Qu'est-ce qu'un outil CNC ?
La combinaison d'équipements de traitement avancés et d'outils de coupe CNC hautes performances peut tirer pleinement parti de ses performances et générer de bons avantages économiques. Avec le développement rapide des matériaux pour outils de coupe, divers nouveaux matériaux pour outils de coupe ont considérablement amélioré leurs propriétés physiques, mécaniques et leurs performances de coupe, et leur gamme d'applications a également continué à s'étendre.
La composition structurelle des outils CNC ?
Les outils CNC (Computer Numerical Control) sont des machines-outils actionnées par des commandes programmées codées sur un support de stockage, tel qu'un ordinateur. Ces outils utilisent un système contrôlé par ordinateur pour effectuer des opérations d'usinage de précision, telles que la découpe, le perçage, le fraisage et le façonnage. Les outils sont utilisés dans les processus de fabrication, en particulier dans des industries telles que l'aérospatiale, l'automobile, le médical et la métallurgie.
Les outils CNC comprennent une gamme de machines, telles queFraisage CNCmachines, CNCprocessus de tour, routeurs CNC, découpeuses plasma CNC et découpeuses laser CNC. Ces outils fonctionnent en déplaçant un outil de coupe ou une pièce à usiner sur trois axes ou plus à l'aide d'une commande numérique par ordinateur.
Les outils CNC sont connus pour leur précision, leur exactitude et leur répétabilité, ce qui les rend idéaux pour fabriquer des pièces et des composants complexes avec des tolérances serrées. Elles sont également capables de produire des produits de haute qualité à un rythme plus rapide que les machines manuelles traditionnelles, ce qui contribue à augmenter la productivité et l’efficacité de la fabrication.
Quelles propriétés de base les matériaux pour outils CNC doivent-ils avoir ?
1. Dureté : les matériaux des outils CNC doivent être suffisamment durs pour résister à l'usure pendant le processus d'usinage.
2. Robustesse : les matériaux des outils CNC doivent être suffisamment résistants pour résister aux charges d'impact et de choc.
3. Résistance à la chaleur : les matériaux des outils CNC doivent être capables de résister aux températures élevées générées pendant le processus d'usinage sans perdre leur résistance ou leur durabilité.
4. Résistance à l'usure : les matériaux des outils CNC doivent être résistants à l'usure abrasive causée par le contact avec la pièce.
5. Stabilité chimique : les matériaux des outils CNC doivent être chimiquement stables pour éviter la corrosion et d'autres formes de dommages chimiques.
6. Usinabilité : les matériaux des outils CNC doivent être faciles à usiner et à façonner dans la forme souhaitée.
7. Rentabilité : les matériaux des outils CNC doivent être abordables et rentables, compte tenu de leurs performances et de leur longévité.
Types, propriétés, caractéristiques et applications des matériaux pour outils de coupe
Chaque type de matériau a ses propriétés, caractéristiques et applications uniques. Voici quelques matériaux courants pour outils de coupe, ainsi que leurs propriétés et applications :
1. Acier rapide (HSS) :
Le HSS est un matériau d'outil de coupe couramment utilisé, fabriqué à partir d'une combinaison d'acier, de tungstène, de molybdène et d'autres éléments. Il est connu pour sa dureté, sa résistance à l'usure et sa ténacité élevées, ce qui le rend adapté à l'usinage d'une large gamme de matériaux, notamment les aciers, les alliages d'aluminium et les plastiques.
2. Carbure :
Le carbure est un matériau composite constitué d'un mélange de particules de carbure de tungstène et d'un liant métallique, tel que le cobalt. Il est connu pour sa dureté, sa résistance à l'usure et sa résistance à la chaleur exceptionnelles, ce qui le rend idéal pour l'usinage de matériaux résistants, tels que l'acier inoxydable, la fonte et les alliages à haute température.
3. Céramique :
Les outils de coupe en céramique sont fabriqués à partir d'une variété de matériaux céramiques, tels que l'oxyde d'aluminium, le nitrure de silicium et la zircone. Ils sont connus pour leur dureté élevée, leur résistance à l’usure et leur stabilité chimique, ce qui les rend adaptés à l’usinage de matériaux durs et abrasifs, tels que les céramiques, les composites et les superalliages.
4. Nitrure de bore cubique (CBN) :
Le CBN est un matériau synthétique fabriqué à partir de cristaux cubiques de nitrure de bore. Il est connu pour sa dureté, sa résistance à l'usure et sa résistance à la chaleur exceptionnelles, ce qui le rend adapté à l'usinage des aciers trempés et d'autres matériaux difficiles à usiner à l'aide d'autres matériaux d'outils de coupe.
5. Diamant :
Les outils de coupe diamantés sont fabriqués à partir de diamants naturels ou synthétiques. Ils sont connus pour leur dureté, leur résistance à l'usure et leur résistance à la chaleur exceptionnelles, ce qui les rend adaptés à l'usinage de métaux non ferreux, de composites et d'autres matériaux durs et abrasifs.
Il existe également un type spécial d’outil appelé outil revêtu.
Généralement, les matériaux ci-dessus sont utilisés comme revêtements et sont largement utilisés dans les machines-outils CNC.
Un outil revêtu est un outil avec une fine couche de matériau appliquée sur sa surface pour améliorer ses performances et prolonger sa durée de vie. Le matériau de revêtement est choisi en fonction de l'utilisation prévue de l'outil, et les matériaux de revêtement courants comprennent le nitrure de titane (TiN), le carbone de titane (TiCN) et le carbone de type diamant (DLC).
Les revêtements peuvent améliorer les performances d'un outil de diverses manières, par exemple en réduisant la friction et l'usure, en augmentant la dureté et la ténacité et en améliorant la résistance à la corrosion et aux dommages chimiques. Par exemple, un foret avec revêtement TiN peut durer jusqu'à trois fois plus longtemps qu'un foret sans revêtement, et une fraise en bout avec revêtement TiCN peut couper des matériaux plus durs avec moins d'usure.
Les outils revêtus sont couramment utilisés dans des secteurs tels que la fabrication, l'aérospatiale, l'automobile et la fabrication de dispositifs médicaux. Ils peuvent être utilisés pour la découpe, le perçage, le fraisage, le meulage et d’autres opérations d’usinage.
Principes de sélection des matériaux d'outils CNC
La sélection des matériaux des outils CNC est une considération importante lors de la conception et de la fabrication de précisionpièces tournantes. La sélection d'un matériau d'outil repose sur un certain nombre de facteurs, notamment le type de matériau à usiner, l'opération d'usinage et la finition souhaitée.
Voici quelques-uns des principes de sélection des matériaux pour outils CNC :
1. Dureté :Le matériau de l'outil doit être suffisamment dur pour résister aux forces et aux températures générées lors de l'usinage. La dureté est généralement mesurée sur l'échelle Rockwell C ou l'échelle Vickers.
2. Robustesse :Le matériau de l’outil doit également être suffisamment résistant pour résister à la fracture et à l’écaillage. La ténacité est généralement mesurée par la résistance aux chocs ou la ténacité à la rupture.
3. Résistance à l’usure :Le matériau de l’outil doit avoir une bonne résistance à l’usure pour conserver son tranchant et éviter la défaillance de l’outil. La résistance à l'usure d'un matériau est souvent mesurée par le volume de matière retiré de l'outil au cours d'un certain nombre d'usinages.
4. Conductivité thermique: Le matériau de l'outil doit avoir une bonne conductivité thermique pour dissiper la chaleur générée lors de l'usinage. Cela permet d'éviter les pannes d'outils et de maintenir la précision dimensionnelle.
5. Stabilité chimique :Le matériau de l'outil doit être chimiquement stable pour éviter des réactions chimiques avec le matériau de la pièce à usiner.
6. Coût :Le coût du matériau de l’outil est également un facteur important, en particulier pour les séries de production à grand volume.
Les matériaux couramment utilisés pour les outils CNC comprennent le carbure, l'acier rapide, la céramique et le diamant. Le choix d'un matériau d'outil dépend de l'opération d'usinage spécifique et de la finition souhaitée, ainsi que des matériaux usinés et de l'équipement disponible.
1) Le matériau de l'outil de coupe correspond aux propriétés mécaniques de l'objet usiné
Faire correspondre le matériau de l'outil de coupe aux propriétés mécaniques de l'objet usiné est une considération importante dans l'usinage CNC. Les propriétés mécaniques de l’objet usiné comprennent, entre autres, sa dureté, sa ténacité et sa ductilité. Le choix d'un matériau d'outil de coupe qui correspond ou complète les propriétés mécaniques de l'objet usiné peut améliorer les performances et l'efficacité de l'usinage, réduire l'usure de l'outil et améliorer la qualité de la pièce finie.
① L'ordre de dureté du matériau de l'outil est le suivant : outil diamanté > outil en nitrure de bore cubique > outil en céramique > carbure de tungstène > acier rapide.
② L'ordre de résistance à la flexion des matériaux des outils est le suivant : acier rapide > carbure cémenté > outils en céramique > outils en diamant et en nitrure de bore cubique.
③ L'ordre de ténacité des matériaux des outils est le suivant : acier rapide > carbure cémenté > nitrure de bore cubique, outils diamantés et céramiques.
Par exemple, si l'objet usiné est constitué d'un matériau dur et cassant comme l'acier trempé ou la fonte, un outil de coupe fabriqué dans un matériau dur et résistant à l'usure comme le carbure ou la céramique peut être le meilleur choix. Ces matériaux peuvent résister aux forces de coupe et aux températures élevées générées lors de l'usinage et conserver leurs arêtes de coupe tranchantes pendant de plus longues périodes.
En revanche, si l'objet usiné est constitué d'un matériau plus doux et plus ductile comme l'aluminium ou le cuivre, un outil de coupe fabriqué dans un matériau plus résistant comme l'acier rapide peut être plus approprié. L'acier rapide peut mieux absorber les chocs et les vibrations pendant l'usinage, réduisant ainsi le risque de casse des outils et améliorant leur durée de vie.
2）Adaptation du matériau de l'outil de coupe aux propriétés physiques de l'objet usiné
Faire correspondre le matériau de l'outil de coupe aux propriétés physiques de l'objet usiné est également une considération importante dans l'usinage CNC. Les propriétés physiques de l'objet usiné incluent, entre autres, sa conductivité thermique, son coefficient de dilatation thermique et ses exigences en matière de finition de surface. Le choix d'un matériau d'outil de coupe qui correspond ou complète les propriétés physiques de l'objet usiné peut améliorer les performances d'usinage, réduire l'usure de l'outil et améliorer la qualité de la pièce finie.
① Température de résistance à la chaleur de divers matériaux d'outils : 700-8 000 C pour les outils diamantés, 13 000-15 000 C pour les outils PCBN, 1 100-12 000 C pour les outils en céramique, 900-11 000 C pour le carbure cémenté à base de TiC(N) et 900-11 000 C pour WC à base de grains ultrafins. Le carbure cémenté est de 800 à 9 000 °C, le HSS est de 600 à 7 000 °C.
②L'ordre de conductivité thermique des différents matériaux d'outils : PCD>PCBN>carbure cémenté à base de WC>carbure cémenté à base de TiC(N)>HSS>céramique à base de Si3N4>céramique à base d'A1203.
③ L'ordre du coefficient de dilatation thermique des différents matériaux d'outils est le suivant : HSS>Carbure cémenté à base de WC>TiC(N)>Céramique à base d'A1203>PCBN>Céramique à base de Si3N4>PCD.
④L'ordre de résistance aux chocs thermiques des différents matériaux d'outils est le suivant : HSS>Carbure cémenté à base de WC>Céramique à base de Si3N4>PCBN>PCD>Carbure cémenté à base de TiC(N)>Céramique à base d'A1203.
Par exemple, si l'objet usiné a une conductivité thermique élevée, comme le cuivre ou l'aluminium, un outil de coupe avec une conductivité thermique élevée et un faible coefficient de dilatation thermique peut être le meilleur choix. Cela permet à l'outil de dissiper efficacement la chaleur pendant l'usinage et réduit le risque de dommages thermiques à la fois à l'outil et à l'objet usiné.
De même, si l’objet usiné présente des exigences strictes en matière de finition de surface, un outil de coupe présentant une résistance à l’usure élevée et un faible coefficient de frottement peut être le meilleur choix. Cela peut aider à obtenir la finition de surface souhaitée sans usure excessive de l'outil ni endommagement de l'objet usiné.
3） Faire correspondre le matériau de l'outil de coupe aux propriétés chimiques de l'objet usiné
Faire correspondre le matériau de l'outil de coupe aux propriétés chimiques de l'objet usiné est également une considération importante dans l'usinage CNC. Les propriétés chimiques de l’objet usiné comprennent, entre autres, sa réactivité, sa résistance à la corrosion et sa composition chimique. Le choix d'un matériau d'outil de coupe qui correspond ou complète les propriétés chimiques de l'objet usiné peut améliorer les performances d'usinage, réduire l'usure de l'outil et améliorer la qualité de la pièce finie.
Par exemple, si l'objet usiné est constitué d'un matériau réactif ou corrosif comme le titane ou l'acier inoxydable, un outil de coupe fabriqué dans un matériau résistant à la corrosion comme le diamant ou le PCD (diamant polycristallin) peut être le meilleur choix. Ces matériaux peuvent résister à un environnement corrosif ou réactif et conserver leurs arêtes de coupe tranchantes pendant de plus longues périodes.
De même, si l'objet usiné a une composition chimique complexe, un outil de coupe fabriqué dans un matériau chimiquement stable et inerte, comme le diamant ou le nitrure de bore cubique (CBN), peut être le meilleur choix. Ces matériaux peuvent éviter les réactions chimiques avec le matériau de la pièce et conserver leurs performances de coupe au fil du temps.
① La température anti-adhérence de divers matériaux d'outils (avec l'acier) est : PCBN>céramique>alliage dur>HSS.
② La température de résistance à l'oxydation de divers matériaux d'outils est la suivante : céramique> PCBN> carbure de tungstène> diamant> HSS.
③La force de diffusion des matériaux de l'outil (pour l'acier) est la suivante : diamant> céramique à base de Si3N4> PCBN> céramique à base d'A1203. L'intensité de diffusion (pour le titane) est : Céramique à base d'A1203>PCBN>SiC>Si3N4>diamant.
4) Sélection raisonnable des matériaux des outils de coupe CNC
La sélection des matériaux des outils de coupe CNC dépend de divers facteurs tels que le matériau de la pièce à usiner, l'opération d'usinage et la géométrie de l'outil. Cependant, quelques directives générales pour la sélection des matériaux des outils de coupe pour l'usinage CNC comprennent :
1. Propriétés matérielles de la pièce : Tenez compte des propriétés mécaniques, physiques et chimiques du matériau de la pièce lors de la sélection du matériau de l'outil de coupe. Faites correspondre le matériau de l'outil de coupe au matériau de la pièce pour obtenir un usinage efficace et de haute qualité.
2. Opération d'usinage : Tenez compte du type d'opération d'usinage effectué, comme le tournage, le fraisage, le perçage ou le meulage. Différentes opérations d’usinage nécessitent différentes géométries et matériaux d’outils de coupe.
3. Géométrie de l'outil : Tenez compte de la géométrie de l'outil de coupe lors de la sélection du matériau de l'outil. Choisissez un matériau capable de conserver un tranchant tranchant et de résister aux forces de coupe générées lors de l’opération d’usinage.
4. Usure de l'outil : Tenez compte du taux d'usure de l'outil lors de la sélection du matériau de l'outil de coupe. Choisissez un matériau capable de résister aux forces de coupe et de conserver son tranchant tranchant le plus longtemps possible afin de minimiser les changements d'outils et d'améliorer l'efficacité de l'usinage.
5. Coût : Tenez compte du coût du matériau de l’outil de coupe lors de la sélection de l’outil. Choisissez un matériau qui offre le meilleur équilibre entre performances de coupe et coût.
Certains matériaux d'outils de coupe courants utilisés dansUsinage CNCcomprennent l'acier rapide, le carbure, la céramique, le diamant et le CBN. Chaque matériau a ses avantages et ses inconvénients, et la sélection du matériau de l'outil doit être basée sur une compréhension approfondie de l'opération d'usinage et du matériau de la pièce à usiner.
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Heure de publication : 08 mars 2023