I NFLUENCE DES PREPARATIONS SUR LA TENUE DES OUTILS EN FRAISAGE

(ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE)

Parmi l’ensemble des modes de préparation des outils, seul le micro-sablage a largement été discuté dans la littérature scientifique ou technique. Ces études ont majoritairement porté sur des outils en substrat en carbure du fait des grandes difficultés de rectification de ce substrat. Très peu d’études ont porté sur les substrats en acier rapide, et encore moins sur les nouveaux aciers rapides frittés fortement alliés.

Deux types d’analyses ont été faites : des analyses portant sur la tenue à l’adhésion des revêtements (évalués par indentation selon la norme VDI 3198) et des analyses portant sur la tenue dans différentes opérations d’usinage.

Influence du micro-sablage sur l’état des outils

♦ Le micro-sablage permet d’améliorer l’adhésion des revêtements [Kloc_99b] ; ♦ Il améliore la rugosité moyenne et supprime les pics [Tons_99] [Bouz_00b] ;

♦ Le micro-sablage modifie le champ de contraintes résiduelles dans le substrat par rapport

à la rectification [Kloc_99b]. L’énergie cinétique transmise à chaque grain de sable vient écrouir la surface de l’outil. Le micro-sablage permet également d’homogénéiser le champ de contraintes résiduelles entre les directions parallèles et perpendiculaires aux stries de rectification ;

♦ Le micro-sablage enlève une grande partie des bavures de rectification par effet

mécanique [Brad_00] [Tons_97] ;

♦ Le micro-sablage permet d’arrondir les arêtes des outils ce qui les rend plus résistantes

aux efforts et surtout aux chocs. [Bouz_00b] a montré qu’un outil possédant un rayon d’arête plus important subit un champ de contrainte notablement plus faible en compression pour un effort résultant donné. Cet auteur n’a cependant pas traité l’influence du rayon sur le niveau de l’effort appliqué.

Influence du micro-sablage sur la performance des outils en usinage

♦ [Knot_92] a montré que le micro-sablage permettait d’améliorer la tenue des revêtements

en tournage par rapport à des outils rectifiés ou polis ;

♦ [Kloc_97] indique que le micro-sablage améliore la tenue des forets carbure dans l’acier. Il

semble empêcher les micro-écaillages et les fissurations ;

♦ [Plat_00] [Bouz_02] [Bouz_01] a montré que le micro-sablage permettait d’améliorer la

tenue en fraisage des revêtements (et cela d’autant plus que le rayon est important à condition de considérer un faible critère d’usure en dépouille (VBmax < 0.05 mm). Il

retarde l’apparition des premiers signes d’usure ;

♦ D’après [Klei_02], le micro-sablage après ré-affûtage permet de retrouver les

performances d’un outil déjà sablé à l’état neuf. Il semble ainsi éliminer les risques demeurant à l’issue des opérations de ré-affûtage et de déplaquage : bavures, élimination des contraintes résiduelles, attaque chimique du substrat, modification de la topographie de surface, etc. Il semble aussi éliminer les risques de relaxation de contraintes liés aux

multiples cycles thermiques lors des dépôts successifs (maintien des contraintes en compression par effet mécanique).

Les limites du micro-sablage

Le micro-sablage présente des limitations sur deux aspects.

♦ Tout d’abord, l’effet bénéfique du rayon d’arête présente évidemment une limite supérieure

correspondant à une incapacité de l’outil à couper la matière de façon satisfaisante (figure 4-13). En effet, lorsque celui-ci devient

du même ordre de grandeur que l’épaisseur de matière à couper, la résultante de l’effort de coupe va croître de façon considérable. De plus, la zone d’application de cet effort va se limiter à l’extrémité du rayon ce qui va faire croître énormément les contraintes de cisaillement sur la face en dépouille de l’outil, d’où un risque d’écaillage élevé. Ainsi [Bouz_00b] a

montré par des essais de fraisage qu’un copeau d’épaisseur trop faible par rapport au rayon de l’arête pouvait entraîner une dégradation accélérée de l’outil. Il est donc important de bien proportionner le rapport entre l’épaisseur de copeau que l’on cherche à enlever et le rayon d’arête de l’outil. Cette remarque justifie notamment l’étude de l’évolution de l’énergie spécifique lors de la recherche du domaine de fonctionnement de l’outil en fonction de son avance (Norme du Couple Outil-Matière – NFE66-520), car l’avance conditionne l’épaisseur de copeau maximale d’après l’équation 4-1.

Fig. 4-13 : Influence du rayon d’arête sur l’évolution

de l’usure en dépouille des outils en fraisage.

) 1 ( . . 2 max D a D a f h e e z −

= Epaisseur maximale de copeau (4-1)

avec : a_e : engagement axial (mm), D : diamètre de la fraise (mm), f_z : avance par dent

(mm)

♦ La deuxième limitation du micro-sablage porte sur les paramètres de réglage de cette

opération. Ainsi [Meie_96] a montré que le micro-sablage apportait une amélioration significative de la durée de vie des outils dans tous les domaines de l’usinage. Il montre également que ces gains peuvent être très divers d’une application à une autre et qu’il est indispensable de choisir des réglages adaptés à chaque application (rayon d’arête adapté).

[Bouz_02c] et [Tons_99] ont également montré que de mauvais réglages du micro-sablage pouvaient détériorer le substrat carbure par déchaussement des grains de carbure en dehors de la matrice cobalt. Les conditions de micro-sablage doivent être choisies judicieusement afin de trouver un compromis permettant de préserver les grains de carbure tout en les laissant saillant. Le micro-sablage doit améliorer la topographie de surface et non la détériorer. Il doit également induire des contraintes résiduelles qui ne soient pas trop supérieures à celle du revêtement qui sera déposé.

De plus [Bouz_02c] a montré que les paramètres de micro-sablage doivent veiller à ne pas laisser adhérer des éléments abrasifs (SiC ou Al2O3), ce qui risquerait de faire chuter les qualités d’adhésion des revêtements.

4.2.3. LA MICRO-GEOMETRIE DES ARETES DE COUPE EN ACIER RAPIDE FRITTE