Usinabilité des métaux: signification, évaluation et facteurs
Après avoir lu cet article, vous en apprendrez plus sur: - 1. Signification de l’usinabilité 2. Évaluation (quantification ou mesures) de l’usinabilité 3. Facteurs influant sur 4. L’usinabilité des matériaux courants 5. Additifs améliorant l’usinabilité.
Signification de l'usinabilité:
Le terme «usinabilité» fait référence à la facilité avec laquelle un métal peut être usiné pour obtenir un état de surface acceptable. Murphy définit l'usinabilité comme «l'aptitude d'un matériau à être usinée dans un ensemble donné de conditions de coupe».
Les matériaux avec une bonne usinabilité nécessitent peu de puissance de coupe. peut être coupé rapidement, obtenir facilement un bon état de surface et ne pas trop porter l’outillage. De tels matériaux sont dits librement usinables.
L'usinabilité peut être difficile à prédire avec précision car le processus d'usinage comporte de nombreuses variables. Les matériaux solides et résistants sont généralement plus difficiles à usiner, car une plus grande force est nécessaire pour les couper.
Les autres facteurs importants qui affectent l'usinabilité incluent:
je. Paramètres de travail (composition chimique, dureté de la microstructure)
Paramètres de l'outil (géométrie de l'outil, matériau de l'outil, durée de vie de l'outil)
ii. Paramètres d'usinage (vitesse de coupe, avance, profondeur de coupe, lubrification, etc.)
Il est indiqué que le matériau A est plus usinable que le matériau B, cela peut avoir trois significations différentes, comme:
iii. Un taux d'usure inférieur est obtenu avec le matériau A, ou
iv. Une meilleure finition de surface peut être obtenue avec le matériau A ou
v. Moins d’énergie requise pour usiner le matériau A.
Par conséquent, il est important de noter que l’usinabilité est toujours définie avec un ensemble de conditions particulier.
Par exemple:
Ensemble de conditions 1:
(Meilleure finition de surface) Le matériau A (acier à haute teneur en carbone) a plus d'usinabilité que le matériau B (acier doux).
Ensemble de conditions 2: (Usure de l'outil et consommation électrique):
Maintenant, le résultat peut être inversé. Le matériau B (acier doux) a plus d'usinabilité que le matériau A (acier à haute teneur en carbone).
Prise en compte d'un outil HSS commun pour les deux ensembles de conditions.
Évaluation (quantification ou mesures) de l'usinabilité:
De nombreux facteurs affectent l'usinabilité, mais aucun moyen largement accepté de la quantifier. Au lieu de cela, l’usinabilité est généralement mesurée au cas par cas. Les différents tests effectués pour quantifier l'usinabilité sont conçus pour justifier le besoin d'une installation de fabrication spécifique.
Les mesures de quantification courantes comprennent:
(i) Durée de vie de l'outil.
(ii) Finition de surface.
(iii) Forces de coupe et consommation d'énergie.
(iv) Indice d'évaluation de l'usinabilité.
(v) Contrôle des copeaux.
(i) Durée de vie de l'outil:
La durée de vie de l'outil est généralement considérée comme une mesure importante de l'usinabilité. Plus la durée de vie de l'outil est élevée, meilleure est l'usinabilité d'un matériau de travail. Certains tableaux et graphiques standard sont disponibles et fournissent une référence pour comparer l'usinabilité de différents matériaux. Ces tableaux mesurent généralement l'usinabilité en termes de vitesse de coupe pour une durée de vie donnée. Les cotes d'usinabilité sont basées sur une durée de vie de l'outil de T = 60 minutes.
(ii) finition de surface:
La finition de surface du matériau de travail usiné est également une mesure importante de l'usinabilité, spécialement dans le cas des opérations de finition. Plus est la finition de surface obtenue; plus sera l'usinabilité du matériau de travail.
(iii) Forces de coupe et consommation d'énergie:
C'est également une mesure d'usinabilité la plus largement utilisée, spécialement dans les opérations d'ébauchage.
(iv) Indice d'usinabilité (classement):
L'indice d'usinabilité / indice de différents matériaux est pris par rapport à l'indice standard. L'indice d'usinabilité de l'acier de décolletage est considéré comme un indice standard et fixé à 100%. L'indice d'usinabilité est basé sur une durée de vie de l'outil de T = 60 minutes.
L'indice d'usinabilité de tout autre matériau peut être trouvé en utilisant la relation suivante:
L'indice d'usinabilité de certains matériaux couramment utilisés est donné dans le tableau 9.12:
Importance de l'index d'usinabilité:
Les cotes d'usinabilité sont basées sur une durée de vie de l'outil de T = 60 minutes. Le matériau standard est l'acier A1S1, ce qui donne un indice de 100. Cela signifie que, pour une durée de vie de 60 minutes, cet acier doit être usiné à une vitesse de coupe de 100 pi / min (30 m / min). Des vitesses plus élevées réduiront la durée de vie de l'outil, tandis qu'une vitesse plus lente les augmentera. Par exemple, l'acier 3140 a un indice d'usinabilité 55, cela signifie que lorsqu'il est usiné à une vitesse de coupe de 17 m / min, la durée de vie de l'outil sera de 60 min.
(v) Contrôle des copeaux:
Dans certains cas, la facilité de contrôle des puces est également une mesure de l’usinabilité. En ce qui concerne le contrôle des copeaux, les copeaux longs et recourbés, s’ils ne sont pas fragmentés, peuvent gravement affecter le processus de coupe en s’enroulant autour du tranchant de l’outil.
Facteurs influant sur l'usinabilité:
En général, on considère que l'usinabilité est une propriété qui dépend principalement de la microstructure et des propriétés du matériau de travail, mais elle est également très influencée par certains autres facteurs.
Certains facteurs importants et responsables qui affectent l'usinabilité sont les suivants:
(i) Paramètres du matériau de travail.
(ii) Paramètres de l'outil.
(iii) Paramètres d'usinage.
(i) Paramètres du matériau de travail:
Il comprend:
je. Dureté.
ii. Microstructure
iii. Composition chimique.
iv. Forme et dimensions.
v. Rigidité de la tenue.
vi. Résistance à la traction.
ii) Paramètres de base:
Il comprend:
je. Géométrie de l'outil.
ii. Matériel d'outil.
iii. Rigidité du porte-outil.
iv. Sélection de l'outil approprié.
v. Processus de rectification d'outils.
vi. Température de l'interface du copeau.
(iii) Paramètres d'usinage:
Il comprend:
je. Vitesse de coupe.
ii. Alimentation.
iii. Profondeur de coupe
iv. Liquide de coupe.
v. Nature du processus de coupe (intermittent ou régulier).
vi. Rigidité de la tenue de l'outil de travail.
vii. Facilité d'élimination des copeaux.
Usinabilité des matériaux communs:
Nous discuterons de l’usinabilité un par un des matériaux couramment utilisés tels que les aciers, les aciers inoxydables, l’aluminium, les thermoplastiques, les composites, etc.
i) Aciers:
La teneur en carbone de l'acier affecte grandement son usinabilité. Les aciers à haute teneur en carbone sont difficiles à usiner car ils sont solides et peuvent contenir du carbure. Les carbures présents dans l'acier abrasent l'outil de coupe. D'autre part, les aciers à faible teneur en carbone sont gênants car trop mous. Les aciers à faible teneur en carbone sont «collants» et collent à l'outil de coupe, ce qui crée un tranchant qui raccourcit la durée de vie de l'outil. Par conséquent, l’acier à teneur moyenne en carbone (ayant environ 0, 2% de carbone) est le meilleur choix pour une meilleure usinabilité.
Du chrome, du molybdène et d'autres éléments d'alliage sont souvent ajoutés à l'acier pour en améliorer la résistance. Cependant, la plupart de ces éléments diminuent l'usinabilité. Les inclusions (oxydes) présentes, le cas échéant, diminuent son usinabilité.
ii) Aciers inoxydables:
Les aciers inoxydables ont une usinabilité médiocre par rapport aux aciers au carbone ordinaires car ils sont plus durs, plus gommants et ont tendance à durcir très rapidement. Un léger durcissement de l'acier peut diminuer son pouvoir collant et faciliter la coupe. Les AISI -303 et 416 sont plus faciles à usiner grâce à l’ajout de soufre et de phosphore.
iii) aluminium:
L'aluminium est généralement très facile à usiner. Cependant, les qualités les plus douces ont tendance à former une arête rapportée, ce qui entraîne un mauvais état de surface. Des vitesses de coupe élevées, des angles de coupe élevés et des angles de dépouille élevés sont recommandés pour une usinabilité appropriée. Les alliages 2007, 2011 et 6020 ont une très bonne usinabilité.
iv) thermoplastiques:
Les thermoplastiques sont difficiles à usiner car ils ont une faible conductivité thermique. Cela crée de la chaleur qui s'accumule dans la zone de coupe, ce qui dégrade la durée de vie de l'outil et fait fondre localement le plastique.
(v) composites:
Les composites présentent souvent les pires possibilités d'usinabilité, car ils associent la faible conductivité thermique d'une résine plastique à une matrice céramique tenace ou abrasive.
Additifs pour améliorer l'usinabilité:
Les additifs réduisent le contact métallique entre l'outil et le matériau de travail, réduisant ainsi le frottement et le taux d'usure de l'outil. Il existe une variété de produits chimiques, métalliques et non métalliques, qui peuvent être ajoutés aux métaux ferreux et non ferreux pour améliorer l'usinabilité. Ces additifs peuvent fonctionner en lubrifiant l'interface outil-puce, en diminuant la résistance au cisaillement du matériau ou en augmentant la fragilité de la puce.
Historiquement, le soufre et le plomb ont été les additifs les plus courants, mais le bismuth et l'étain sont de plus en plus populaires pour des raisons environnementales.
Voici quelques additifs avec des métaux pour améliorer l'usinabilité:
