mo, Cr et V. Les outils de coupe en acier rapide ont d'excellentes performances globales en termes de résistance, de ténacité et transformabilité. Dans les outils de coupe complexes, en particulier dans la fabrication d'outils de traitement de trous, de fraises, d'outils de coupe de filetage, de fraises à emboutir, d'outils de coupe d'engrenages et d'autres outils de coupe complexes en forme de bord, l'acier rapide occupe toujours la position principale. Les outils de coupe en acier rapide sont faciles à meuler avec des bords tranchants.
Selon différentes utilisations, l'acier rapide peut être divisé en acier rapide à usage général et en acier rapide haute performance.
⑴ Outils de coupe universels en acier rapide
Acier rapide universel. Généralement, il peut être divisé en deux catégories : l’acier au tungstène et l’acier au tungstène-molybdène. Ce type d'acier rapide contient (C) allant de 0,7 % à 0,9 %. Selon les différentes teneurs en tungstène de l'acier, il peut être divisé en acier au tungstène avec une teneur en W de 12 % ou 18 %, en acier au tungstène-molybdène avec une teneur en W de 6 % ou 8 % et en acier au molybdène avec une teneur en W de 2. % ou pas de W. L'acier rapide universel a une certaine dureté (63-66HRC) et résistance à l'usure, une résistance et une ténacité élevées, une bonne plasticité et une bonne aptitude au traitement, et est largement utilisé dans la fabrication de divers outils de coupe complexes.
① Acier au tungstène : la qualité typique de l'acier au tungstène à usage général à grande vitesse est le W18Cr4V (appelé W18), qui présente de bonnes propriétés complètes et une dureté à haute température de 48,5HRC à 6000C. Il peut être utilisé pour fabriquer divers outils de coupe complexes. Il présente des avantages tels qu'une bonne aptitude au broyage et une faible sensibilité à la décarburation, mais en raison de la teneur élevée en carbures, d'une répartition inégale, de particules plus grosses et d'une faible résistance et ténacité.
② Acier au tungstène-molybdène : désigne un acier rapide obtenu en remplaçant une partie du tungstène dans l'acier au tungstène par du molybdène. La qualité typique de l'acier au tungstène-molybdène est W6Mo5Cr4V2, en abrégé M2. Les particules de carbure de M2 ​​sont petites et uniformes, avec une meilleure résistance, ténacité et plasticité à haute température que celles du W18Cr4V. Un autre type d'acier au tungstène-molybdène est le W9Mo3Cr4V (en abrégé W9), qui a une stabilité thermique légèrement supérieure à celle de l'acier M2, une meilleure résistance à la flexion et une meilleure ténacité que le W6M05Cr4V2 et une bonne usinabilité.
⑵ Outils de coupe en acier rapide haute performance
L'acier rapide à haute performance fait référence à un nouveau type d'acier qui ajoute une certaine teneur en carbone et en vanadium, ainsi que des éléments d'alliage tels que Co et Al, à la composition de l'acier rapide à usage général, afin d'améliorer sa chaleur. résistance et résistance à l’usure. Il existe principalement les catégories suivantes :
① Acier rapide à haute teneur en carbone. L'acier rapide à haute teneur en carbone (tel que 95W18Cr4V) a une dureté élevée à température ambiante et à haute température, ce qui le rend adapté à la fabrication et au traitement de l'acier et de la fonte ordinaires, des forets, des alésoirs, des tarauds et des fraises avec des exigences élevées de résistance à l'usure, ou des outils de coupe pour traiter des matériaux plus durs. Il n’est pas adapté pour résister à des impacts importants.
② Acier rapide à haute teneur en vanadium. Les nuances typiques, telles que W12Cr4V4Mo (appelées EV4), augmentent la teneur en V à 3 % -5 %, ont une bonne résistance à l'usure et conviennent à la coupe de matériaux qui provoquent une usure importante des outils, tels que les fibres, le caoutchouc dur. , les plastiques, etc. Ils peuvent également être utilisés pour traiter des matériaux tels que l'acier inoxydable, l'acier à haute résistance et les alliages à haute température.
③ Acier rapide au cobalt. Il appartient à l'acier rapide ultra-dur contenant du cobalt, avec une nuance typique telle que W2Mo9Cr4VCo8 (appelée M42), qui a une dureté élevée et peut atteindre 69-70HRC. Il convient au traitement de l'acier à haute résistance résistant à la chaleur, des alliages à haute température, des alliages de titane et d'autres matériaux difficiles à usiner. Le M42 a une bonne aptitude au meulage et convient à la fabrication d'outils de coupe de précision et complexes, mais il ne convient pas au travail dans des conditions de coupe par impact.
④ Acier rapide en aluminium. Il appartient à l'aluminium contenant de l'acier rapide ultra-dur, avec des nuances typiques telles que W6Mo5Cr4V2Al (appelé 501). La dureté à haute température à 6000C atteint également 54HRC et les performances de coupe sont équivalentes à M42. Il convient à la fabrication de fraises, de forets, d'alésoirs, d'outils de coupe d'engrenages, de broches, etc., et est utilisé pour le traitement de l'acier allié, de l'acier inoxydable, de l'acier à haute résistance et des alliages à haute température.
⑤ Acier rapide ultra-dur à l'azote. Une nuance typique, telle que W12M03Cr4V3N, en abrégé V3N, est un acier rapide ultra-dur contenant de l'azote avec une dureté, une résistance et une ténacité comparables à celles du M42. Il peut être utilisé comme substitut à l'acier rapide contenant du cobalt pour la coupe à basse vitesse de matériaux difficiles à usiner et l'usinage de haute précision à basse vitesse.
⑶ Fusion de l'acier rapide et de l'acier rapide de métallurgie des poudres
Selon différents processus de fabrication, l'acier rapide peut être divisé en acier rapide fondu et en acier rapide de métallurgie des poudres.
① Fusion de l'acier rapide : l'acier rapide ordinaire et l'acier rapide haute performance sont fabriqués en utilisant la méthode de fusion. Ils sont transformés en outils de coupe grâce à des processus tels que la fusion, la coulée de lingots, le placage et le laminage. Le problème sérieux susceptible de se produire lors de la fusion de l’acier rapide est la ségrégation du carbure. Les carbures durs et cassants sont inégalement répartis dans l'acier rapide et la taille des grains est grossière (jusqu'à des dizaines de micromètres), ce qui a des effets néfastes sur la résistance à l'usure, la ténacité et les performances de coupe des outils de coupe en acier rapide.
② Acier rapide métallurgique en poudre (PM HSS) : L'acier rapide métallurgique en poudre (PM HSS) est un acier liquide fondu dans un four à induction à haute fréquence, qui est atomisé avec de l'argon à haute pression ou de l'azote pur, puis rapidement refroidi. pour obtenir une structure cristalline petite et uniforme (poudre d'acier rapide). La poudre obtenue est ensuite pressée dans une ébauche d'outil de coupe à haute température et pression, ou d'abord transformée en billette d'acier, puis forgée et laminée pour donner la forme d'un outil de coupe. Comparé à l'acier rapide fabriqué par fusion, le PM HSS présente les avantages de grains de carbure petits et uniformes, d'une résistance, d'une ténacité et d'une résistance à l'usure considérablement améliorées par rapport à l'acier rapide fondu. Les outils PM HSS continueront à se développer et occuperont une place importante dans le domaine des outils CNC complexes. Les nuances typiques, telles que F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc., peuvent être utilisées pour fabriquer des outils de coupe de grande taille, robustes et résistants aux chocs, ainsi que des outils de coupe de précision.
trois
Les principes de sélection des matériaux d'outils CNC
Les matériaux d'outils CNC largement utilisés comprennent actuellement les outils diamantés, les outils en nitrure de bore cubique, les outils en céramique, les outils revêtus, les outils en alliage dur et les outils en acier rapide. Il existe de nombreuses qualités générales de matériaux pour outils de coupe et leurs performances varient considérablement. Les principaux indicateurs de performance des différents matériaux d'outils sont présentés dans le tableau ci-dessous.
Principaux indicateurs de performance de divers matériaux d'outils de coupe

La sélection des matériaux des outils de coupe pour l'usinage CNC doit être basée sur la pièce à usiner et les propriétés d'usinage. La sélection des matériaux de l'outil doit être raisonnablement adaptée à l'objet à usiner. L'adéquation des matériaux des outils de coupe avec l'objet d'usinage fait principalement référence à l'adéquation de leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques, afin d'obtenir la durée de vie de l'outil la plus longue et une productivité de coupe maximale.
1. Correspondance des propriétés mécaniques entre les matériaux des outils de coupe et les objets d'usinage
Le problème de correspondance des performances mécaniques entre les outils de coupe et les objets d'usinage se réfère principalement à la correspondance des paramètres de performances mécaniques tels que la résistance, la ténacité et la dureté entre les outils et les matériaux de la pièce. Les matériaux des outils de coupe avec différentes propriétés mécaniques conviennent au traitement de différents matériaux de pièces.
① The hardness order of tool materials is: diamond tools>cubic boron nitride tools>ceramic tools>hard alloys>acier à haute vitesse.
② The order of bending strength of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>ceramic tools>outils en diamant et en nitrure de bore cubique.
③ The order of toughness of tool materials is: high-speed steel>hard alloy>outils en nitrure de bore cubique, en diamant et en céramique.
Les matériaux de pièce à haute dureté doivent être traités avec des outils de coupe de dureté plus élevée, et la dureté du matériau de l'outil de coupe doit être supérieure à celle du matériau de la pièce, nécessitant généralement une dureté de 60HRC ou plus. Plus la dureté du matériau de l'outil est élevée, meilleure est sa résistance à l'usure. Par exemple, à mesure que la teneur en cobalt des alliages durs augmente, leur résistance et leur ténacité augmentent, tandis que leur dureté diminue, ce qui les rend adaptés à l'usinage grossier ; Lorsque la teneur en cobalt diminue, sa dureté et sa résistance à l'usure augmentent, ce qui le rend adapté à un usinage de précision.
Les outils dotés d'excellentes propriétés mécaniques à haute température sont particulièrement adaptés à la coupe à grande vitesse. Les excellentes performances à haute température des outils de coupe en céramique leur permettent de couper à grande vitesse, et la vitesse de coupe autorisée peut être augmentée de 2-10 fois par rapport aux alliages durs.
2. Faire correspondre les propriétés physiques des matériaux des outils de coupe et des objets d'usinage
Les outils ayant des propriétés physiques différentes, tels que les outils en acier rapide à haute conductivité thermique et à faible point de fusion, les outils en céramique à point de fusion élevé et à faible dilatation thermique, et les outils diamantés à haute conductivité thermique et à faible dilatation thermique, conviennent au traitement de différents matériaux de la pièce à usiner. Lors du traitement de pièces à faible conductivité thermique, des matériaux d'outils ayant une bonne conductivité thermique doivent être utilisés pour transférer rapidement la chaleur de coupe et réduire la température de coupe. Le diamant, en raison de sa conductivité thermique élevée et de son taux de diffusion thermique, a tendance à dissiper la chaleur de coupe et ne produit pas de déformation thermique significative, ce qui est particulièrement important pour les outils d'usinage de précision qui nécessitent une précision dimensionnelle élevée.
① La température de résistance à la chaleur de divers matériaux d'outils de coupe : 700-8000C pour les outils de coupe diamantés, 13000-15000C pour les outils de coupe PCBN, 1100-12000C pour les outils de coupe en céramique, 900-11000C pour les alliages durs à base de TiC (N), 800-9000C pour les alliages durs à grains ultrafins à base de WC et 600-7000C pour le HSS.
② The thermal conductivity order of various tool materials is: PCD>PCBN>WC based hard alloy>TiC (N) based hard alloy>HSS>Si3N4 based ceramic>Céramique à base d'A1203.
③ The order of thermal expansion coefficients for various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>TiC (N)>A1203 based ceramic>PCBN>Si3N4 based ceramic>PCD.
④ The order of thermal shock resistance of various tool materials is: HSS>WC based hard alloy>Si3N4 based ceramic>PCBN>PCD>TiC (N) based hard alloy>Céramique à base d'A1203.
3. Correspondance des propriétés chimiques entre les matériaux des outils de coupe et les objets d'usinage
Le problème de correspondance des performances chimiques entre les matériaux des outils de coupe et les objets d'usinage fait principalement référence à la correspondance des paramètres de performances chimiques tels que l'affinité chimique, la réaction chimique, la diffusion et la dissolution entre les matériaux des outils et les matériaux de la pièce. Les outils de coupe avec différents matériaux conviennent au traitement de différents matériaux de pièces.
① The temperature resistance of various cutting tool materials to adhesion (compared to steel) is as follows: PCBN>ceramic>hard alloy>HSS.
② The oxidation resistance temperature of various tool materials is as follows: ceramic>PCBN>hard alloy>diamond>HSS.
③ The diffusion strength of different cutting tool materials (for steel) is: diamond>Si3N4 based ceramics>PCBN>A1203 based ceramics. The diffusion intensity (for titanium) is: A1203 based ceramics>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4. Sélection raisonnable des matériaux d'outils CNC
D'une manière générale, les outils de coupe en PCBN, en céramique, en alliages durs revêtus et en alliages durs à base de TiCN conviennent à l'usinage CNC de métaux noirs tels que l'acier ; Les outils PCD conviennent au traitement de matériaux métalliques non ferreux tels que Al, Mg, Cu, ainsi que de leurs alliages et matériaux non métalliques. Le tableau suivant répertorie certains matériaux de pièce à usiner qui peuvent être traités avec les matériaux d'outils mentionnés ci-dessus.
Certains matériaux de pièce à usiner adaptés à l'usinage avec des matériaux d'outils de coupe