VDI-Z I/2003 Mars

www.vdi-z.de

Organe de VDI-Gesellschaft Produktionstechnik (VDI-ADB)

Production intégrée Machines-outils – Outils – IAO – Automatisation – assurance qualité

Numéro spécial Pages 35/36

Production accélérée grâce au tournage dur haute précision

Outils en métal dur pour le formage

Étant donné que les outils de formage en métal dur sont fabriqués en très petites séries, l’emploi de processus de finition polyvalents s’impose. Cependant, du fait de leur résistance, l’usinage des métaux à l’état fritté était jusqu’ici essentiellement effectué par rectification ou électroérosion. Aujourd’hui, le tournage dur haute précision, à l’étude dans le cadre d’un projet de recherche de l’UE, s’impose comme une alternative intéressante.

l Les outils en métal dur interviennent

aujourd’hui dans de nombreux procédés de

formage, notamment l’estampage, la

compression de poudres, le tréfilage et le

filage par choc. Les outils en métal dur à

symétrie de rotation se caractérisent

essentiellement par des contours complexes

qui doivent répondre à des exigences de

qualité extrêmes en termes de précision de

forme et de rugosité de surface.

par rapport à l’ébauche crue, de

nombreux domaines activités de

l’industrie des métaux durs ont recours à

des procédés de rectification par

enlèvement de copeaux ou par abrasion

pour parvenir à

la précision formelle et dimensionnelle

exigée pour les surfaces de frappe.

Photo 1

Usinage par tournage dur d’un poinçon en métal dur

WC/Co13 %

Les techniques actuelles sont essentiellement l’usinage par outils de rectification diamantés ainsi que l’électroérosion[1].

L’inconvénient de ces procédés

Le problème

Du fait du processus de retrait intervenant

au cours du frittage, pouvant atteindre 20 %

Photo 2

d’usinage réside dans l’extrême lenteur

des opérations de finition et de

polissage ultérieures nécessaires pour

parvenir à un excellent état de surface.

Il y a quelques années cependant, le

tournage dur s’est imposé comme un

choix rentable pour les métaux durs

frittés à teneur en liant > 20 % [2].

Quelques opérations d’usinage de

métaux durs pauvres en liant (12 % Co)

étaient réalisables avec de grands

rayons de plaquette (re = 4,76 mm) [3].

Il s’agissait de l’ébauchage de forure de

bagues de laminoirs à fils présentant

des exigences de dimensions et d’état

de surface restreintes. La fabrication de

contours plus complexes et plus précis

avec des valeurs de rugosité Ra <

0,1 µm

Définition des objectifs et constitution du consortium

Avec le projet soutenu par l’UE lancé

en janvier 2000, Craft G1ST-CT- 2000–

50026, Carbiturn – High-precision hard

turning of cemented carbide, cette

situation devrait évoluer. L’objectif :

réduire d’au moins 50 % les temps de

fabrication des outils en métal dur à

symétrie de rotation et contour

complexe destinés aux techniques de

formage, grâce au tournage dur haute

précision. Le consortium du projet

regroupe les entreprises Hembrug B.V.,

constructeur de tours haute précision,

Mössner GmbH, fabriquant d’outils

diamantés et Burcas Ltd., Gebo B.V. et

Durit Lda, 3 utilisateurs de métaux durs

Face d’un poinçon en métal dur WC/Co 10 % après

tournage dur (gauche) et après 5 min de polissage

(droite). Photo (2): Hembrug/ Fraunhofer IPT

restait réservée aux processus de

rectification et d'électroérosion.

Les travaux de recherches sont dirigés par

la Fraunhofer-Institut für

Produktionstechnologie

IPT, basée à Aachen.

Résultats du projet

Les résultats obtenus jusqu’ici montrent

que le tournage dur de haute précision

permet une réduction importante du

temps d’usinage. La Photo 1 illustre le

tournage dur d’un poinçon en métal dur WC/Co 13 %, dont

la finition par rectification nécessitait

jusqu’ici 8 min. Grâce au tournage dur, la

phase de finition a été réduite à 1 min.

Pour une série de 15 poinçons, une valeur

de rugosité de 0,1 µm Ra et une tolérance

dimensionnelle de ± 1 µm ont été atteintes.

dont le temps d’usinage a été réduit de

45 à 8 min grâce l’emploi du tournage

dur de précision. En outre, les mesures

de forme effectuées sur le poinçon usiné

n’ont révélé aucune influence de l’usure

de l’outil sur la précision du contour.

D’autres résultats du projet montrent

que le tournage dur génère une

topographie des surfaces favorable à

l’opération de polissage ultérieure en

termes de temps. Ainsi, pour les pièces

présentées sur la Photo 2 par exemple,

une réduction des temps de polissage

jusqu’à 80 % a été atteinte, par rapport

aux temps nécessaires pour les pièces

rectifiées.

Le tournage de précision présente en

revanche des avantages considérables en

matière de productivité et de qualité des

pièces et constitue à ce titre une

alternative pleine d’avenir pour l’usinage

par enlèvement de matière des métaux

durs à l’état frittés.

Martin Huijbers et Imre Mészáros

Avant le début du projet, il persistait

certaines incertitudes concernant le

surfaçage – car la vitesse coupe ralentit au

fur et à mesure que le diamètre diminue

et atteint des valeurs vc ~ 0 au niveau du

centre de la pièce. Les études sur les faces

de marquage ont pourtant révélé que

l’usinage par tournage dur jusqu’au

centre de la pièce était entièrement

possible. La Photo 2 montre la face de

frappe d’un poinçon en métal dur

WC/Co 10 %,

Évolution future

Bien qu’une réduction des temps de

production puisse être atteinte grâce à

l’emploi de techniques de production

modernes, le potentiel de

perfectionnement des procédés de

finition conventionnels par rectification et

électroérosion est restreint.

Martin Huijber, ingénieur diplômé et Imre Mészáros, docteur

en ingénierie, sont ingénieurs en développement des

processus chez Hembrug B.V., Haarlem/NL.

Pulvermetallurgie der

Praktiker:

industrielle

rkstoffgruppe.