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Outils de coupe en acier inoxydable : Comment choisir les plaquettes en carbure, les fraises en bout et les forets
L'usinage de l'acier inoxydable peut s'avérer frustrant car ce matériau est résistant et génère une chaleur élevée. Vous avez besoin des bons outils en carbure et d'une stratégie intelligente pour éviter de casser des embouts ou de perdre du temps. Ce guide vous aide à choisir les meilleures plaquettes, fraises et forets pour votre atelier.
Pourquoi l'acier inoxydable est-il difficile à usiner ?
L'acier inoxydable n'est pas comme l'acier au carbone ou l'aluminium. Il possède des propriétés particulières qui font que vos outils s'usent plus rapidement si vous n'utilisez pas les bons réglages.
Écrouissage du matériau
C'est l'un des plus gros problèmes de l'atelier d'usinage. Si votre outil est émoussé ou si vous frottez la surface au lieu de la couper, le métal devient beaucoup plus dur. La raison en est que la pression physique modifie la structure de l'acier. Une fois qu'il a durci, votre outil aura du mal à le couper. Vous devez toujours garder l'outil en mouvement et effectuer une coupe suffisamment profonde pour rester sous la couche durcie.
Haute résistance
L'acier inoxydable est gommeux. Il veut rester collé à l'arête de coupe plutôt que de se briser en copeaux propres. Cette dureté exige plus de puissance de la part de votre machine et soumet vos plaquettes en carbure à plus de contraintes.
Grades d'acier inoxydable et leur degré d'usinabilité
Tous les aciers inoxydables sont différents. Certains sont faciles à couper, d'autres sont très difficiles.
Propriété | 304 austénitique | 316 austénitique | 430 Ferritique | 410 Martensitique | 2205 Duplex |
Densité | 8,000 | 8,000 | 7,750 | 7,750 | 7,805 |
Fusion | 1400-1450 | 1375-1400 | 1425-1510 | 1480-1530 | 1420-1465 |
Chaleur | 500 | 500 | 460 | 460 | 450 |
Résistivité élec. Résistivité | 720 | 740 | 600 | 570 | 800 |
Cond. thermique. | 16.2 | 16.3 | 26.1 | 24.9 | 19.0 |
Module d'élasticité | 193 | 193 | 200 | 200 | 200 |
Acier inoxydable 303
C'est la qualité la plus facile à usiner. La raison en est qu'elle contient du soufre, qui aide les copeaux à se désagréger. Elle est excellente pour les pièces de grand volume.
Acier inoxydable 304
C'est la qualité la plus courante. Elle est plus difficile à usiner que la nuance 303 car elle durcit beaucoup plus rapidement. Il faut des outils bien affûtés et une pression constante.
Acier inoxydable 316
Cette qualité contient du molybdène pour protéger contre la corrosion. Cependant, elle est plus dure et plus abrasive que la nuance 304. Vos outils s'useront plus rapidement si vous coupez du 316.
Acier inoxydable 17-4 PH
Il s'agit d'une nuance à durcissement par précipitation. À l'état recuit, elle s'usine bien. Mais si elle est traitée thermiquement, elle devient très résistante et nécessite des nuances de carbure spécialisées.
Acier inoxydable duplex
Il s'agit d'un mélange de deux types d'acier différents. Il est très résistant et très difficile à usiner. Vous devez utiliser des vitesses lentes et des porte-outils très rigides.
Choisir les bonnes plaquettes en carbure pour l'acier inoxydable
Plaquettes en carbure Le carbure de tungstène est bien meilleur pour ce travail que l'acier rapide (HSS). Le carbure peut supporter les températures élevées de l'acier inoxydable sans perdre sa dureté.
Grades de plaquettes en carbure
Lorsque vous achetez des plaquettes, recherchez le groupe “M”. Ce groupe est spécialement conçu pour l'acier inoxydable. Ces nuances présentent un bon équilibre entre la ténacité, qui empêche l'écaillage, et la dureté, qui permet de résister à la chaleur.
Géométrie de l'insert et préparation des bords
Pour l'acier inoxydable, il faut un angle de coupe positif. Cela signifie que l'outil a un bord plus tranchant qui tranche le métal au lieu de le pousser. Cela réduit la chaleur et le risque d'écrouissage. Le brise-copeaux est également important. Il doit être conçu pour recourber les copeaux gommeux afin qu'ils se détachent avant de rayer la pièce.
Revêtements pour plaquettes en carbure
Les revêtements sont comme un bouclier pour votre outil.
TiAlN
Il s'agit d'un revêtement standard qui convient à de nombreux travaux.
AlTiN
Il est préférable pour les applications à haute température car il devient plus dur à mesure qu'il s'échauffe.
Revêtements PVD
La plupart des inserts en acier inoxydable utilisent PVD (dépôt physique en phase vapeur). Ce procédé permet au revêtement d'être très fin et à l'arête de coupe de rester très tranchante.
Insertions positives et négatives
Inserts positifs
Ils conviennent mieux aux petites pièces ou aux parois minces. Ils utilisent moins de force et dégagent moins de chaleur.
Insertions négatives
Ils sont plus solides. Vous devriez les utiliser pour le dégrossissage lourd, lorsque vous devez enlever beaucoup de métal et que la machine est très stable.
Fraises en carbure pour le fraisage de l'acier inoxydable
Le fraisage de l'acier inoxydable nécessite un outil capable de supporter à la fois les vibrations et la chaleur.
Nombre de flûtes et géométrie
Pendant de nombreuses années, on a utilisé des fraises à 4 cannelures. Toutefois, de nombreux machinistes préfèrent aujourd'hui les outils à 5 ou même 7 cannelures. Un plus grand nombre de goujures permet de déplacer l'outil plus rapidement tout en conservant un état de surface lisse. Vous devriez également rechercher une conception à hélice variable. Cela signifie que les spirales de l'outil ne sont pas toutes identiques. Cela empêche l'outil de vibrer, ce qui est un problème courant dans le domaine du fraisage de l'acier inoxydable.
Dans la plupart des cas, vous devez utiliser le fraisage en avalant. L'outil tourne dans le même sens que l'avance. Cela permet à l'outil d'entrer dans la coupe avec un copeau épais et d'en sortir avec un copeau fin. L'outil est ainsi moins chauffé, ce qui favorise l'efficacité de l'usinage. broyeur en bout durent plus longtemps.
Broyage trochoïdal
Il s'agit d'une stratégie moderne de parcours d'outil. Au lieu de couper en ligne droite, l'outil se déplace en petits cercles. L'outil reste ainsi moins longtemps dans la coupe. Cela permet à la chaleur de s'échapper et d'utiliser toute la longueur de la fraise. C'est un excellent moyen d'économiser de l'argent sur les outils.
Forets en carbure pour le perçage de l'acier inoxydable
Le forage est souvent la partie la plus difficile du travail car la chaleur est piégée à l'intérieur d'un trou.
Les raisons de l'échec de l'acier rapide
Les forets HSS standard fondent généralement dans l'acier inoxydable. Ils ne peuvent pas rester aiguisés assez longtemps pour traverser la couche durcie par le travail. Forets en carbure sont beaucoup plus rigides et peuvent supporter la pression nécessaire pour continuer à couper.
Géométrie du forage
Votre foret doit avoir un angle de pointe d'environ 135 à 140 degrés. Une pointe plus plate permet de centrer le foret et l'empêche de se déplacer. Il faut également que le foret soit doté d'une âme ou d'une section centrale épaisse afin qu'il ne se plie pas sous la pression.
Forets pour liquides de refroidissement traversants
Si vous êtes forage de trous profonds, Dans le cas contraire, vous devez utiliser des forets à refroidissement traversant. Ces outils sont percés d'un trou central. Le liquide de refroidissement est pompé par la pointe de la perceuse. Cela permet de pousser les copeaux hors du trou et de maintenir l'embout froid. Sans cela, les copeaux boucheront le trou et le foret se brisera.
Stratégie des outils de coupe par opération d'usinage
Chaque opération a besoin d'une orientation légèrement différente pour être couronnée de succès.
Tournage CNC
Concentrez-vous sur le contrôle des copeaux. Utilisez une vitesse d'avance suffisamment élevée pour que le brise-copeaux fonctionne. Si vous voyez de longs nids d'oiseaux de copeaux, vous devez modifier l'avance ou la géométrie de la plaquette.
Fraisage CNC
Concentrez-vous sur la trajectoire de l'outil. Ne laissez pas l'outil s'attarder ou rester au même endroit. Si l'outil s'arrête de bouger pendant qu'il tourne, il durcira immédiatement la surface.
Perçage et réalisation de trous
N'utilisez pas de cycle de perçage à moins d'y être obligé. Chaque fois que la perceuse sort du trou, elle frotte le fond et durcit le métal. Si vous devez percer, assurez-vous que la perceuse revient avec suffisamment de force pour couper les parties durcies.
Vitesses, avances et profondeur de coupe Référence
Les chiffres suivants sont des points de départ. Vous devez les ajuster en fonction du son de votre machine et de l'aspect des outils.
Pieds de surface par minute
Pour 304 ou 316, vous avez le choix de commencer entre 150 et 300 SFM pour le tournage. Si l'outil s'use trop vite, ralentissez. S'il a l'air bien mais que le travail est lent, accélérez.
Vitesse d'alimentation
Pour le fraisage, un bon point de départ est souvent de 0,002 à 0,005 pouce par dent.
Profondeur de coupe
Pour l'ébauche, prenez la quantité que votre machine peut supporter. Pour la finition, assurez-vous que votre DOC est d'au moins 0,005 pouce. Si vous effectuez une coupe trop petite, l'outil ne fera que frotter et durcir la pièce.
Liquide de refroidissement et lubrification pour l'outillage en acier inoxydable
Le liquide de refroidissement est généralement recommandé pour presque tous les travaux sur l'acier inoxydable.
Liquide de refroidissement à haute pression
Le liquide de refroidissement par inondation est mieux que rien, mais le liquide de refroidissement à haute pression (il doit être supérieur à 1000 PSI) est bien meilleur. La haute pression permet de briser les copeaux en petits morceaux et de les éloigner de la zone de coupe.
Risques liés à l'usinage à sec
Vous devez éviter usinage à sec dans la plupart des opérations sur l'acier inoxydable. Sans liquide de refroidissement, la chaleur s'accumule si rapidement qu'elle détruit l'arête en carbure en quelques secondes. La seule exception concerne parfois les passes de finition très légères avec des revêtements spéciaux, mais même dans ce cas, c'est risqué.
Les modèles d'usure des outils et ce qu'ils révèlent
En observant la façon dont vos outils meurent, vous saurez comment corriger votre processus.
Bordure construite
C'est le cas lorsque des morceaux d'acier inoxydable collent à votre outil. Cela se produit lorsque la vitesse est trop lente ou que le liquide de refroidissement n'atteint pas le bord. Augmentez votre vitesse pour y remédier.
Usure des flancs
Il s'agit d'une usure normale. Si elle se produit trop rapidement, votre vitesse est probablement trop élevée.
Chipping
Cela signifie que l'outil vibre ou que la nuance est trop fragile. Utilisez une nuance de carbure plus résistante ou vérifiez la stabilité de votre installation.
Usure par entaille
Cela se produit au niveau de la ligne de profondeur de coupe. Vous pouvez y remédier en modifiant la profondeur de coupe lors des différentes passes, afin que l'usure ne se produise pas toujours au même endroit.
Finition de surface après l'usinage CNC
Une fois l'usinage terminé, la pièce doit impérativement faire l'objet d'un post-traitement. Pour obtenir un bon Ra, utilisez un outil avec un rayon de nez plus grand et une vitesse d'avance plus lente. Si certaines pièces doivent être passivées ou électropolies pour améliorer leur résistance à la rouille, le plus important est d'obtenir d'abord une surface propre et lisse sur la machine.
Résumé
Le succès de l'acier inoxydable repose sur la gestion de la chaleur et la prévention de l'écrouissage. Utilisez des outils en carbure bien affûtés, des revêtements corrects et beaucoup de liquide de refroidissement. En respectant ces paramètres de départ et en surveillant l'usure des outils, vous améliorerez votre productivité et la qualité de vos pièces.
FAQ
Quelle est la meilleure qualité de plaquette carbure pour l'acier inoxydable 316 ?
Vous devriez choisir une qualité ISO de classe M avec un revêtement PVD. Ils sont suffisamment résistants pour supporter le molybdène contenu dans l'acier inoxydable 316 sans s'écailler.
Combien de goujures une fraise en carbure doit-elle avoir pour l'acier inoxydable ?
Un outil à 4 goujures est acceptable, mais les fraises à 5 goujures sont souvent meilleures. Elles offrent un meilleur équilibre entre la vitesse et l'espace pour l'évacuation des copeaux.
Pourquoi mes mèches en carbure se cassent-elles sans cesse dans l'acier inoxydable ?
Cela est généralement dû à la chaleur ou à l'encrassement des copeaux. Veillez à utiliser une perceuse à refroidissement continu et à ne pas laisser la perceuse frotter au fond du trou.
Puis-je utiliser les mêmes plaquettes en carbure pour l'inox 304 et l'inox duplex ?
Vous pouvez, mais vous devrez ralentir la vitesse pour le duplex. Le duplex étant beaucoup plus dur, l'outil ne durera pas aussi longtemps si vous conservez les mêmes réglages que pour le 304.
Quel est le meilleur revêtement pour les outils en carbure sur l'acier inoxydable ?
AlTiN ou TiAlN sont les revêtements les plus courants et les plus efficaces. Pour les travaux à grande vitesse, l'AlTiN l'emporte généralement en raison de sa résistance à la chaleur.
