La consommation d'énergie dans le processus de découpe du métal est exprimée sous forme de chaleur de coupe et de friction. Ces facteurs rendent l'outil dans de mauvaises conditions d'usinage, avec une charge de surface élevée et une température de coupe élevée. La raison de la température élevée est que la puce glisse le long de la face avant de l'outil à grande vitesse, produisant une pression élevée et un fort frottement sur le tranchant.

Effondrer

En cours d'usinage, la fraise rencontre le point dur de la microstructure du composant, ou coupe par intermittence, ce qui peut faire fluctuer la force de coupe. Par conséquent, l'outil de coupe a les caractéristiques de résistance à haute température, de ténacité élevée, de résistance à l'usure élevée et de dureté élevée.

Usure des rainures

Au cours du dernier demi-siècle, afin d'améliorer continuellement les performances des outils de coupe, de nombreux travaux de recherche ont été menés. L'un des facteurs clés affectant le taux d'usure de presque tous les matériaux d'outils est la température de coupe atteinte lors du processus d'usinage. Malheureusement, il est difficile de définir les paramètres de calcul de la température de coupe, mais la mesure expérimentale peut fournir la base d'une formule empirique.

En règle générale, il est supposé que toute l'énergie générée dans le processus de coupe est convertie en chaleur de coupe, et 80% de la chaleur de coupe seront emportés par les copeaux

La valeur numérique changera avec certains facteurs, et la vitesse de coupe est le facteur principal. Cela provoque environ 20% de chaleur à pénétrer dans l'outil. Même si l'acier à faible teneur en carbone est coupé, la température de l'outil peut dépasser 550 ℃, ce qui est la température la plus élevée que le HSS puisse supporter. Lors de la coupe d'acier trempé avec un outil CBN, la température de l'outil et de la puce peut dépasser 1000 ℃.

Relation entre l'usure et la durée de vie de l'outil

Les modèles d'usure des outils peuvent être divisés dans les catégories suivantes:

Usure de la face arrière du couteau

Usure des rainures

usure du cratère

Effondrement de pointe

Fissure chaude

échec de l'éclatement

à l'heure actuelle, il n'existe pas de définition unifiée universellement acceptée de la durée de vie des outils dans l'industrie. Il est nécessaire de spécifier la durée de vie de l'outil pour le matériau de la pièce et la technologie de coupe. Une méthode pour quantifier la durée de vie d'un outil consiste à définir une valeur d'usure maximale acceptable de la face arrière, c'est-à-dire VB ou VBmax.

Usure de la face arrière du couteau

D'un point de vue mathématique, la durée de vie de l'outil peut être exprimée par la formule suivante. La formule de Taylor fournit une bonne méthode de calcul approximative pour la prédiction de la durée de vie de l'outil.

Vctn = C, qui est la forme générale de la formule de Taylor. Les paramètres pertinents sont les suivants:

VC = vitesse de coupe

T = durée de vie de l'outil

D = profondeur de coupe

F = vitesse d'avance

X et y sont déterminés par des expériences. N et C sont des constantes déterminées par des expériences ou des valeurs empiriques. Ils sont différents en raison de différents matériaux d'outils, matériaux de pièces et vitesses d'avance.

D'un point de vue pratique, afin de limiter l'usure excessive des outils et de surmonter les températures élevées, trois éléments clés doivent être pris en compte: le substrat, le revêtement et le traitement des arêtes de coupe. Chaque élément est lié au succès ou à l'échec de la coupe du métal. Ces trois éléments, combinés à la forme de la rainure de curling des copeaux et au rayon de congé de la pointe de l'outil, déterminent les matériaux applicables et les occasions d'application de chaque outil. Tous les paramètres ci-dessus fonctionnent ensemble pour assurer la longue durée de vie de l'outil de coupe et reflètent enfin l'économie et la fiabilité du traitement.

matrice

Les outils en carbure de tungstène avec résistance à l'usure et ténacité ont une plus large gamme d'applications d'usinage. Les fournisseurs d'outils contr?lent généralement la plage de granulométrie WC de 0,3 μm à 5 μm pour saisir les performances de la matrice. La taille des grains de WC a une grande influence sur les performances de coupe des outils. Plus la taille des grains de WC est petite, plus l'outil est résistant à l'usure; au contraire, plus la taille des grains de WC est grande, meilleure est la ténacité de l'outil. Les pales en matrice à grains ultra-fins sont principalement utilisées pour traiter les matériaux traités dans l'industrie aérospatiale, tels que l'alliage de titane, l'alliage Inconel, l'alliage haute température, etc.

Tumeur d'accumulation

De plus, la ténacité de la matrice peut être considérablement améliorée en ajustant la teneur en cobalt de 6% à 12%. Par conséquent, il est seulement nécessaire d'ajuster la composition du matériau de matrice pour répondre aux exigences de l'outil pour la ténacité et la résistance à l'usure dans l'application du traitement des métaux.

Les propriétés de la matrice peuvent être améliorées non seulement par la couche riche en cobalt adjacente à la couche de surface, mais également en ajoutant sélectivement d'autres types d'éléments d'alliage au carbure cémenté, tels que le carbure de titane (TIC), le carbure de tantale (TAC), carbure de vanadium (VC) et carbure de niobium (NBC). La couche riche en cobalt améliore considérablement la résistance de l'arête de coupe, ce qui confère à l'outil d'excellentes performances dans les applications d'usinage grossier et d'usinage intermittent.

Fissure chaude

De plus, afin de correspondre au matériau de la pièce et de répondre aux exigences de traitement spécifiques, les cinq propriétés physiques suivantes doivent être prises en compte lors du choix de la matrice appropriée: ténacité aux chocs, résistance à la rupture transversale, résistance à la compression, dureté et ténacité aux chocs thermiques.

enrobage

Actuellement, les principaux matériaux de revêtement sur le marché comprennent:

Le nitrure de titane (TIN) - généralement un revêtement PVD, présente les caractéristiques d'une dureté élevée et d'une température de résistance à l'oxydation élevée.

Carbure de nitrure de titane (TiCN) - l'ajout de carbone peut améliorer la dureté et la propriété autolubrifiante du revêtement.

Le nitrure de titane et d'aluminium (TiAlN ou AlTiN) - constitué d'une couche d'alumine, prolonge la durée de vie de l'outil dans les applications à températures de coupe élevées, en particulier pour la coupe quasi sèche / sèche. Par rapport au revêtement TiAlN, la dureté de surface du revêtement est plus élevée en raison du rapport différent de l'aluminium au titane. Ce schéma de revêtement est très approprié pour les applications d'usinage à grande vitesse.

Le nitrure de chrome (CRN) - avec les avantages d'une dureté élevée et d'une résistance élevée à l'usure, est la solution de premier choix pour résister à l'accumulation de copeaux.

Diamant (PCD) - a les meilleures performances de traitement des matériaux en alliage non ferreux, en particulier pour le traitement du graphite, des composites à matrice métallique, des alliages d'aluminium à haute teneur en silicium et d'autres matériaux de meulage. Il ne convient pas du tout de traiter l'acier, car la réaction chimique détruira la combinaison du revêtement et du substrat.

usure du cratère

Grace à l'analyse du développement des matériaux de revêtement et de la croissance de la demande du marché ces dernières années, nous pouvons voir que les outils revêtus PVD sont plus populaires que les outils revêtus CVD. L'épaisseur du revêtement CVD varie généralement entre 5 et 15 microns

L'épaisseur du revêtement PVD est généralement comprise entre 2 et 6 μM. Lorsque le revêtement CVD est appliqué sur la surface supérieure du substrat, une contrainte de traction sera produite dans le revêtement CVD, tandis qu'une contrainte de compression sera produite dans le revêtement PVD. Ces deux facteurs ont un impact significatif sur l'arête de coupe, notamment sur les performances de l'outil en coupe intermittente ou en usinage continu. L'ajout de nouveaux éléments d'alliage dans le processus de revêtement est non seulement bénéfique pour améliorer l'adhérence du revêtement, mais également pour améliorer les propriétés du revêtement.

Traitement de pointe de lame

Dans de nombreux cas, le traitement de pointe (passivation) détermine le succès ou l'échec de l'usinage. Les paramètres de passivation sont déterminés par l'application prédéfinie. Par exemple, le traitement de pointe requis pour la finition à grande vitesse de l'acier est totalement différent de celui utilisé pour l'usinage grossier.

En général, le tournage continu nécessite la passivation de l'arête de coupe, comme c'est le cas pour la plupart des fraisages d'acier et de fonte. Pour un usinage intermittent sévère, il est nécessaire d'augmenter les paramètres de passivation ou le chanfreinage négatif du bord de coupe de l'arête de coupe.

En revanche, lors de l'usinage d'acier inoxydable ou de superalliage, il est nécessaire de passiver la lame pour obtenir un petit rayon de passivation, et d'adopter un tranchant tranchant, car lors de l'usinage de tels matériaux, il est facile de produire une accrétion de copeaux. De même, lors du traitement de l'aluminium, un tranchant tranchant est également requis.

En géométrie, iska propose une large gamme de lames à tranchant hélico?dal dont le profil se répartit progressivement autour d'une surface cylindrique le long de l'axe. La direction de la lame en spirale est similaire à une hélice. L'un des avantages de la conception des bords en spirale est de rendre le processus de coupe lisse et excessif, de réduire les vibrations et d'obtenir une finition de surface plus élevée. De plus, l'arête de coupe en spirale peut supporter plus de charge de coupe, ce qui peut réduire la force de coupe et retirer plus de métal en même temps. Un autre avantage des outils de coupe hélico?daux est qu'ils ont une durée de vie plus longue, car ils ont une force de coupe et une chaleur plus faibles.