S’il y a une chose qui empêche un responsable d’atelier d’usinage de dormir la nuit, c’est la peur de performances incohérentes des outils. Vous connaissez le sentiment. Vous avez une commande massive de pièces aérospatiales, la machine est en marche et tout d’un coup, elle se casse. L'outil se casse, la pièce est mise au rebut et votre marge en prend un coup. Chez Dezhou Drillstar Cutting Tool Co., Ltd, nous voyons ce scénario se produire constamment. La cause profonde ? Souvent, ce n’est pas la machine ; c'est le choix du matériau de l'outil de coupe.
Cet article est votre guide complet pour comprendre le matériau de l'outil de coupe paysage. Nous allons approfondir pourquoi carbure est devenu la norme de l'industrie, découvrez où outils de coupe en céramique briller et regarder des matériaux ultra-durs comme nitrure de bore cubique. Que vous coupiez fonte, aluminium, ou acier trempé, comprendre les propriétés de ces matériaux est le secret pour mieux débloquer durée de vie de l'outil et finition de surface.
Pourquoi le choix du matériau des outils de coupe est-il crucial pour vos opérations d’usinage ?
Le sélection de l'outil de coupe est sans doute la décision la plus importante dans le processus de fabrication. Le outil de coupe est le point de contact entre votre cher machine-outil et le brut pièce à usiner. Si ce point de contact échoue, tout le reste s’arrête.
Tout d’abord, considérons la chaleur. Pendant opérations d'usinage, les températures à la pointe peut atteindre plus de 1 000°C. Si le matériau de l'outil de coupe manque dureté à chaud, il va se ramollir et se déformer. Cela conduit à de mauvaises tolérances et à une pièce rejetée. Matériaux utilisés dans les outils de coupe doivent maintenir leur stabilité même lorsque la chaleur est allumée.
Deuxièmement, nous devons parler de résistance à l'usure. Un outil qui s’use trop vite nécessite des changements fréquents. Ce temps d’arrêt tue l’efficacité. En choisissant le bon outil de coupe avec un équilibre approprié de ténacité et résistance à l'usure, vous vous assurez que votre chaîne de production continue à avancer. Il s’agit de prévisibilité. Lorsqu'un distributeur comme vous vend un outil à un atelier d'usinage, il doit savoir qu'il durera 500 pièces et qu'il ne tombera pas en panne à 50.
Quels sont les principaux types de matériaux pour outils de coupe disponibles aujourd’hui ?
L'histoire de coupe de métal est vraiment une histoire de la science des matériaux. Au cours du siècle dernier, nous sommes passés des simples aciers au carbone à des composites avancés capables de couper des alliages durcis comme le beurre.
Voici un aperçu rapide de types de matériaux pour outils de coupe on voit couramment :
- Acier rapide (HSS) : Le vieux fiable. Dur, mais manque de vitesse.
- Carbure cémenté : Le bourreau de travail. Excellent résistance à l'usure et les capacités de vitesse.
- Céramique : Les démons de la vitesse. Idéal pour les températures élevées, mais cassant.
- Cermets : Un mélange de céramique et de métal. Idéal pour la finition.
- Matériaux super durs (CBN et PCD) : Les spécialistes des matériaux extrêmement durs ou abrasifs.
Comprendre ces types de coupe Les matériaux vous aident à adapter l'outil à l'application. Vous n’utiliseriez pas de marteau à verre pour enfoncer un clou, et vous ne devriez pas utiliser de HSS pour tourner l’acier de moule trempé.
Pourquoi le carbure cémenté est-il la norme industrielle pour l’usinage moderne ?
Si vous entrez dans un atelier CNC moderne, la grande majorité des outils que vous voyez (fraises en bout, forets, plaquettes) sont fabriqués en carbure cémenté. Mais qu’est-ce que c’est exactement ?
Carbure cémenté est un matériau composite. Il s'agit de dur carbure de tungstène particules cimentées ensemble par un liant métallique, généralement du cobalt. Pensez-y comme au béton : le tungstène est le granulat (pierre) et le cobalt est le ciment. Cette combinaison donne outils en carbure un avantage unique. Ils sont incroyablement durs et offrent un niveau élevé résistance à l'usure, mais le liant au cobalt offre une résistance suffisante pour résister aux forces de coupe sans se briser immédiatement.
Chez Drillstar, nous utilisons des micro-grains de haute qualité carbure tiges pour fabriquer nos Tiges en carbure monobloc. Plus le grain est fin, plus le bord que nous pouvons meuler est net et plus l'outil est solide. Outils de coupe en carbure peut fonctionner à des vitesses 2 à 3 fois plus rapides que le HSS, ce qui se traduit directement par des économies de temps machine.
Comment les outils en acier rapide (HSS) se comparent-ils aux outils de coupe en carbure ?
Vous pourriez vous demander si carbure est si génial, pourquoi acier rapide existe encore ? Acier rapide (HSS) a été une révolution lors de son introduction, permettant vitesses de coupe élevées que plus âgé aciers à outils au carbone.
Le principal avantage du HSS est sa ténacité. Il peut absorber les chocs et les vibrations qui briseraient un carbure outil. Cela rend le HSS idéal pour :
- Machines plus anciennes et moins stables.
- Coupes interrompues.
- Outils de forme complexe difficiles à meuler en carbure monobloc.
Cependant, le HSS présente une faiblesse majeure : dureté à chaud. Quand le vitesse de coupe augmente, la chaleur se génère rapidement. A environ 600°C, Le HSS perd de sa dureté. En revanche, outils en carbure cémenté conservent leur dureté à des températures beaucoup plus élevées. Pour les environnements à forte production où le temps de cycle est roi, coupe au carbure est presque toujours le meilleur choix.
Quand utiliser des outils de coupe en céramique dans votre machine ?
Outils de coupe en céramique sont une catégorie fascinante. Ils sont composés essentiellement de oxyde d'aluminium ou nitrure de silicium. Ces matériaux sont incroyablement durs et chimiquement stables. Ils ne réagissent pas avec le matériau de la pièce à usiner, ce qui évite un type d’usure appelée usure en cratère.
Découpe de céramique brille dans des scénarios spécifiques :
- Tournage à grande vitesse : Vous pouvez faire fonctionner la céramique à des vitesses de surface incroyables.
- Tournage dur : Usinage d'acier trempé (jusqu'à 60-65 HRC).
- Superalliages : Usinage des alliages à base de nickel utilisés dans les moteurs à réaction.
Cependant, matériaux céramiques avoir faible thermique résistance aux chocs (dans certaines qualités) et sont très fragiles. Si vous avez une machine avec des roulements desserrés ou si vous effectuez des coupes lourdes et interrompues, un outil de coupe en céramique pourrait se briser. Ils nécessitent une configuration rigide. Mais lorsqu'il est appliqué correctement, outils de coupe en céramique peut enlever le métal à des taux qui carbure je ne peux tout simplement pas toucher.
Qu'est-ce que le nitrure de bore cubique (CBN) et pourquoi est-il le deuxième matériau le plus dur ?
Lorsque nous parlons des matériaux les plus durs au monde, le diamant est le numéro un. Mais juste derrière, il y a nitrure de bore cubique (CBN). Le CBN est le deuxième matériau le plus dur connu de l'homme.
Le CBN est principalement utilisé pour l’usinage de métaux ferreux durs. Contrairement au diamant, le CBN ne réagit pas avec le carbone à haute température, ce qui le rend sans danger pour la coupe de l'acier. Des outils sont utilisés avec des pointes CBN pour usiner les aciers trempés, les fontes et les fers frittés.
L’utilisation du CBN permet aux fabricants de remplacer les opérations de meulage par l’usinage. Il s'agit d'un processus connu sous le nom de « tournage dur ». Au lieu d'installer une meule, vous utilisez un insert CBN pour tourner un arbre trempé à la bonne taille. C’est beaucoup plus rapide et plus écologique car cela utilise moins de liquide de refroidissement.
Les outils de coupe diamantés (PCD) sont-ils la solution ultime pour les matériaux non ferreux ?
Les outils en diamant polycristallin (PCD) sont les outils de coupe les plus durs disponibles. Taille du diamant des offres inégalées résistance à l'usure. Cependant, il y a un piège. Vous ne pouvez pas utiliser de diamant pour couper de l'acier.
Pourquoi ? Parce que l’acier contient du carbone et que le diamant est du carbone pur. Aux températures élevées d’usinage, les atomes de carbone du diamant veulent migrer dans l’acier. Cela provoque une usure chimique rapide.
Par conséquent, Outils PCD sont les meilleur outil de coupe choix pour matériaux non ferreux. Cela comprend :
- Aluminium alliages (en particulier l'aluminium à haute teneur en silicium utilisé dans les moteurs automobiles).
- Cuivre et laiton.
- Composites en fibre de carbone.
- Matériaux abrasifs comme le bois et la céramique.
Si vous usinez des boîtiers en aluminium pour l'électronique, un outil PCD peut durer 50 à 100 fois plus longtemps qu'un outil de coupe en carbure cémenté.
Comment les revêtements comme le nitrure de titane améliorent-ils le tranchant ?
Le matériau de base ne représente que la moitié de l’histoire. Pour tirer le meilleur parti d’un outil, nous appliquons souvent une fine couche. Le plus célèbre est le revêtement doré que l’on voit sur les forets : Nitrure de titane (Étain).
Les revêtements servent à plusieurs fins :
- Dureté : Ils sont plus durs que le substrat, protégeant ainsi le pointe.
- Lubrification : Ils réduisent la friction entre l'outil et la puce, réduisant ainsi la chaleur.
- Barrière thermique : Ils ont plus bas conductivité thermique, gardant la chaleur dans la puce et hors de l'outil.
Au-delà du TiN, nous utilisons des revêtements avancés comme le carbonitrure de titane (TiCN) et le nitrure d'aluminium et de titane (AlTiN). AlTiN est particulièrement efficace pour outils de coupe en carbure utilisé en usinage à sec car lorsqu'il devient chaud, il forme une couche protectrice de oxyde d'aluminium.
Quels facteurs doivent guider votre choix de l’outil de coupe ?
Le choix du matériau de l'outil de coupe cela ne devrait pas être une supposition. Il doit s'agir d'une décision calculée basée sur des variables spécifiques. Lorsque nous consultons les clients au sujet de notre Forets en carbure, nous demandons :
- Matériau de la pièce : Est-ce de l'aluminium doux ou de la fonte abrasive ? Des matériaux comme Le titane nécessite des outils aux propriétés chimiques spécifiques pour éviter le grippage.
- Dureté : Si le HRC est supérieur à 50, vous avez besoin de carbure haute performance ou de CBN.
- État de la machine : Votre broche est-elle rigide ? Si oui, vous pouvez utiliser des qualités plus dures et plus cassantes. Sinon, il faut de la ténacité.
- Volume de production : Pour un prototype, le HSS pourrait être bon marché et très bien. Pour 10 000 pièces, le coût par pièce d'un revêtement carbure l'outil est bien inférieur.
Le bon outil est celui qui vous offre le coût le plus bas par trou ou par surface usinée, pas nécessairement celui avec le prix le plus bas sur la boîte.
Comment définir et mesurer la durée de vie des outils dans différents matériaux ?
Durée de vie de l'outil est généralement défini comme le temps pendant lequel un outil coupe efficacement avant de tomber en panne ou de produire des pièces inacceptables. Les échecs se produisent à cause de usure des outils, un écaillage ou une déformation plastique.
Dans coupe en carbure cémenté, nous recherchons des modèles d'usure prévisibles. Nous voulons que l’usure des flancs augmente lentement et uniformément. Si le pointe éclats (microfissures), l'outil peut tomber en panne de manière catastrophique.
Différent types de coupe générer des usures différentes.
- Usure du cratère : Une dépression concave sur le face de l'outil, provoqué par une réaction chimique et la chaleur. Commun dans la coupe de l’acier.
- Usure des flancs : Abrasion sur le côté de l'outil. Il s'agit du mécanisme normal de fin de vie pour la plupart outils en carbure.
Utiliser des matériaux à haute teneur dureté à chaud et la stabilité chimique (comme carbure de titane revêtements ou nitrure de silicium céramiques) retarde ces mécanismes d’usure.
Comment la conductivité thermique affecte-t-elle le processus de découpe ?
La chaleur est l'ennemi. La capacité d’un matériau à supporter la chaleur est définie par sa conductivité thermique.
Dans certains cas, vous souhaitez une conductivité élevée. Par exemple, le PCD (diamant) a une conductivité thermique très élevée, ce qui aide à évacuer la chaleur de la zone de coupe lors de l'usinage. aluminium.
Dans d’autres cas, vous souhaitez une faible conductivité. Matériau de l'outil de coupe en céramique a souvent une faible conductivité thermique. Cela maintient la chaleur dans les copeaux et la pièce, protégeant ainsi la structure de l'outil. Cependant, cela signifie également que céramique est susceptible de choc thermique. Si vous projetez du liquide de refroidissement sur un insert en céramique chaud, il risque de se fissurer comme un verre chaud dans de l'eau froide.
Comprendre cela aide à choisir un outil de coupe stratégies, par exemple s'il faut rouler sur sol mouillé (avec liquide de refroidissement) ou à sec.
Équilibrer coût et performance : le point de vue d’un fabricant
En tant que fabricant de Inserts en carbure cémenté, je dois souvent expliquer aux distributeurs pourquoi un outil coûte ce qu'il coûte.
Un outil standard peut utiliser un grain plus grossier carbure de tungstène. C'est moins cher. Un outil haut de gamme utilise du carbure à micro-grains avec 12 % de cobalt et un nano-revêtement multicouche. L'outil premium peut coûter 30 % de plus mais durer 300 % plus longtemps.
Pour opérations d'usinage là où les temps d’arrêt sont coûteux (comme sur une chaîne de production automatisée massive), l’outil coûteux est en réalité l’option la moins chère. Cependant, pour un petit atelier effectuant des réparations ponctuelles, le coupe haute les performances des qualités premium pourraient être excessives.
Le guide de l'outil de coupe L'achat est simple : calculez le coût par pièce, pas le coût par outil.
Résumé : principaux points à retenir pour la sélection des matériaux des outils de coupe
Naviguer dans le monde de plaquettes d'outils de coupe et les outils solides peuvent être complexes. Voici les éléments les plus importants à retenir de ce guide :
- Le carbure cémenté est roi : Il offre le meilleur équilibre de dureté et ténacité pour 80 % de applications de coupe.
- Faites correspondre le matériau : Utilisez PCD pour matériaux non ferreux comme aluminium. Utilisez du CBN pour les aciers durs. Utilisez des céramiques pour les superalliages.
- Gestion de la chaleur : Températures élevées tuer les outils. Sélectionnez des matériaux appropriés dureté à chaud et conductivité thermique.
- Les revêtements comptent : Nitrure de titane et d'autres revêtements PVD/CVD prolongent considérablement durée de vie de l'outil en réduisant la friction et en bloquant la chaleur.
- Coût par rapport à la valeur : Ne vous contentez pas de regarder le prix. Un tranchant tranchant qui dure plus longtemps réduit les temps d’arrêt des machines et les taux de rebut.
- HSS a une niche : Ne faites pas de rabais acier rapide pour les configurations instables ou les machines plus anciennes où endurance bat la vitesse.
Chez Drillstar, nous nous engageons à vous aider à trouver le bon outil de coupe pour le travail. Que vous ayez besoin d'une norme Rectifieuse de forets solutions ou profils de carbure personnalisés, comprendre la science du matériau est la première étape vers le succès de l’usinage.
