L'usure des outils est un problème très courant lors des opérations de tournage. Qu'il s'agisse d'un tour conventionnel ou d'un tour à commande numérique (CNC), les outils de coupe s'usent progressivement en conditions d'usinage continu. Une usure importante peut affecter la précision dimensionnelle, l'état de surface et l'efficacité d'usinage, voire entraîner la rupture de l'outil ou la mise au rebut de la pièce. Dans de nombreux ateliers d'usinage, des problèmes tels que des dimensions instables, des défaillances fréquentes des plaquettes et des bruits de coupe anormaux sont étroitement liés à l'usure des outils. Identifier l'usure des outils à temps et appliquer les solutions appropriées permet d'améliorer considérablement la stabilité d'usinage et d'allonger leur durée de vie.
Pourquoi les outils de tournage s'usent-ils ?
Lors des opérations de tournage, l'outil de coupe est soumis à des températures et à des pressions élevées, ainsi qu'à un frottement constant. L'usure de l'outil est donc inévitable. Cependant, le taux d'usure varie considérablement selon les conditions d'usinage. Comprendre les causes de l'usure permet de réduire plus efficacement les dommages causés à l'outil.
Une température de coupe excessive endommage l'outil.
Lors du tournage, une forte chaleur est générée près du tranchant. Plus la vitesse de coupe est élevée, plus le frottement entre l'outil et la pièce est important, ce qui provoque une montée rapide de la température de la pointe de l'outil. Si cette température reste trop élevée, la dureté de l'outil diminue, le tranchant s'adoucit et un décollement du revêtement ou un écaillage peuvent se produire. Ce problème est d'autant plus préoccupant lors de l'usinage à grande vitesse d'acier inoxydable et de matériaux trempés. Un refroidissement insuffisant réduit considérablement la durée de vie de l'outil.
La dureté de la pièce influe sur la durée de vie de l'outil
Les différents matériaux influent sur l'usure des outils à des rythmes différents :
- L'acier doux est relativement facile à usiner
- L'acier trempé génère une résistance à la coupe plus élevée
- L'acier inoxydable a tendance à provoquer un durcissement des arêtes et un écrouissage.
- La fonte produit des particules d'usure abrasives
Si le matériau de l'insert ne correspond pas à celui de la pièce à usiner, une usure rapide de l'outil ou un écaillage des arêtes peuvent facilement se produire.
Paramètres de coupe incorrects
De nombreuses défaillances d'outils sont liées à des réglages de paramètres incorrects. Une vitesse de coupe, une avance ou une profondeur de passe excessives augmentent considérablement la charge sur l'outil. Lorsque les paramètres de coupe dépassent la capacité de la plaquette, la température de coupe monte rapidement et l'usure s'accélère. Certains opérateurs utilisent en permanence des conditions de coupe difficiles pour améliorer la productivité, mais cela réduit souvent considérablement la durée de vie de la plaquette.
Types courants d'usure des outils de tournage
Les différents types d'usure affectent différemment la qualité d'usinage et la durée de vie des outils. Comprendre les types d'usure courants permet aux opérateurs d'identifier les problèmes et d'ajuster rapidement les conditions d'usinage.
Usure des flancs
L'usure en dépouille est l'une des formes d'usure d'outil les plus courantes. Avec l'augmentation du temps de coupe, la surface de dépouille s'use progressivement, émoussant le tranchant. Il en résulte une dégradation de la qualité de l'état de surface et une augmentation de la résistance à la coupe. Une utilisation prolongée peut engendrer des imprécisions dimensionnelles. Dans des conditions normales, l'usure en dépouille est attendue, mais les plaquettes doivent être remplacées dès que l'usure atteint un seuil critique.
Usure de cratère sur la face du râteau
L'écoulement continu des copeaux sur la face de coupe, sous l'effet de la température élevée, forme progressivement une rainure en forme de cratère. Ce type d'usure est fréquent lors de l'usinage à grande vitesse, notamment pour les matériaux à haute résistance. L'usure en cratère fragilise la structure de la plaquette et peut, à terme, entraîner une rupture de l'arête de coupe. Dans les environnements de coupe à grande vitesse, un contrôle inadéquat des paramètres peut accélérer considérablement ce phénomène.
Problèmes d'écaillage des bords
L'écaillage des bords est un problème grave de défaillance des outils. Les causes courantes incluent :
- Impact de coupe excessif
- Vibrations importantes de la machine
- mauvaise stabilité du serrage de la pièce
- Résistance insuffisante de l'outil
Ce problème est plus susceptible de se produire lors de coupes interrompues. Dès que l'arête de coupe s'écaille, des marques visibles apparaissent souvent sur la surface de la pièce, et la précision dimensionnelle peut être immédiatement affectée.
Comment réduire l'usure des outils de tournage
Bien que l'usure des outils soit inévitable, des réglages d'usinage appropriés permettent de réduire considérablement les taux d'usure. Dans de nombreux environnements de production, la durée de vie des plaquettes s'améliore sensiblement après l'optimisation des conditions d'usinage.
Choisir les matériaux d'outillage appropriés
Différents matériaux de pièces nécessitent différents types d'inserts :
- L'usinage général de l'acier utilise des plaquettes en carbure revêtues.
- L'acier inoxydable nécessite des inserts résistants à la chaleur.
- Les matériaux durcis nécessitent des outils CBN
- Les alliages d'aluminium sont mieux adaptés aux inserts PCD.
Lorsque le matériau de la plaquette est correctement adapté, la stabilité d'usinage et la durée de vie de l'outil s'améliorent considérablement.
Ajustez les paramètres de coupe pour réduire la charge.
Des paramètres de coupe adaptés contribuent à réduire les contraintes sur l'outil. Si l'usure est trop rapide, il est possible de réduire la vitesse de coupe, l'avance ou d'opter pour des passes multiples. Dans de nombreux cas, une légère réduction de la vitesse de broche permet d'allonger sensiblement la durée de vie des plaquettes. Les paramètres d'usinage doivent également être ajustés en continu en fonction des conditions de coupe réelles, plutôt que de rester fixes.
Amélioration du refroidissement et de l'évacuation des puces
Le liquide de refroidissement réduit la température de l'outil et améliore l'évacuation des copeaux. Un débit insuffisant ou une mauvaise orientation du liquide de refroidissement empêchent une dissipation efficace de la chaleur, accélérant ainsi l'usure de l'outil. Une mauvaise évacuation des copeaux peut également entraîner des frottements répétés de ces derniers contre la plaquette, augmentant encore la température de coupe. L'utilisation de plaquettes à brise-copeaux, l'augmentation de la pression du liquide de refroidissement et l'optimisation des trajectoires d'usinage contribuent à améliorer le contrôle des copeaux.
Comment déterminer quand un outil doit être remplacé
De nombreux opérateurs continuent d'utiliser des plaquettes même après une usure importante. Cela nuit non seulement à la qualité d'usinage, mais accroît également les risques de production. Un suivi rigoureux de l'état des outils permet d'éviter d'autres problèmes d'usinage.
La qualité de la finition de surface se dégrade sensiblement.
Lorsque le tranchant s'émousse, la surface de la pièce se modifie sensiblement. Les signes courants incluent des surfaces rugueuses, des marques d'outil excessives, des arrachements de surface et une diminution de la régularité. Ces symptômes indiquent généralement que la plaquette a atteint un stade d'usure avancé. La poursuite de l'usinage peut entraîner le rejet de la pièce.
La précision dimensionnelle devient instable
Après l'apparition de l'usure des outils, la répétabilité d'usinage diminue :
- Les dimensions commencent à dériver
- La constance du produit se détériore
- La précision de finition diminue de manière significative
- Les réglages de compensation des outils deviennent plus fréquents.
Même si la machine et le programme restent inchangés, des dimensions instables sont souvent dues à l'usure des outils.
Bruit de coupe anormal et charge de la machine
En conditions normales, le bruit de coupe reste relativement stable. Si des bruits aigus, des vibrations à haute fréquence ou des bruits d'impact répétés apparaissent pendant l'usinage, l'usure anormale de l'outil en est souvent la cause. Simultanément, la charge sur la broche augmente généralement, de même que les vibrations de la machine et la production de chaleur. L'utilisation continue d'outils usés peut entraîner la rupture des plaquettes, voire endommager la machine.
Erreurs courantes dans l'utilisation des outils de tournage
De nombreux ateliers d'usinage ont des habitudes de travail incorrectes qui peuvent ne pas présenter de problèmes immédiats, mais qui accéléreront progressivement l'usure des outils et affecteront la stabilité des machines.
Les problèmes courants incluent la coupe continue sous forte charge, le défaut de changement d'inserts pour différents matériaux, l'utilisation persistante d'outils fortement usés et le maintien de paramètres de coupe inchangés pendant de longues périodes. Certains opérateurs négligent également la concentration du liquide de refroidissement et les conditions d'évacuation des copeaux, ce qui entraîne une surchauffe des outils. Les différents matériaux, structures de pièces et étapes d'usinage nécessitent tous un ajustement précis des outils et des conditions de coupe. L'utilisation continue des mêmes paramètres et inserts conduit souvent à une usure croissante des outils.
