M ISE EN EVIDENCE DES PROBLEMES D ’ UTILISATION D ’ OUTILS RECTIFIES ET NON PREPARES

Quoiqu’il en soit des précautions précitées et même si l’on décide de ne travailler qu’avec des outils neufs, un problème demeurera toujours. Il s’agit de la microgéométrie des arêtes de coupe. En effet, à l’intersection entre la face de coupe et de la face de dépouille se forme une arête qui est une ligne théoriquement parfaite à l’échelle macroscopique de l’outil (figure 4-9), mais qui, à l’échelle microscopique, révèle des irrégularités très importantes. Il paraît clair que ces irrégularités sont d’autant plus faibles que la rugosité de chacune des deux faces est faible. Cela explique en partie l’intérêt de rectifier finement les outils. Néanmoins, les problèmes de bavures (ou morfils), de micro-écaillage et de refoulement de la matière (beurrage) liés à la rectification demeureront toujours, voire même peuvent s’accentuer lorsque l’on cherche à obtenir des rugosités fines ou lorsque l’on introduit de nouveaux substrats fortement alliés.

Ces défauts entraînent des usures aléatoires des outils, ainsi que des performances très médiocres et cela d’autant plus que l’on cherche à accroître les sollicitations subies par les outils de coupe (haute vitesse de coupe et usinage à sec). L’utilisation d’outils revêtus présentant intialement des arêtes aussi disparates ne permet pas d’évaluer les performances des revêtements, mais plutôt celles des micro-géométries d’arête.

Il apparaît dès lors nécessaire d’ajouter une opération de finition des arêtes de coupe permettant de calibrer leurs géométries en vue de les renforcer et de rendre leurs usures progressives et reproductibles. A cette seule condition, il pourra s’envisager de comparer les performances de différents revêtements.

[Tren_91] avait, dès 1991, indiqué que le mode de préparation était un sujet d’avenir. Depuis cette date, un certain nombre de méthodes a été développé, mais seul le micro-sablage (aussi appelé sablage) et le brossage ont réellement trouvé un écho industriel. Néanmoins, certains fabricants d’outils font de la préparation d’arête sans en avoir forcément conscience, via l’utilisation de gommes abrasives ou des brosses rotatives que les opérateurs passent manuellement sur les arêtes affûtées. Ces méthodes présentent un avantage certain en terme de coût, mais sont très hasardeuses du point de vue de la reproductibilité d’un opérateur à un autre (oubli de certaines zones dans les outils complexes comme les fraises-mères, orientation et pression différentes de l’abrasif, etc.). Elles ne peuvent donc pas être considérées comme des modes de préparation à vocation industrielle pour l’industrie de grande série qui exige une grande reproductibilité.

Fig. 4-9 : Illustration des écarts macro

et micro-géométriques des arêtes de coupe d’un outil. Bavure de rectification Arête écaillée Absence d’arête de coupe nette due au

refoulement du substrat _{Couche ‘beurrée’ sur face}

de coupe

Couche ‘beurrée’ Substrat

de base

Vue en coupe

Le principe du procédé de micro-sablage sera décrit ci-après. Le procédé de brossage ne sera pas décrit car il n’est pas applicable aux fraises-mères du fait d’une hauteur de dents trop importantes (problème d’accessibilité des poils des brosses). Cette méthode s’applique plutôt aux plaquettes et aux petits outils rotatifs monoblocs.

Une nouvelle méthode de superfinition sera également présentée ; méthode qui semble intéressante pour la préparation des outils complexes comme les fraises-mères.

Le micro-sablage des outils de coupe

Il s’agit d’une méthode très ancienne consistant à projeter à grande vitesse des grains d’abrasifs sur l’outil (SiC ou Al2O3 de quelques micromètres de diamètres). Les paramètres variables sur ce procédé sont la nature des abrasifs et la taille de grains, la vitesse et le débit de sortie des grains (pression ~ 6 bars), l’orientation du jet par rapport aux surfaces à traiter, ainsi que le temps d’exposition sous le jet. A partir de ces données, le procédé peut être manuel ou automatique. Les modifications induites dans la surface traitée dépendent essentiellement de l’énergie cinétique transmise par les grains et de la quantité de grains ayant impactés une région donnée.

Nul n’est besoin d’insister sur le fait qu’un processus automatique dans un dispositif dédié est hautement plus reproductible. La figure 4-10 illustre les supports utilisés pour le micro-sablage automatique des plaquettes sans trou de fixation.

Buses de

sablage

Support aimanté pour plaquettes sans trous

Fig. 4-10 : Photo d’un dispositif de micro-sablage automatique. Le rodage des outils de coupe

Le procédé de rodage par extrusion de pâte abrasive est une méthode de superfinition très utilisée pour l’ébavurage de surfaces inaccessibles par des procédés externes comme le micro-sablage, mais aussi dans des applications nécessitant une rugosité très fine (filière d’extrusion de profilés en plastique, prothèses médicales, pièces aéronautiques, etc.).

Le principe du procédé est décrit sur la figure 4-11. Il se présente sous la forme de deux pistons qui maintiennent de la pâte abrasive en pression de part et d’autre de la pièce à traiter. Les pistons font ensuite un mouvement de va et vient afin de déplacer la pâte par rapport aux surfaces à traiter.

Les variables de ce procédé sont : la nature de la pâte (nature, taille et concentration des abrasifs), nature de la matrice polymère (viscosité, etc.),

pression, volume de pâte extrudée.

Chaque pièce nécessite un outillage spécifique qui a pour but de maintenir la pièce en position pendant l’extrusion, mais aussi de guider le flux de pâte dans la zone à traiter. L’avantage majeur de procédé réside dans sa très grande reproductibilité, ainsi que dans la très grande souplesse des réglages permettant d’obtenir une très grande variété de formes. Il permet de roder toutes les formes d’outils (mêmes les plus complexes) du fait du haut pouvoir de pénétration de la pâte dans les interstices.

Fig. 4-11 : Principe du rodage par extrusion de

pâte abrasive [Extr_02].

Pièce à roder

Géométrie des arêtes préparées

A l’issue de l’opération de préparation, la géométrie des arêtes de coupe est modifiée. Trois formes différentes de préparation d’arête référencées sont considérées ci-dessous (figure 4-12).

Fig. 4-12 : Les 3 familles de

géométrie d’arête de coupe [Gerb_01] (à gauche : arête circulaire, à droite : arête en chute d’eau).