manuel garant - partie 1
TRANSCRIPT
MANUEL D'USINAGE
GARANT
PERCAGE . FILETAGE . LAMAGE . ALESAGE . SCIAGE . FRAISAGE . TOURNAGE . MOLETAGE . SERRAGE
OUTILS D'USINAGE ROBUSTESDE A à Z
PERCAGEARÊTES FIXES
PERCAGEARÊTES AMOVIBLES
Groupesd'articlesGARANTForets en HSS et HSS/E
GARANTForets en carbure monobloc et PCD
Avantages
Utilisation universelle,même pour les matiè-res difficilement usina-bles
Perçage hautes-performances grâce àla géométrie decoupe spéciale
Perçage jusqu'à 12 x D et arrosageinterne
Perçage dur ainsi quefontes et aluminiums
Groupesd'articlesSECOForets à tête de perçage
KOMETForets à plaquettes
KOMETForets-aléseurs
KOMETTêtes à aleser
Avantages
3 x D et 5 x D (avec tête àchanfreiner)
Utilisation universelle
Perçage dur
Utilisation dansdes conditions de perçage difficiles
Utilisation statique ourotative
Utilisation universelle
Utilisation universelle
TARAUDAGE FILETAGE PAR FRAISAGE
CHANFREINAGE /LAMAGE
Groupesd'articlesGARANTFiletageHSS/E
GARANTFiletage carburemonobloc
GARANTTaraudage par défor-mation
GARANTFiletage par fraisage
Avantages
Utilisation universelle
Maniement aisé
Choix et classementsûrs grâce aux baguesde couleur
Filetage dur
Filetage sanscopeaux
Filetage par fraisaged'avant-trous pour laréalisation de toutesles tailles de filetageégalement pourmachines UGV
Groupesd'articlesGARANTFraises à chanfreineren HSS
GARANTFraises à chanfreineren carbure
GARANTFraises à lamer DIN
Fraises à lamermodulaires
Avantages
Utilisation universelle
Dans matières trem-pées lamage fontes etaluminium
Utilisation universelle
Réalisation de trousétagés et de chanfrei-nages hors norme
Arrosage central
OUTILS D'USINAGE ROBUSTESDE A à Z
ALÉSAGE SCIAGE
Groupesd'articlesGARANTAlésoirs en HSS/E
GARANTAlésoirs CNen HSS/E et carburemonobloc
GARANT Alésagecarbure monobloc
Avantages
Utilisation universelle
Exécution adaptée CN
Utilisation dans desmandrins expansibleshydrauliques ou HG
Précision de concentricité élevée
Alésage dans matièrestrempées fontes etaluminium
Groupesd'articlesGARANTSciage circulaire àmétaux HSS
GARANTSciage circulaire à carbure rapporté
RÖNTGENLames de sciebimétal et HSS
RÖNTGENLames de scie encarbure
Avantages
Utilisation universelle
Denture très puissantepour machines rapidespour le sciage de l'aluminium
Utilisation universelleDentures et forme dedent suivant utilisa-tion.Pour plastiques /métaux non ferreuxjusqu'aux aciers fortement alliés
Sciage hautes performances
FRAISAGE TOURNAGE
Groupesd'articlesGARANTFraisage HSS etHSS/E
GARANTFraises en acier fritté
GARANTFraises en carburemonobloc
SECOSystème de fraisageMinimaster
GARANTFraises à plaquettes
SECO Fraises àplaquettes
GARANTFraisesà plaquettes
Avantages
Egalement pourmatières difficilementusinables
Fraisage à sec et mat.difficilement usinables
HPC, fraisage UGV etdur, fraisage à sec,fraisage par copiage etfraisurage
Combinaison optimalequeue/tête de coupe
Utilisation universellepour le fraisage enplongée / surfaçage /dressage.
Plaquettes ISO
Porte-outils avec arrosage interne
Surfaçage et dressage
Fraisage de rainuresen T
Fraisage 3 tailles
Utilisation universelle
Angle progressivementréglable de 10°à 80°
Groupesd'articlesGARANTTournage ISO
GARANT/SECOTronçonnage
SECOUsinage de gorgesMDT
SECO Tournage ISO
KOMETTournage de finitionUni Turn
GARANT Filetage autour
Avantages
Utilisation universelle
Plaquettes polies pouraluminiumTournage dur avecCBN
Tournage dur et de fontes avec céramique
Tournage de finition
Utilisation universelle
Système pour le tour-nage longitudinal, ledressage, le copiage,le rainurage et le tron-çonnage
Utilisation universelle
Géométrie Wiper
Tournage d'extrêmefinition pour alésagesà partir de Ø 3 mm
Filetage intérieur etextérieur avecplaquettes de 11, 16 et 22
OUTILS D'USINAGE ROBUSTESDE A à Z
MOLETAGE SERRAGE
Groupesd'articles
Moletage par déformation
Moletage par fraisage
Porte-molettesréglables
Avantages
Utilisationuniverselle
Pour tours conven-tionnels
Pour tours CNC
Groupesd'articles
Porte-outils SA
Porte-outils HSK
Porte-outilsde précision
GARANTMandrinsde précision
Mandrinsexpansibleshydrauliques
Mandrins de hauteprécision HG
Mandrins de frettage
Avantages
Pour usinage traditionnel et UGV
Pour usinage de précision et UGV
Concentricité optimale,durée de vie maximalede l'outil, pour usina-ge UGV
1. Groupes de matières
Matières ferreuses, métaux non ferreux, plastiques
4. Filetage
Calculs, filetage, taraudage par déformation, filetage à lafraise,valeurs indicatives d'utilisation
5. Lamage
Valeurs d'usinage, efforts, temps machine, exécutions, valeursindicatives d'utilisation
6. Alésage
Valeurs d'usinage, efforts, temps machine, exécutions, tolérancesde surfaces, valeurs indicatives d'utilisation
7. Sciage
Calculs, sciage circulaire, sciage ruban, valeurs indicatives d'utilisation
8. Fraisage
Calculs, acier rapide, carbure monobloc, plaquettes, valeurs indicativesd'utilisation
9. Tournage/moletage
Calculs, tournage extérieur, tournage intérieur, filetage au tour,tronçonnage, usinage de gorges, valeurs indicatives d'utilisation
10. Serrage
Equilibrage, serrage d'outils, porte-outils SA, porte-outils HSK,porte-outils VDI
InformationsListe de formules, index
3. Perçage avec arêtes fixes et avec arêtes amoviblesValeurs d'usinage, efforts, temps machine, profondeurs de perçage /préperçage, résultat de perçage, acier rapide, carbure monobloc,plaquettes, valeurs indicatives d'utilisation
2. Principes de baseMatières, usinabilité, techniques de fabricationmodernes, matières de coupe et revêtements
Perç
age
File
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Lam
age
Alés
age
Scia
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Info
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Sommaire
Toutes les indications de ce manuel d'usinage doivent être prises sous toutes réserves etconsidérées comme recommandations d'utilisation.
8
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Sommaire
Groupes de matières 101.1 Répartition dans les groupes de matières GARANT 101.2 Dénomination des matières 43
1.2.1 Systèmes de désignation des aciers et des fontes 441.2.2 Systèmes de désignation des métaux non ferreux 481.2.3 Identification des matières à mouler thermoplastiques 50
Matières ferreuses 512.1 Aciers 51
2.1.1 Classification des aciers 512.1.2 Influence de l'usinabilité des aciers 522.1.2.1 Usinabilité en fonction de la teneur en carbone 522.1.2.2 Usinabilité en fonction des éléments d'alliage 532.1.2.3 Usinabilité en fonction du traitement thermique 552.1.3 Usinabilité de divers types d'aciers 56
2.2 Fontes 602.2.1 Classification des fontes 602.2.2 Usinabilité des fontes 61
Métaux non ferreux 633.1 Aluminium et alliages d'aluminium 63
3.1.1 Classification des alliages d'aluminium 633.1.2 Usinabilité des alliages d'aluminium 65
3.2 Magnésium et alliages de magnésium 683.3 Titane et alliages de titane 703.4 Cuivre et alliages de cuivre 723.5 Alliages à base de nickel 733.6 Alliages à base de cobalt 75
Plastiques 764.1 Classification des plastiques 764.2 Thermoplastiques 774.3 Résines thermodurcissables 774.4 Elastomères 774.5 Elastomères thermoplastiques (TPE) 784.6 Plastiques renforcés de fibres (FVK) 78
4.6.1 Plastiques renforcés de fibres de verre (GFK) 794.6.2 Plastiques renforcés de fibres de carbone (CFK) 80
4.7 Identification, propriétés et désignations des plastiques 804.8 Usinabilité des plastiques 83
4.8.1 Usinabilité des thermoplastiques et des résines thermodurcissables 83
4.8.2 Usinabilité des plastiques renforcés de fibres (FVK) 85
1
2
3
4
9
Matières
Evaluation des propriétés par essai de dureté des matières 875.1 Essai de dureté des métaux 87
5.1.1 Procédures d'essai de dureté statiques 875.1.2 Comparaison des duretés 88
5.2 Essai de dureté des plastiques 885.2.1 Dureté à la pénétration de la bille pour les plastiques durs 885.2.2 Dureté Shore pour les plastiques tendres 90
Tableau des désignations DIN / AFNOR
DIN AFNOR DIN AFNOR
St 37-2 E 24-2 X36 CnMo 17 Z30 CDV17
St 50-2 A 50-2 X100 CnMo V51 Z100 CDV5
St 60-2 A 60-2 14 CnMo 55 NCDV7
9 S 20 S 250 X210Cr12 Z200 C12
9 S MnPb 28 S 250 Pb X40 CnMo V51 Z40 CDV5
35 S 20 35 MFG X155Cr VMo12 1 Z160 CDV12
45 S 20 45 MF4 X210 CrW 12 Z210 CW 12.01
9 S MnPb 36 S 300 Pb 45 NiCr 6 45 NCD6
60 S 20 45 MF4 50 NiCr 13 50 NCD13
C22 XC 25 X 45 NiCrMo 4 Z45 NCD4
C35 XC 38 S18-1-2-5 Z80 WKCV 18.05
Ck 35 XC 32 S6-5-2 (DMo 5) Z90 WDKCV 06.05
C 45 XC 45 38 St7 38 S7
Ck 45 XC 48 50 CrV 4 51 CV4
36 Mn 5 35 M5 X14 Cr Mo S17 Z13 CF17
Ck 60 XC 60 X8 Cr Mi S 18-9 Z6 CN 13.04
38 Cr2 38 Cr2 X6 Cr13 Z8 C12
28 Cr4 28 Cr4 X6 CrAl 13 Z8 CA12
25 CrMo 4 25 CD4 X6 Cr 17 Z8 C17
34 CrNiMo 6 35 NCD 6 X6 CrMo 17-1 Z8 CD 17.01
34 CrMo 4 35 CD4 X6 Cr Ti 17 Z3 CT 17
42 CrMo 4 42 CD4 X6 Cr Ti 12 Z3 CT 12
C 15 XC 18 X 5 CrNi 18 10 Z7 CN 18.09
Ck 15 XC 15 X5 CrNl 18-12 Z5 CN 18.11 FF
15CrNi6 16 NC6 X2 CrNi 39-11 Z3 CN 17.8
20 MoCr 5 20 NC5 X5CrNiMo 17 12 2 Z7 CND 17.12 (316)
15 CrMo 5 12 CD4 GX2 CrNiMo 18 10 Z3 CND 18.12 (316L)
34 CrAlMo 5 30 CAD 6.12 X2CrNiMo 18 14 3 Z3 CND 18.14.03 (316L)
31 CrMo V9 30 CD9 X5CrNiMo 17 13 3 Z6 CND 18.12 (316)
40 CrMnMoS 8-6 40 CD4 X2CrNiMo 18 16 4 Z3 CND 19.15.04 (317L)
5
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10
MANUEL D¥USINAGE GARANT
1. Groupes de matières
1.1 Répartition dans les groupes de matières GARANT
Le tableau 1.1 dresse un aperçu de la répartition des matières dans différents groupes. Letableau 1.2 en page suivante présente les caractéristiques des matières, leur compositionchimique, leurs domaines d'utilisation et des données permettant de calculer l'effort decoupe.
Groupe Remarque Page
1.0
1.1
Aciers de construction généraux jusqu'à 500 N/mm2
Aciers de construction généraux de 500–850 N/mm212
12
2.0
2.1
Aciers de décolletage jusqu'à 850 N/mm2
Aciers de décolletage de 850–1000 N/mm212
13
3.0
3.1
3.2
Aciers pour traitement thermique non alliés jusqu'à 700 N/mm2
Aciers pour traitement thermique non alliés de 700–850 N/mm2
Aciers pour traitement thermique non alliés de 850–1000 N/mm2
13
13
14
4.0
4.1
Aciers pour traitement thermique alliés de 850–1000 N/mm2
Aciers pour traitement thermique alliés de 1000–1200 N/mm214
14
5.0 Aciers de cémentation non alliés jusqu'à 750 N/mm2 15
6.0
6.1
Aciers de cémentation alliés jusqu'à 1000 N/mm2
Aciers de cémentation alliés supérieurs à 1000 N/mm216
16
7.0
7.1
Aciers nitrurés jusqu'à 1000 N/mm2
Aciers nitrurés supérieurs à 1000 N/mm216
17
8.0
8.1
8.2
Aciers à outils jusqu'à 850 N/mm2
Aciers à outils de 850–1100 N/mm2
Aciers à outils supérieurs à 1100 N/mm2
17
17
18
9.0 Aciers rapides de 850–1200 N/mm2 19
10.0
10.1
10.2
Aciers trempés de 48–55 HRC
Aciers trempés de 55–60 HRC
Aciers trempés de 60–67 HRC
20
20
20
Tableau 1.1 Répartition des matières dans les groupes GARANT
11
Matières
Tableau 1.1 Répartition des matières dans les groupes GARANT (suite)
Groupe Remarque Page
11.0
11.1
Acier inoxydable résistant aux acides de 1350 N/mm2
Acier inoxydable résistant aux acides de 1800 N/mm220
20
12.0 Aciers à ressorts jusqu'à 1500 N/mm2 20
13.0
13.1
13.2
13.3
Aciers inoxydables – sulfurés jusqu'à 700 N/mm2
Aciers inoxydables – austénitiques jusqu'à 700 N/mm2
Aciers inoxydables – austénitiques jusqu'à 850 N/mm2
Aciers inoxydables – martensitiques/ferritiques jusqu'à 1100 N/mm2
21
21
23
26
14.0 Alliages spéciaux jusqu'à 1200 N/mm2 27
15.0
15.1
15.2
15.3
Fonte jusqu'à 180 HB (GG)
Fonte à partir de 180 HB (GG)
Fonte (graphite sphéroïdal, fonte malléable) à partir de 180 HB (GGG, GT)
Fonte (graphite sphéroïdal, fonte malléable) à partir de 260 HB
28
28
28
29
16.0
16.1
Titane, alliages de titane jusqu'à 850 N/mm2
Titane, alliages de titane de 850–1200 N/mm229
30
17.0
17.1
17.2
Aluminium, alliages d'aluminium jusqu'à 530 N/mm2
Aluminium, alliages de fonte d'aluminium < 10 % Si jusqu'à 600 N/mm2
Aluminium, alliages de fonte d'aluminium > 10 % Si jusqu'à 600 N/mm2
30
30
31
18.0 Magnésium, alliages de magnésium 31
19.0
19.1
19.2
19.3
19.4
19.5
19.6
Cuivre faiblement allié jusqu'à 400 N/mm2
Laiton à copeaux courts jusqu'à 600 N/mm2
Laiton à copeaux longs jusqu'à 600 N/mm2
Bronze à copeaux courts jusqu'à 600 N/mm2
Bronze à copeaux courts de 600–850 N/mm2
Bronze à copeaux longs jusqu'à 850 N/mm2
Bronze à copeaux longs de 850–1200 N/mm2
31
32
32
32
32
33
33
20.0 Graphite 33
21.0 Thermoplastiques et résines thermodurcissables 3421.1 Plastiques renforcés de fibres 40
12
MANUEL D¥USINAGE GARANT
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43
Matières
1.2 Dénomination des matières
Les différentes matières peuvent être classées suivant la norme DIN comme suit(tableau 1.3) :
Dénomination des matières en fonction de la composition chimique DIN 17006
Symbole des fontes Indication de la composition chimique
G- Fonte coulée C Pour aciers non alliés
GG- Fonte à graphite lamellaire (également GGL-) Cf Acier pour trempe au chalumeau et par induction
GGG Fonte à graphite sphéroïdal Ck Acier spécial non allié avec faible teneur en P et S
GH- Fonte dure
GS- Fonte d'acier Cm Acier spécial non allié avec limitation inférieure et supérieure de la teneur en S
GT- Fonte malléable générale
GTS- Fonte malléable à cœur noir Cq Acier apte au formage à froid
GTW- Fonte malléable à cœur blanc Lettre d'identification pour les aciers fortement alliés
Etat de traitement (extrait) X Parts en masse des composants caractéristiques de l'alliage > 5 %
A Revenu HJ(HI)
Surface trempée par induction
B Usinabilité optimale Niveaux de qualité des aciers à outils
E Cémenté N Normalisé W1 Qualité 1
F Résistance à la traction minimale
S Recuit léger de déten-sionnement
W2 Qualité 2
G Recuit de coalescence U Non traité W3 Qualité 3
H Trempé V Traité WS Qualité spéciale
Dénomination en fonction des numéros de matières DIN 17 007
Groupes de matières principaux Numéros de nuances
0 Fonte brute et ferro-alliages Les tableaux suivants présentent les classes de nuancesdes différentes matières
1 Acier
2 Métaux lourds (métaux non ferreux)
3 Métaux légers (métaux non ferreux)
Tableau 1.3 Dénomination et numéros de matières
Symboledes fontes
Lettre d'identificationpour les aciersfortement alliés Niveau de qualité des
aciers à outilsIndication de lacomposition chimique
1er voire 2e état detraitement avec despropriétés particulièressur la base dutraitement
-
Numéro des groupesde matières principaux
.
Numéros de nuancesClasse de nuance + numéro de comptage
Nombres annexes
.
44
MANUEL D¥USINAGE GARANT
1.2.1 Systèmes de désignation des aciers et des fontes
L'on distingue des systèmes de désignation des aciers et des fontes symboliques etnumériques. Les tableaux 1.4 à 1.8 ci-après en dressent un aperçu.
Système de désignation symbolique des aciers DIN EN 10027-1DIN 17006-100
Domaine d'application
Lettre Propriétés Symbole supplémentaire pour les aciers
Acier de construc-tion métallique
S Limite élastique minimale Re en N/mm2 Energie de choc à des températures d'essai différentes (ex. : J2 : 27J à –20 °C)Ex. : S 355 J2 (auparavant, St 52)
Acier de construc-tion mécanique
E Limite élastique minimale Re en N/mm2 G Autres qualités (évent. avec chiffre)Ex. : E 355
Domaine d'application
Lettre Propriétés Symbole supplémentaire pour les aciers
Acier non allié
Teneur en Mn<1 %
C 100 x teneur moyenne en C ER
DCSU
Teneur en S max. spécifiéeFourchette spécifiée pour la teneur en SPour tréfilageAvec déformabilité à froid particulièrePour ressortsPour outillage
Sauf aciers de décolletageEx. : C 35 E (auparavant, Ck 35)
Domaine d'application
Lettre Propriétés Eléments d'alliage
Acier non alliéTeneur en Mn<1 %Acier alliéTeneur des diffé-rents éléments d'alliage <5 %
Aucune 100 x teneur moyenne en C Lettres pour les éléments d'alliage caractéristiques, classés par teneurs décroissantes
Ex. : 28 Mn 6 (acier non allié)42 CrMo 4 (acier allié)
Chiffres séparés par un tiret, qui correspondent à la teneur moyenne en % des éléments x fac-teur, classés dans l'ordre de grandeur des éléments d'alliage
G... = Fonte d'acier
Ex. : G 20Mo 5 Cr, Co, Mn, Ni, Si, W Facteur 4Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr Facteur 10C, Ce, N, P, S Facteur 100B Facteur 1000
Acier alliéMin. un élément d'alliage ≥5 %
X 100 x teneur moyenne en CEx. : X 22 CrMoV 12-1GX = Fonte d'acierEx. : GX 7 CrNi Mo 12-1
Domaine d'application
Lettre Eléments d'alliage
Aciers rapides HS Chiffres séparés par un tiret, indiquant la teneur en % des éléments d'alliage dans l'ordre suivant : W – Mo – V - Co
Ex. : HS 7-4-2-5
Tableau 1.4 Système de désignation symbolique des aciers
ou
Symboles principaux Symboles supplémentaires
Lettre correspondant augroupe d'acier Propriétés
Lettre C Teneur en carbone
Teneur en carbone Eléments d'alliage
ou
45
Matières
Système de désignation numérique des aciers DIN EN 10027-2
Numéros des groupes d'aciers
Aciers non alliés Aciers alliés00, 90 Aciers ordinaires Aciers de qualité
Aciers de qualité 08, 98 Aciers avec propriétés phys. partic.01, 91 Aciers de construction généraux,
Rm < 500 N/mm209, 99 Aciers pour divers domaines d'application
02, 92 Autres aciers de construction, non prévus pour le traitement à chaud, Rm < 500 N/mm2
Aciers spéciaux
20...28 Aciers à outils03, 93 Aciers avec C < 0,12 %, Rm < 400 N/mm2 29 Libre04, 94 Aciers avec 0,12 % ≤ C < 0,25 % ou
400 N/mm2 ≤ Rm < 500 N/mm230, 31 Libre32 Aciers rapides avec Co
05, 95 Aciers avec 0,25 % ≤ C < 0,55 % ou500 N/mm2 ≤ Rm < 700 N/mm2
33 Aciers rapides sans Co
06, 96 Aciers avec C ≥ 0,55 %, Rm ≥ 700 N/mm2 34 Libre07, 97 Aciers avec teneur en P ou S plus élevée 35 Aciers pour roulements à billes
Aciers spéciaux 36, 37 Aciers avec propriétés magnétiques partic.10 Aciers avec propriétés physiques
particulières38, 39 Aciers avec propriétés physiques partic.
11 Aciers à réservoirs, de construction et méca-niques avec C < 0,5 %
40...45 Aciers inoxydables
12 Aciers de construction mécanique avec C ≥ 0,5 %
46 Alliages de Ni résistants aux hautes temp. et aux produits chim.
13 Aciers à réservoirs, de construction et méca-niques avec exigences partic.
47, 48 Aciers réfractaires
14 Libre 49 Matières résistant aux hautes températures15...18 Aciers à outils 50...84 Aciers à réservoirs, de construction et mécani-
ques. Classés en fonction des éléments d'alliage
19 Libre 85 Aciers nitrurés86 Libre87...89 Aciers non destinés au traitement à chaud,
aciers aptes au soudage et très résistants
Tableau 1.5 Système de désignation numérique des aciers
Exemples de désignations d'aciers :Groupe de matières GARANT (cf. chapitre «Matières», section 1.1)
1.0422 C 22 Acier pour traitement thermique 3.0
1.3505 100 Cr 5 Acier de construction-Acier pour roulements à billes
8.0
1.8515 31 CrMo 12 Acier nitruré 7.1
Numéro des groupes dematières principaux Acier
.
Numéro des groupes d'acier Numéro supplémentaire(act. uniquem. 2e n°)
1
46
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Le tableau 1.3 présente le système de désignation des fontes suivant la norme DIN 17006.Les tableaux 1.6 et 1.7 ci-après présentent les systèmes de désignation symbolique et nu-mérique suivant la norme européenne. Le tableau 1.8 présente le système numérique dedésignation des fontes suivant la norme DIN 17007.
Système de désignation symbolique des fontes suivant la norme européenne
DIN EN 1560
Structure du graphite Macro ou micro-structure Propriétés mécaniques
L Lamellaire A Austénitique –
–
Indication de la résistance à la traction et d'une lettre pour décrire l'échantillonS Echantillon coulé séparémentU Echantillon attenantC Echantillon prélevé sur une pièceIndications supplémentaires éventuelles– Allongement en %– Température d'essai pour la
résilienceDureté
S Sphéroïdale F Ferritique
M Graphite de recuit P Perlitique
V Vermiculaire M Martensitique
N Absence de gra-phite (fonte dure)
L Lédeburique
Y Structure spéciale Q Etat trempé
T Etat trempé et revenu
B Malléable à cœur noir *)
W Malléable à cœur blanc
*) uniquement pour fonte malléable
Ex. : EN-GJS-400-18S-RT
Exigences supplémentaires Fonte à graphite sphéroïdal, résistance à la traction minimale Rm=400 N/mm2, allonge-ment A=18 %, résilience à température ambiante mesurée sur un échantillon coulé séparément
D Pièce coulée brute
H Pièce coulée traitée à chaud
W Apte au soudage
Z Exigences supplémentaires Ex. : EN-GJS-HB 150
Fonte à graphite sphéroïdal et d'une dureté de 150 HB
Composition chimique
Lettre X et indication des principaux éléments d'alliage et de leur teneur classés par ordre de gran-deur décroissant
Ex. : EN-GJL-XniMn 13-7
Fonte alliée à graphite lamellaire avec 13 % de Ni et 7 % de Mn
Tableau 1.6 Système de désignation symbolique des fontes
-Normeeuropéenne
EN -
G - FonteJ - Fer
Structuredu graphite
Macro oumicro-structure
· Propriétés mécaniques(résistance à la traction ou dureté)· Composition chimique
Exigencessupplémentaires
GJ
47
Matières
Système de désignation numérique des fontes suivant la norme européenne
DIN EN 1560
Caractéristique principale Exigences particulières
0 Réservé 0 Néant 5 Résilience à basse température
1 Résistance à la traction 1 Echantillon coulé séparément 6 Aptitude au soudage
2 Dureté 2 Echantillon attenant 7 Pièce coulée brute
3 Composition chimique 3 Echantillon prélevé 8 Pièce coulée traitée à chaud
4...9 Réservé 4 Résilience à température ambiante 9 Exigences supplémentaires
Ex. : EN-JL 2 03 0 Fonte à graphite lamellaire, caractéristique principale dureté, sans exigences parti-culières (désignation abrégée de la matière EN-GJL-HB 195)
Tableau 1.7 Système de désignation numérique des fontes
Système de désignation numérique des fontes DIN 17007
Classes de nuances du groupe de matières principal 0
00...09 Fonte brute pour la production d'acier 60...61 Fonte à graphite lamellaire, non alliée10...19 Fonte brute pour la production de fonte 62...69 Fonte à graphite lamellaire, alliée20...29 Fonte brute spéciale 70...71 Fonte à graphite sphéroïdal, non alliée30...49 Alliages mères 72...79 Fonte à graphite sphéroïdal, alliée50...59 Réservé 80...81 Fonte malléable, non alliée
82 Fonte malléable, alliée83...89 Fonte malléable, réservé90...91 Fonte spéciale, non alliée92...99 Fonte spéciale, alliée
Tableau 1.8 Système de désignation numérique des fontes suivant la norme DIN
Exemples de désignations de fontes :Norme européenne Jusqu'à présent Groupe de matières GARANT
(cf. chap. 1, section 1.1)N° de matière Nom abrégé N° de matière Nom abrégéEN-JL 1020 EN-GJL-150 0.6015 GG 15 15.0EN-JS 1030 EN-GJS- 400-15 0.7040 GGG-40 15.2EN-JM 1180 EN-GJMB-650 0.8165 GTS-65 15.2EN-JM 1030 EN-GJMW-400 0.8040 GTW-40 15.2
-Normeeuropéenne
EN
J - Fer
Structuredu graphite
Caractéristiqueprincipale de la fonte
Exigencesparticulières
J
Numéro actuel(00 ... 99)
Numéro des groupesde matières principaux
.Numéros de nuances
Classe de nuance + numéro de comptage
0
48
MANUEL D¥USINAGE GARANT
1.2.2 Systèmes de désignation des métaux non ferreux
Les systèmes de désignation des métaux non ferreux se distinguent de la même manièreque les métaux ferreux. Les tableaux 1.9 et 1.10 présentent les systèmes de désignationnumériques.
Système de désignation numérique des métaux non ferreux DIN 17007
Groupe de matières principal
Numéros de nuances Nombre annexe
2 Métauxlourds
2.0000 ... 2.1799 Cu 0 Non traité
2.1800 ... 2.1999 Réservé 1 Doux
2.2000 ... 2.2499 Zn, Cd 2 Ecroui (duretés intermédiaires)
2.2500 ... 2.2999 Réservé 3 Ecroui («dur» et au-delà)
2.3000 ... 2.3499 Pb 4 Recuit de mise en solution, sans reprise mécan.
2.3500 ... 2.3999 Sn 5 Recuit de mise en solution, repris à froid
2.4000 ... 2.4999 Ni, Co 6 Durci à chaud, repris à froid
2.5000 ... 2.5999 Métaux nobles 7 Durci à chaud, sans reprise mécan.
2.6000 ... 2.6999 Métaux réfractaires 8 Non chargé, sans écrouissage préalable
2.7000 ... 2.9999 Réservé 9 Traitements spéciaux
3 Métaux légers
3.0000 ... 3.4999 Al
3.5000 ... 3.5999 Mg
3.6000 ... 3.6999 Réservé
3.7000 ... 3.7999 Ti
3.8000 ... 3.9999 Réservé
Tableau 1.9 Système de désignation numérique des métaux non ferreux suivant la norme DIN
Fig. 1.1 Boîtier en métal léger d'une caméra d'imagerie thermique
Numéro des groupesde matières principaux
. .
Numéros de nuances
Nombre annexe
49
Matières
Système de désignation numérique des métaux non ferreuxsuivant la norme européenne
DIN EN 573, DIN EN 1412, DIN EN 1754
Lettre de la matière (extraits) Forme du produit
A Aluminium A Anodes
M Magnésium B Lingotières
Cu Cuivre C Matières en fonte
F Métaux d'apport et métaux d'apport de brasage fort
M Alliages mères
R Cuivre raffiné
S Matière en forme de grenaille
W Matières corroyées
X Matières non normalisées
Tableau 1.10 Système de désignation numérique des métaux non ferreux suivant la norme européenne
Exemples de désignations de fontes :
Norme européenne Jusqu'à présent Groupe de matières GARANT(cf. chap. 1, section 1.1)
N° de matière Nom abrégé N° de matière
Nom abrégé
Aluminium et alliages d'aluminium
EN AW–5754 EN AW-5754 [AlMg3] 3.3535 Al Mg 3 17.0
EN AC-43000 EN AC-43000 [AlSi10Mg] 3.2381.01 G-Al Si 10 Mg 17.1
EN AC-44200 EN AC-44200 [AlSi12] 3.2581 Al Si 12 17.2
Magnésium et alliages de magnésium
EN MC 21110 EN-MC Mg Al 8 Zn 1 3.5812.01 G-Mg Al 8 Zn 1 18.0
Cuivre et alliages de cuivre
CC 491 K CuSu5ZnPb5-C 2.1020 G-CuSu5ZnPb 19.0
CC 750 S CuZn33Pb2-C 20290.1 G-CuZn33Pb 20.0
CC 495 K CuSn10Pb10-C 2.1176.1 G-CuPb10Sn 21.0
Normeeuropéenne
Forme du produit
Lettre correspondantà la matière
5 chiffres pour identifier lacomposition chim. ou
Groupes principaux et sous-groupesde l'alliage + lettre d'identification ou
Numéros de comptage à3 chiffres + lettre d'identification
EN (-)
50
MANUEL D¥USINAGE GARANT
1.2.3 Identification des matières à mouler thermoplastiques
Identification des matières à mouler thermoplastiques Polyéthylène (PE)Polypropylène (PP)Polycarbonate (PC)
DIN 16 776-1: 1984-12DIN 16 774-1: 1984-12DIN 7744-1: 1986-07
Utilisation Additif Densité en g/cm3
(PE)Charge et renfort (PE et PP)
BCDEFGHKLMQRSTXY
Soufflage sur matriceCalandrageFabrication de disquesExtrusion (tubes)Extrusion (films)Usage généralRevêtementIsolation de câbles et de filsExtrusion monofilMoulage par injectionMoulageMoulage par rotationFrittage par poudreFabrication de bandesAucune indicationFabrication de fibres
A
BCDEFGHKLNPRSTWXYZ
Stabilisateur de traitementAntibloquantColorantPoudreAgent moussantAgent ignifugeGranulatStabilisant thermiqueDésactivateur de métauxStabilisant UVColorant naturelModifiant chocAgent de démoulageLubrifiants internes et externesTransparence accrueStabilisant d'hydrolyseRéticulableConductivité accrueAntistatique
N° d'ident.
de à Type Forme
1520253035404550556065
0,9170,9220,9270,9320,9370,9420,9470,9520,9570,962
0,9170,9220,9270,9320,9370,9420,9470,9520,9570,962
ABCGKLMSTWXZ
AmianteBoreCarboneVerreCraie (CaCO3)CelluloseMinéraux, métalMat. organ. synth. TalcBoisnon spécifiéautre
BDFGH
SXZ
BillesPoudreFibresMatière moulueTrichite(monocristauxfibreux)
FeuillesNon spécifiéAutre
Identificationsupplémentaire
(PP)
Viscosité(PC)
en cm3/g
Charges (PC)
Part en masse en %
H
B
R
Q
Homopolymère du polypropylèneCopolymèreen masse thermoplastiqueCopolymère statiquethermopl.Mélange des groupes H, B, R
Indice d'isotacticité (PP)
N° d'ident.
de à N° d'ident.
de à N° d'ident.
de à N° d'ident.
de à
N° d'ident.
Part en masse en % 464950616770
4652586470
4652586470
5101520253035
7,512,517,522,527,532,5
7,512,517,522,527,532,537,5
40455055606570
37,542,547,552,557,562,567,5
42,547,552,557,562,567,572,5
75
80
85
90
72,5
77,5
82,5
87,5
77,5
82,5
87,5
9585756555
>90 ... 100>80 ... 90>70 ... 80>60 ... 70>50 ... 60
Résiliencean en kJ/m2
Résilienceak en kJ/m2
Indice de fluidité en g/10 min Conditions d'essaiindice de fluiditéPE, PP PC
an ak N° d'ident.
de à N° d'ident.
de à L'indice de fluidité MFIindique la quantité
extrudée par un orifice dans des conditions
données.
Sym-bole
de à Sym-bole
de à 000001003006012022045090200400700
0,10,20,40,81,53,06,0
122550
0,10,20,40,81,53,06,0
122550
0305091824
36
1224
36
1224A0
A1A3A5A7A9
1030507090
1030507090
B0B1B3B5B7B9
816243240
816243240
DTGM-
190 °C / 2,16 kg190 °C / 5 kg
190 °C / 21,6 kg230 °C / 2,16 kg300 °C / 1,2 kg
Désignation d'une matière à mouler PE pour l'extrusion de films avec un lubrifiant interne d'une densité de 0,981 g / cm3 et un indice de fluidité MFI à 190 °C / 2,16 kg de 4,2g / 10 min. :Matière à mouler DIN 16776 - PE, FS, 20 D 045
Tableau 1.11 Identification des matières à mouler thermoplastiques
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��������������������������������� �����������������!�����������������"�#
#�$��� ������� ����� ����� ����"
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51
Matières
2 Matières ferreuses
Les alliages fer-carbone présentant une teneur en carbone max. de 2% sont qualifiésd'aciers ; les matières dont la teneur en carbone est supérieure à 2% sont des fontes.
A l'exception de certains alliages de fonderie et de la fonte à graphite sphéroïdal, la fontene présente qu'une résistance à la traction moyenne. En revanche, l'acier est tenace, tou-jours déformable à chaud et également à froid dans le cas d'une teneur en carbone fai-ble. Un traitement thermique (trempe ainsi que trempe et revenu) permet d'augmenterconsidérablement la résistance de l'acier, mais la déformabilité diminue sensiblement.
2.1 Aciers
2.1.1 Classification des aciersLes aciers sont regroupés en fonction de leurs éléments d'alliage, leurs constituants destructure et leurs propriétés mécaniques.
Selon la teneur en alliage, les distinctions suivantes sont établies :
V Aciers non alliésV Aciers faiblement alliés (la teneur de chaque élément d'alliage est < 5%)V Aciers fortement alliés (la teneur de l'un des éléments d'alliage est d'au moins 5%)
Les aciers non alliés sont classés en aciers non prévus pour un traitement thermique etaciers pour traitement thermique.
Les aciers faiblement alliés possèdent essentiellement les mêmes propriétés que lesaciers non alliés. Parmi les aspects techniquement importants, citons la trempabilité sen-siblement améliorée, la résistance à la chaleur accrue et la résistance au revenu.
Les aciers fortement alliés sont nécessaires pour obtenir des propriétés spéciales.
Seuls les aciers fortement alliés permettent d'obtenir la résistance à l'oxydation à chaudou des propriétés physiques particulières.
Figure 1.2 Empileur
52
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Pour l'utilisateur, une identification est souvent utile afin de déterminer d'autres proprié-tés importantes. C'est pourquoi les aciers sont également différenciés en pratique parleurs domaines d'utilisation et leurs emplois, comme suit :
V Aciers de décolletageV Aciers de cémentationV Aciers pour traitement thermiqueV Aciers nitrurésV Aciers à outilsV Aciers inoxydables et résistants aux acides
La section 1 de ce chapitre présente sous la formede tableaux la classification des aciers dans lesgroupes de matières ainsi que leurs propriétés etdomaines d'application.
2.1.2 Influence de l'usinabilité des aciersL'usinabilité d'une matière doit toujours être évaluée en rapport avec le procédé d'usina-ge utilisé, la matière de coupe et les conditions de coupe. Du point de vue de la matière,l'usinabilité des aciers est déterminée par la structure et les propriétés mécaniques (dure-té, résistance).
2.1.2.1 Usinabilité en fonction de la teneur en carbone
Les aciers au carbone (aciers de qualité non alliés) présentant une teneur en carboneC < 0,8% sont appelés «hypoeutectoïdes» (relativement au diagramme fer-carbone –cf. également figure 1.5). Les principaux constituants de structure sont la perlite (mélangede ferrite et de cémentite, dureté élevée) et la ferrite (faible dureté, grande déformabilité).
Lors de l'usinage, la ferrite occasionne d'importantes difficultés :
V Forte tendance à coller à l'outil, formation d'arêtes rapportéesV Formation de copeaux longs et emmêlés indésirables (grande déformabilité)V Mauvaise qualité d'état de surface et formation de bavures sur les pièces à usiner
La perlite engendre, lors de l'usinage, des difficultés concernant :
V Forte usure abrasiveV Efforts de coupe supérieurs
L'usinabilité des aciers présentant une teneur encarbone C < 0,25% est essentiellement marquéepar les propriétés susmentionnées de la ferrite.Des arêtes rapportées se forment à des vitesses decoupes faibles. L'usure de l'outil augmente lente-ment avec l'accroissement de la vitesse de coupe,de même que la température de coupe. Dans cesconditions, il convient de choisir des outils avec unangle de coupe le plus positif possible.
Figure 1.3 Découpe-joints
Figure 1.4Structure ferrito-perlitique (ferrite claire)
53
Matières
Les aciers au carbone dans la plage0,25% < C < 0,4%, les propriétés de laperlite influent sur l'usinabilité :
V La tendance au collage diminue etdonc la formation d'arêtes rapportées.
V A la suite de l'augmentation de lacharge sur la zone de contact, latempérature de coupe augmente lorsde l'usinage, de même que l'usure del'outil.
V La structure influence positivement laqualité d'état de surface, la formationet la forme des copeaux.
Une nouvelle augmentation de la teneuren carbone (0,4% < C < 0,8%) engendreune nouvelle augmentation de perlite,jusqu'à ce qu'il ne reste plus que de laperlite pour 0,8% de C.
Les aciers au carbone à env. 0,25% Cprésentent une bonne usinabilité.
La figure 1.5 présente une classificationschématique des alliages fer-carbone etleurs propriétés.
2.1.2.2 Usinabilité en fonction des éléments d'alliage
Ce chapitre décrit l'influence de certains éléments d'alliage importants sur l'usinabilitédes aciers.
V Le chrome et le molybdène améliorent la trempabilité de l'acier et influencent ainsil'usinabilité des aciers de cémentation et des aciers pour traitement thermique via lastructure et la résistance. Pour les aciers présentant une teneur en carbone ou enalliage supérieure, ces éléments forment des carbures spéciaux et mixtes durs, quipeuvent nuire à l'usinage. Il en va de même pour le tungstène.
V Le nickel influence également la résistance de l'acier et entraîne une augmentation dela ténacité, ce qui provoque généralement une mauvaise usinabilité, notamment pourles aciers Ni austénitiques (en particulier, en présence de teneurs en nickel plusélevées).
V Le silicium forme, par ex. en association avec l'aluminium, des inclusions d'oxyde desilicium (silicate) dures. Il peut en résulter une augmentation de l'usure de l'outil.
V L'ajout par alliage de phosphore permet d'obtenir des copeaux courts. En présence deteneurs maximales de 0,1%, le phosphore exerce une influence positive sur l'usinabi-lité. Des teneurs en phosphore plus élevées permettent d'obtenir de meilleures
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Figure 1.5Classification schématique des alliages fer-carbone
54
MANUEL D¥USINAGE GARANT
qualités d'état de surface, maisaccroissent l'usure de l'outil.
V Le titane et le vanadium peuvent,déjà en petites quantités, entraînerune augmentation sensible de larésistance. Concernant l'effort decoupe et la formation de copeaux,l'on peut s'attendre à de mauvaisrésultats en raison de l'affinageimportant du grain.
V Le soufre ne possède qu'une faiblesolubilité dans le fer, mais forme, enfonction des composants del'alliage, des sulfures stables dansl'acier. Les sulfures de manganèseMnS (cf. figure 1.6) sont souhaitables,dans la mesure où ils influencent positivement l'usinage (copeaux courts, réduction dela formation d'arêtes rapportées, meilleur état de surface de la pièce).
V Le manganèse améliore la trempabilité et augmente la résistance des aciers. En raisonde sa forte affinité avec le soufre, le manganèse forme des sulfures avec ce dernier. Desteneurs en manganèse maximales de 1,5% favorisent, pour les aciers à faible teneur encarbone, l'usinage à la suite de la bonne formation de copeaux. En présence d'uneteneur en carbone supérieure, l'usure accrue de l'outil nuit toutefois à l'usinage.
V Le plomb possède un point de fusion relativement bas et est présent dans le fer sousla forme d'inclusions submicroscopiques. Lors de l'usinage, un film de plomb protec-teur se forme entre l'outil et la pièce, réduisant ainsi l'usure de l'outil. Les copeaux sontcourts.
Figure 1.6 Inclusion de sulfure de manganèse
55
Matières
2.1.2.3 Usinabilité en fonction du traitement thermique
Un traitement thermique ciblé permet d'influencer la structure de manière à ce qu'il soitpossible non seulement de modifier les propriétés mécaniques, mais également d'adap-ter l'usinabilité aux exigences.
Le tableau 1.12 ci-dessous résume l'influence de différents procédés de traitement ther-mique sur l'usinabilité d'aciers en ce qui concerne l'usure de l'outil et la formation de co-peaux.
Procédés de traitement thermique
Influence de la structure Usinabilité
Recuit normal Structure micrograin uni-forme par recristallisation
Dépend de la teneur en carbone de l'acier (cf. section 2.1.2.1) :Ferrite - mauvaise formation de copeaux, usure réduitePerlite - meilleure formation de copeaux, usure accrue
Recuit à gros grain Structure à gros grain, limites en raison de l'alté-ration des propriétés de résistance
Faible usure de l'outil, bonne formation de copeaux, qualités d'état de surface élevées
Recuit de coalescence Perlite riche en ferrite avec cémentite globulaire(tendre, bonne déforma-bilité)
Forte usure de l'outil, mauvaise formation de copeaux avec la croissance du pourcen-tage de ferrite dans la structure
Trempe Martensite Importante usure abrasive de l'outil en cas d'utilisation de matières traditionnelles de coupe,bonne formation de copeaux
Tableau 1.12 Usinabilité en fonction du traitement thermique
Structure finale
Recuit normal Recuit à gros grain Trempe
Figure 1.7 Micrographie de l'acier C60, différents traitements thermiques
56
MANUEL D¥USINAGE GARANT
2.1.3 Usinabilité de divers types d'aciers
Type d'acier Particularités Usinabilité Effets
Acier de décolle-tagep. ex. :S300S300pb35MFG45MF4
Principaux élé-ments de l'alliage :les éléments Pb, P, S, Mn en associa-tion avec le soufre forment le sulfure de manganèse MnS désiré
Possibilité de gain en terme de durée de vie en fonction de la vitesse de coupe, notamment par l'ajout de Pb (50 à 70%)Diminution possible de l'effort de coupe jusqu'à 50%
Copeaux courtsEtat de surface des pièces propre Faible tendance à la formation d'arêtes rappor-téesRéduction de l'usure de l'outil
Acier de cémenta-tionp. ex. :XC1516NC520NC518 CrNi 8
Aciers de construc-tion non alliés, aciers spéciaux et de qualité ainsi qu'aciers spéciaux alliés avec une teneur en carbone C < 0,2%
Vitesses de coupe élevées pour réduire la formation d'arêtes rapportées, de préférence avec des tranchants d'outils en car-bureDiminution de l'avanceGéométrie d'outil adaptée (angle de coupe positif )
Bonne qualité d'état de surface
Duretés :cémentation de la bordure à 0,6 - 0,9% C(duretés jusqu'à 60 HRC)
Usinage dur avec carbures micrograin, céramiques mix-tes, matières de coupe CBN
Bonne fragmentation de copeauxExcellente qualité d'état de surface
Acier pour traite-ment thermiquep. ex. :XC 4542 CD430 CDV935NCD16
Teneur en carbone0,2% < C < 0,6%Principaux élé-ments de l'alliage :Chrome CrNickel NiVanadium VMolybdène MoSilicium SiManganèse Mn
L'usinabilité dépend largement des éléments d'alliage correspondants et du traitement à chaudTrempe et revenu essentiellement après l'ébauche et avant la finition ou la rectificationRéduction des vitesses de coupe avec augmentation de la teneur en carbone (pourcentage de perlite)
Ebauche essentiellement en raison des niveaux élevés d'enlèvement de copeaux dans l'état normalisé de la matière (recuit normal)
Excellente usinabilitéRéduction de l'usure de l'outil
Finition avec vitesses de coupe réduites, principalement avec des outils en carbure du groupe P (acier rapide unique-ment pour perçage et tarau-dage)Utilisation d'outil céramique CBN uniquement pour les duretés supérieures à 45 HRC (cf. usinage dur de l'acier de cémentation)
Réduction de l'usure de l'outil
Tableau 1.13 Usinabilité de divers types d'aciers
57
Matières
Tableau 1.13 Usinabilité de divers types d'aciers (suite)
Type d'acier Particularités Usinabilité Effets
Acier nitrurép. ex. :34 CrAlNi 731 CrMo 1234 CrAlS
Teneur en carbone0,2% < C < 0,45%Principaux élé-ments de l'alliage :Cr, Mo, Al, VDureté de surface de la matière élevée en raison des nitru-res métalliques cas-sants
L'usinage se déroule avant la nitruration en raison de la dureté très élevée de la surface de la matière
Matière finale trempée et revenue :vitesses de coupe réduites
Usure de l'outil acceptable
Matière finale non trempée et revenue
Mauvaise évacuation des copeauxFormation de bavures
Teneur en Ni > 1% Mauvaise usinabilité
Addition de soufre S Bonne usinabilité
Acier de construc-tionp. ex. :XC45XC60
Teneur en C < 0,9% pour les aciers à outils non alliés
Utilisation de matières de coupe en carbure à base de titane et de carbure de titane(P 20)
Tendance au collage accrueFormation d'arêtes rappor-téesUsinabilité relativement mauvaiseSurfaces de mauvaise qua-lité et rugueuses
Trempe et revenu des aciers à outils
Amélioration de l'usinabilité
Aciers inoxyda-bles et résistants aux hautestempératuresp. ex. :X5CrNiNb18-10
Teneur en chrome> 12%
Aciers essentiellement ferriti-ques
Bonne usinabilité
Pourcentage de nickel supplémen-taire global 10-13%
Aciers austénitiques :vitesses de coupe réduitesavances relativement élevées pour réduire le nombre de coupes
Mauvaise usinabilitéForte tendance au collageFormation d'arêtes rappor-téesTendance à l'écrouissage
Figure 1.8 Fraisage d'acier pour traitement thermique
58
MANUEL D¥USINAGE GARANT
L'usinabilité d'aciers inoxydables (groupes de matières GARANT 13 et 14, tableaux 1.1 et1.2) est évaluée à l'aide du facteur PRE (Pitting Resistance Equivalent) détaillé ci-après, quidécrit la résistance d'aciers inoxydables à la «corrosion par piqûres» («pitting» en an-glais).
Cr ... ChromeMo ... Molybdène (éq. 1.1)N ...Azote%... pourcentage d'éléments
En particulier pour le tournage d'aciers inoxydables, les plages suivantes à appliquer pourévaluer l'usinabilité:
:
Plage facteur PRE Evaluation de l'usinabilité
Exemples de matières
Désignation de la matière Groupe de matiè-res GARANT
PRE < 16 Bonne Z8C12 (1.4000)Z10C13 (1.4006)Z33C13 (1.4028)
13.113.213.3
16 < PRE < 22 Moyenne Z7CN18-09 (309) (1.4301) 13.1
22 < PRE < 34 Difficile Z6CNDT17-12 (316Ti) (1.4571)
13.1
PRE > 35 Très difficile Z5CND27-05 AZ (1.4460) 13.3
Tableau 1.14 Facteur PRE permettant d'évaluer l'usinabilité d'aciers inoxydables
Exemple de calcul du facteur PRE
Matière : Z5CND27-05 AZ (1.4460, groupe de matières GARANT 13.3)
Analyse : Cr : 25,0 ... 28,0 % Différence = 3,0% ∆ Cr = 1,5%
Mo : 1,3 ... 2,0 % Différence = 0,7% ∆ Mo = 0,35%
N : 0,05 ... 0,2 % Différence = 0,15%
∆ N = 0,075%
31 41
Facteur PRE = (25,0+∆Cr)% + 3,3 · (1,3+∆Mo)% + 30 · (0,05+∆N)%
= 26,5% + 3,3 · 1,65% + 30 · 0,125%
Facteur PRE = 35,7
Facteur PRE =% Cr + 3,3 ·% Mo + 30 ·% N
59
Matières
Le tableau 1.15 dresse un aperçu type des paramètres de coupe réalisables pour le tour-nage de l'acier.
Vitesse decoupe1)
Matières
240 à400 m/min
180 à320 m/min
130à250 m/min
120 à220 m/min
110à190 m/min
Aciers de constructiongénéraux
– jusqu'à 0,2% Cp. ex. A502)
plus de 0,2% Cp. ex. A602)
Acier de décolletagenon traité
Aciers non desti-nés au traitement à chaudp. ex. S300pb
– – – –
Acier de décolletage trempé et revenu
– jusqu'à 0,45% Cp. ex. 35MF6
plus de 0,45% Cp. ex. 60MF6
– –
Acier de cémentation non allié
Traité sur struc-ture ferrite-per-lite (BG)p. ex. XC15
– – – –
Acier de cémentation allié
– Traité sur structure fer-rite-perlite (BG)p. ex. 16NC5S
Traité sur résis-tance améliorée (BF)p. ex. 16CND6
– –
– – – Non traité 3)
p. ex. 20NC6–
Acier pour traitement thermique non alliéRecuit de coales-cence (G)
– jusqu'à 0,4% Cp. ex. XC35G
plus de 0,4% Cp. ex. XC60G
plus de 0,6% Cp. ex. XC70G
–
Acier pour traitement thermique non alliéRecuit normal (N)
– jusqu'à 0,45% Cp. ex. XC45
plus de 0,45-0,55% Cp. ex. XC50N
plus de 0,55% Cp. ex. XC60N
–
Acier pour traitement thermique non alliétrempé et revenu (V)
– – jusqu'à 0,45% C ou jusqu'à 800 N/mm2
p. ex. XC45V
plus de 0,45-0,6% C ou supérieur à 800 N/mm2
p. ex. XC60V
–
Acier pour traitement thermique alliérecuit de coalescence (G) ou traité sur usina-bilité améliorée (B)
– jusqu'à 0,3% Cou jusqu'à 200 HBp. ex. 25CD4B
jusqu'à 0,4% Cou supérieur à 200-230 HBp. ex. 24CD5B
plus de 0,4% Cou plus de 230 HBp. ex. 25NCD4B
–
Acier pour traitement thermique alliétrempé et revenu (V)
– – jusqu'à 0,4% C ou supérieur à 700-800 N/mm2
p. ex. 25CD4B
jusqu'à 0,5% C ou supérieur à 800-1000 N/mm2
p. ex. 42NC4V
supérieur à 1000 N/mm2
p. ex. 30NCD16V
1) Vitesses de coupe en cas d'utilisation d'outils en carbure non revêtus2) Possibilité d'une usinabilité différente en raison de fortes dispersions3) Usinabilité différente en fonction du pourcentage de constituants de structure[N/mm2] Indications de la résistance à la traction[HB] Indications de la dureté des matières
Tableau 1.15 Vitesse de coupe réalisable pour les aciers
60
MANUEL D¥USINAGE GARANT
2.2 Fontes
2.2.1 Classification des fontesLa catégorie fontes regroupe les alliages fer-carbone présentant une teneur en carboneC > 2% (généralement jusqu'à 4% – cf. figure 1.5). Les éléments d'alliage sont générale-ment le silicium, le manganèse, le phosphore et le soufre. Il est possible d'améliorer la ré-sistance à la corrosion et à la chaleur par l'addition de nickel, de chrome, de molybdèneet de cuivre. L'ajout d'alliages aux fontes influence l'usinabilité, dans la mesure où ils fontoffice de formateurs de carbure ou influent sur la résistance et/ou la dureté. La figure 1.9présente la classification générale des fontes.
Les désignations des fontes suivant la norme européenne sont reprises au tableau 1.6(section 1.2).
La fonte d'acier se trouve sous la forme d'acier moulé, qui ne sera plus usiné ultérieure-ment que comme procédé de fabrication. En raison de sa bonne ténacité, la fonte d'acierest utilisée dans toutes les applications impliquant des sollicitations diverses ainsi quedes charges dynamiques et momentanées.
La fonte dure possède une structure cassante, elle n'atteint pas les valeurs de résistanceà la traction élevées comme la fonte d'acier. Dans la construction mécanique, la fonte du-re pleine (solidification blanche sur toute la section) n'est utilisée que modérément et
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Figure 1.9 Classification des fontes
61
Matières
quasi exclusivement à l'état non traité. La fontetrempée revêt essentiellement une plus grandeimportance (refroidissement ciblé pour que lasolidification blanche ne concerne que la cou-che superficielle) en raison de sa surface dure etrésistante à l'usure pour une meilleure ténacitédans le noyau. Exemples d'application : cylin-dres, arbres à cames, poinçons, etc.
La fonte malléable n'obtient ses propriétés ca-ractéristiques que par un recuit (malléabilisa-tion). Suivant le traitement thermique, l'on ob-tient de la fonte malléable à cœur noir ou blanc.Concernant la résistance, la fonte malléable se si-tue entre la fonte grise et la fonte d'acier. L'usinabilité de la fonte malléable à cœur blancest, suivant l'épaisseur de paroi, plus difficile pour les pièces épaisses en raison du pour-centage élevé de perlite que pour les pièces minces (la couche carbonée atteint en géné-ral une épaisseur de 7 mm). C'est la raison pour laquelle la fonte malléable à cœur blancest essentiellement utilisée pour les pièces minces. Pour la fonte malléable à cœur noir,contrairement à celle à cœur blanc, une structure uniforme en ferrite avec graphite de re-cuit intégré est présente sur l'ensemble de la section de la pièce en fonte. La fonte mal-léable à cœur noir est ainsi généralement plus facilement usinable que celle à cœurblanc. Elle est de préférence utilisée pour les pièces épaisses, qui devront être usinées àsec ultérieurement.
Les différents types de fonte grise se distinguent essentiellement par la forme géométri-que du graphite qu'elles contiennent. La fonte à graphite lamellaire (dite fonte grise ouGG ) possède des propriétés d'amortissement exceptionnelles, mais n'est pas aussi résis-tante que la fonte blanche. Même des modifications de structure minimes engendrentd'importantes variations de la durée de vie de l'outil. La fonte à graphite sphéroïdal (ditefonte sphéroïdale ou GGG) présente une capacité d'amortissement plus faible (env. d'unfacteur 2), mais est relativement bien usinable. Matière récente, la fonte à graphite ver-miculaire (dite GGV) allie les propriétés positives des fontes grise et sphéroïdale. Elle sesitue ainsi entre la fonte grise et la fonte sphéroïdale. La fonte GGV croît sous la forme dedoigts et de branches depuis une lamelle et ne contient pas plus de 20% de billes de gra-phite. Elle est notamment utilisée dans la construction de moteurs diesel. Ce type de fon-te pose à l'heure actuelle encore problème au niveau de son usinabilité.
2.2.2 Usinabilité des fontesLes propriétés d'usinabilité des fontes sont fortement influencées par la quantité et la for-mation du graphite intégré.
Les inclusions de graphite dans la fonte réduisent d'une part le frottement entre l'outil etla matière et d'autre part, interrompent la structure métallique de base. Il en résulte, com-parativement à l'acier, une meilleure usinabilité, caractérisée par des copeaux courts, uneréduction des efforts de coupe et une augmentation de la durée de vie des outils.
Figure 1.10 Pièce de compresseur à vis
62
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Lors de l'usinage de fonte dure (fonte blanche), l'arêtede coupe est fortement sollicitée en raison du pourcen-tage élevé de cémentite dans la structure de la matière.Pour atteindre une durée de vie économique, la vitessede coupe devrait être réduite et la dureté de la matièreaugmentée. Une diminution de la profondeur de passeréduit à cet égard la charge sur les tranchants de l'outil.L'utilisation d'outil céramique de coupe permet, com-paré aux carbures, de faire passer le facteur de la vitessede coupe de 3 à 4.
En raison de la bonne déformabilité plastique desnuances de fonte malléable, des copeaux continus in-
désirés se forment lors de l'usinage. Le graphite de recuit et le sulfure de manganèse inté-gré dans la structure de base entraînent toutefois une amélioration du bris de copeaux etdonc des propriétés d'usinage. En raison de sa structure diverse, la fonte malléable àcœur noir est nettement plus usinable que celle à cœur blanc pour une dureté de matiè-re identique.
Pour la fonte à graphite lamellaire (cf. figure 1.11), la structure de base similaire à l'acierconstituée de lamelles de graphite est coupée, ce qui engendre la formation de copeauxcisaillés ou fragmentés pendant l'usinage. Cela occasionne toujours des copeaux courts(généralement copeaux en poussière). Une usure frontale extrême des faces de dépouilleest ainsi évitée. En outre, l'on peut constater une diminution des efforts de coupe. Lors del'usinage, les arêtes de la pièce peuvent présenter des éclats. La qualité d'état de surfaceobtenue dépend du procédé de fabrication, des conditions de coupe ainsi que de la fi-nesse et de l'uniformité de la structure de la fonte grise.
En cas d'altération de la structure lamellaire (p. ex. lamelles en forme de rosettes–«B-graphite»), la durée de vie peut varier jusqu'à un facteur 10 à vitesses de coupe élevées etdans les mêmes conditions.
Dans la fonte à graphite sphéroïdal (GGG), le graphite se présente sous la forme d'inclu-sions globulaires (cf. figure 1.12). La structure de base des nuances présentant une résis-tance moindre et une bonne ténacité (p. ex. fonte GGG 40 illustrée) est essentiellementcomposée de ferrite d'excellente usinabilité. Il se forme des copeaux en vrille, qui sonttoutefois légèrement cassants en raison des inclusions de graphite. Lors de l'usinage dansdes vitesses de coupe plus élevées, l'usure des faces de dépouille est problématique. Les
copeaux présentent alors une caractéristique de cassure te-nace et tendent, particulièrement lors de la coupe à sec, àformer des copeaux apparents, c.-à-d. plastifier de la matiè-re entre les faces de dépouille et la pièce.
Dans le cas de la fonte vermiculaire (GGV), le graphite ver-miculaire est ramifié comme un corail. Il peut ainsi offrirpour l'usinage des services aussi bons que le graphite la-mellaire. La fonte GGV présente, pour des vitesses de coupefaibles, d'importants avantages par rapport à la fonte GGGet se différencie peu, par sa caractéristique d'usinage, de la
Figure 1.11 Structure de la fonte grise à graphitelamellaire
Figure 1.12 Micrographie de lafonte GGG 40
63
Matières
fonte GG pour une dureté identique. Ainsi, l'usinabilité de la fonte GGV perlitique pourune vitesse de coupe de vc = 300 m/min, ressemble à celle de la fonte GG-25. A des vites-ses de coupe supérieures à 300 m/min, une usure des faces de dépouille accrue se mani-feste sur l'arête de coupe, qui est due à l'effet abrasif des inclusions de graphite.
La zone extérieure des pièces coulées (peau de fonderie) présente, en raison des inclu-sions non métalliques, d'une structure modifiée et/ou d'un calaminage, une usinabilitépire que celle de la zone centrale. En conséquence, si les paramètres de coupe ne sontpas réduits, l'usure abrasive s'intensifie et des entailles d'usure se forment sur les tran-chants de l'outil. (Cf. section 1.2)
Le tableau 1.16 résume les valeurs de coupe types à atteindre en fonction du type de fon-te à usiner.
S'exprimer sur l'usinabilité des fontes en association avec les indications de dureté Bri-nell (HB) est relativement incertain. Cette indication ne permet de tirer aucune conclu-sion sur la dureté d'abrasion de la fonte, qui a une influence particulièrement négativesur l'usinabilité en raison des inclusions de sable et de carbure libre. Ainsi, une fonte pré-sentant une dureté Brinell de 180 HB et un nombre de carbure libre possède des proprié-tés d'usinage nettement plus difficiles qu'un type de fonte de même dureté, mais avecune structure 100% perlitique et sans carbure libre.
3 Métaux non ferreux
3.1 Aluminium et alliages d'aluminium
3.1.1. Classification des alliages d'aluminiumLes aluminiums se divisent en alliages de fonderie et de corroyage. Pour les alliages decorroyage, la déformabilité plastique est au premier plan, pour les alliages de fonderie,il s'agit de la fluidité. L'aluminium et ses alliages peuvent encore se subdiviser en fonction
Matière Procédé Outil/matière de coupe
Avance pardentfz [mm/Z]
Vitesse de coupevc [m/min]
GG/GGG Fraisage Surfaçage/carbure rev. 0,25 500 ... 1 000
Surfaçage/CBN 0,15 1 500 ... 2 000
Perçage 10 mm/carbure mono-bloc
0,15 ... 0,20 100 ... 150
Alésage/tour-nage de finition
Outil à aléser/carbure 0,10 ... 0,15 200 ... 400
GGV Valeurs de coupe légèrement supérieures à celles de la fonte GG/GGGProcessus d'usinage pas encore stable (recherches encore nécessaires)
Tableau 1.16 Vitesses de coupe types réalisables pour fontes
64
MANUEL D¥USINAGE GARANT
de la solidification d'alliage. L'on distingue ensuite les alliages d'aluminium durcissablespar précipitation (solidification par formation de cristaux mixtes) et ceux non durcissa-bles par précipitation ou autotrempants (solidification par précipitation des compo-sants précédemment dissous).
La figure 1.13 dresse un aperçu des nombreux alliages. Les principaux éléments d'alliagede l'aluminium sont le silicium, le magnésium, le zinc, le cuivre et le manganèse.
Les alliages d'aluminium de corroyage durcissables par précipitation sont privilégiéslorsque leur excellent rapport résistance/densité ou leur grande résistance à la corrosiondoivent être utilisés pour diverses applications dans la construction mécanique, automo-bile et aéronautique.
Pour les alliages d'aluminium de fonderie, les valeurs de résistance ne viennentqu'après les propriétés de moulage. C'est pourquoi les alliages de fonderie peuvent, depar leur composition, être sensiblement différents des alliages de corroyage.
Les alliages de fonderie Al-Si sont particulièrement importants sur le plan technique. Lesalliages Al-Si eutectiques (teneur en Si proche de 12%) possèdent une bonne résistanceet une fluidité exceptionnelle. Ils sont essentiellement utilisés pour les pièces minces,étanches à la pression et aux liquides dans la construction de machines et d'instruments.Leurs propriétés de moulage diminuent à mesure de la baisse de la teneur en Si.
Le développement d'alliages d'aluminium pour pistons pour les moteurs a parfois en-gendré des compositions hypereutectiques (Si > 12%). L'augmentation de la teneur en Sipermet de réduire le coefficient de dilatation des alliages d'aluminium.
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Figure 1.13 Classification schématique des alliages d'aluminium de fonderie et de corroyage
65
Matières
3.1.2 Usinabilité des alliages d'aluminium
L'aluminium est généralement considéré comme facilement usinable. Par rapport àl'acier de même résistance, les efforts de coupe présents sont nettement meilleurs (env.30% de ceux de l'acier). La forme des copeaux est un critère essentiel pour l'aluminium,en raison du volume de copeaux proportionnellement important. Elle dépend de la ma-tière proprement dite, des conditions de coupe et en partie également de la géométriede l'outil. Lors de l'usinage de l'aluminium, la durée de vie varie parfois largement. L'im-portance décisive de l'usure est l'usure des faces de dépouille. L'usure en cratère n'existepas lors de l'usinage de l'aluminium.
Figure 1.14 Fraisage de poche de l'aluminium
66
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Valeurs technologiques GARANT pour l'usinage de l'aluminium :
Fraisage de Al Mg 3g
Outil Plaquette Système de serrage Valeurs de coupe
Fraise à surfacer 90°
Diamètre 50
ANMT Porte-fraise court
SA 40 D22
vc = 1 260 m/minn = 8 000 tr/minfz = 0,17 mm/Zvf = 8 000 mm/minae = 50 mmap= 6 mm
Fraise à copier avec arrosage interne
Diamètre 42
VCTG 22 Porte-fraise court
SA 40 D22
vc = 790 m/minn = 6 000 tr/minfz = 0,18 mm/Zvf = 3 400 mm/minae = 35 mmap= 3 mm
Fraise ébauche carbure monobloc Al
Diamètre 16
Mandrin Weldon vc = 400 m/minn = 8 000 tr/minfz = 0,298 mm/Zvf = 7 000 mm/minae = 16 mmap= 15 mm
Fraise semi-finition carbure monobloc
Diamètre 16
Mandrin Weldon vc = 390 m/minn = 8 000 tr/minfz = 0,1 mm/Zvf = 3 200 mm/minae = 0,2 mmap= 20 mm
Fraise UGV carbure monobloc
Diamètre 16
Mandrin hydraulique HG vc = 400 m/minn = 8 000 tr/minfz = 0,45 mm/Zvf = 7 200 mm/minae = 15 mmap= 1 mm
67
Matières
Pour les alliages d'aluminium de corroyage, l'usure ne pose aucun problème. Ils s'usi-nent bien avec des outils en carbure ou HSS. Même lors de sollicitations d'outil relative-ment élevées, les durées de vie sont encore élevées. L'aluminium pur et les matières decorroyage durcissables par précipitation à l'état tendre tendent souvent, notamment à vi-tesses de coupe faibles, à former des copeaux apparents ou des arêtes rapportées. En rai-son de la modification ultérieure de la géométrie de coupe et de l'augmentation de latempérature par frottement, il faut souvent compter sur une surface de mauvaise qualité.Pour y remédier, il convient d'augmenter la vitesse de coupe, d'accroître l'angle de coupe(jusqu'à 40°), voire d'utiliser un lubrifiant.
Les matières d'aluminium de fonderie sans silicium sont à considérer, du point de vuede leur usinabilité, comme les matières de corroyage correspondantes. Les alliages defonderie Al-Si durcissables par précipitation et hypoeutectiques (teneur en silicium jus-qu'à 12%) présentent de mauvaises propriétés d'usinage à mesure de l'augmentation dupourcentage de Si. Des inclusions dures et cassantes comme le Si proprement dit oul'Al2O3 améliorent la fragilité des copeaux, mais augmentent l'usure de l'outil. Les carbu-res conviennent bien comme matière de coupe pour l'usinage. Le choix doit toutefoiss'effectuer en fonction des paramètres de coupe et de la méthode d'usinage (coupe in-termittente ou adoucie).
Les alliages de fonderie Al-Si hypereutectiques (teneur en Si supérieure à 12%) présen-tent une bonne usinabilité concernant la forme des copeaux et la qualité d'état de surfa-ce réalisable avec les carbures (HM) et les outils au diamant polycristallin (PCD). Les parti-cules de Si grossières dans la structure de base relativement dure engendrent toutefoisune réduction très nette de la durée de vie par rapport aux alliages de fonderie hypoeu-tectiques.
Les zones centrale et extérieure des pièces coulées possèdent parfois des propriétésd'usinage très diverses. Cette différence n'est malheureusement pas déterminée pour lesalliages Al-Si eutectiques.
Valeurs technologiques GARANT pour l'usinage de l'aluminium :
Alésage / taraudage de Al Mg 3
Outil Revêtement Système de serrage Valeurs de coupe
Foret hélicoïdal carbure monoblocDiamètre 10,2
TiAlN Mandrin hydraulique HD
vc = 260 m/minn = 8 000 tr/minfz = 0,23 mm/Zvf = 1 800 mm/minae = 10,2 mm
Taraud machine pour trous borgnes synchroDiamètre 12
TiCN Mandrin hydraulique HD
vc = 50 m/minn = 1 400 tr/minfz = 1,75 mm/Zvf = 2 450 mm/minae = 12 mm
Fraise à fileter universelle GARANT avec arrosage interneDiamètre 6,2
Mandrin hydraulique HG
vc = 120 m/minn = 6 000 tr/minfz = 0,02 mm/Zvf = 400 mm/min
68
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Le tableau ci-dessous présente quelques valeurs indicatives types pour différents procé-dés des alliages Al-Si techniquement intéressants.
3.2 Magnésium et alliages de magnésium
Le magnésium et ses alliages possèdent la densité laplus faible de toutes les matières métalliques pour despropriétés de résistance moyennes.
Le magnésium présente une usinabilité exceptionnelle.La forte réactivité chimique nécessite toutefois des me-sures de protection tout à fait particulières contrel'auto-inflammation. La grande affinité avec l'oxygèneimpose de prendre des mesures anticorrosion, et ce,malgré la couche d'oxyde protectrice. En raison du re-trait très important lors de la solidification (env. 4%), lemagnésium tend à être microporeux. Ces inconvénients
Matière Procédé Matière de coupe
Vitesse decoupevc [m/min]
Avance par dentfz [mm/Z]
Profondeur de coupeap [mm]
Alliages d'Alhypoeutectiques(teneur en Si < 12%)
Tournage HSS < 400 < 0,5 1) < 6
Carbure < 1 200 < 0,6 1) < 6
PCD < 1 500 < 0,3 1) < 1
Fraisage HSS < 300 ≈ 0,3 < 6
Carbure < 700 ≈ 0,3 < 8
PCD < 2 500 ≈ 0,15 < 2,5
Perçage HSS 80 ... 100 0,1 ... 0,4 1) –
Carbure < 500 0,15 1) –
PCD Moins approprié pour le perçage en raison des phéno-mènes d'écrasement dans la zone des arêtes transver-sales
Alliages d'Al hyper-eutectiques(teneur en Si > 12%)
Tournage Carbure < 400 < 0,6 1) < 4
PCD < 1 000 < 0,2 1) < 0,8
Fraisage Carbure < 500 ≈ 0,25 < 8
PCD < 1 500 ≈ 0,15 < 2
Perçage Carbure 200 ... 300 0,15 1) –
PCD Moins approprié pour le perçage en raison des phéno-mènes d'écrasement dans la zone des arêtes transver-sales
1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent
Tableau 1.17 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage de différents alliages d'aluminium
Figure 1.15 Pièce porteuse en magnésium
69
Matières
peuvent être, dans la plupart des cas, évités par un alliage avec l'aluminium et le zinc.Etant donné que le manganèse améliore la résistance à la corrosion, les principaux allia-ges de magnésium contiennent ces trois additions.
Le magnésium et ses alliages se distinguent des autres métaux notamment par leurs ef-forts de coupe réduits. Toutefois, par rapport à l'usinage d'alliages d'aluminium faible-ment alliés, l'on observe de forts phénomènes adhésifs entre la plupart des matières decoupe et la matière à usiner. Une fois que des mesures de sécurité contre le risque d'in-cendie sont prises, l'usinage du magnésium à sec est possible avec des outils en PCD àdes vitesses de coupe élevées (vc > 2 000 m/min). Le risque provient notamment de l'usi-nage à faibles sections, des fins copeaux en poussières, facilement inflammables et con-taminant aux alentours de la machine. Les carbures non revêtus et revêtus de TiN ne doi-vent être utilisés, à des vitesses de coupe vc > 600 m/min, qu'avec des lubrifiants. Enoutre, les outils doivent être choisis avec un angle de dépouille suffisamment important.
Le tableau ci-dessous présente quelques valeurs indicatives types pour l'usinage d'allia-ges de magnésium.
Matière Procédé Matière de coupe
Vitesse decoupevc [m/min]
Avance par dentfz [mm/Z] 1)
Profon-deur de coupeap [mm]
Alliages de Mg
Tournage de finition
HSS 250 ... 300 0,01 ... 0,03 0,05 ... 0,3
Carbure 300 ... 500 0,01 ... 0,04 0,05 ... 0,4
PCD < 900 0,03 ... 0,06 0,02 ... 0,1
Fraisage à queue cylin-drique
HSS 200 ... 260 0,03 ... 0,01 –
Carbure 400 ... 800 0,02 ... 0,1 –
PCD 4 000 0,15 –
Perçage HSS 140 0,36 ... 0,8 –
Carbure mono-bloc
200 ... 600 0,03 ... 0,16 –
1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent
Tableau 1.18 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage de différents alliages de magnésium
70
MANUEL D¥USINAGE GARANT
3.3 Titane et alliages de titane
Le titane allie résistance élevée, densité réduiteet résistance exceptionnelle à la corrosion. Le ti-tane et ses alliages doivent à cette combinaisonde propriétés, malgré leur prix élevé, une vasteutilisation dans des domaines spéciaux, tels quela navigation aérienne et spatiale, dans les réac-teurs et les moteurs hautes performances ainsiqu'en technique médicale.
Les additions d'aluminium, d'étain, de zircon oud'oxygène favorisent une structure hexagonale(alliage α– modérément déformable à froid,pour applications à températures plus élevées, p.
ex. réacteurs) ; les additions de vanadium, de chrome, de molybdène et de fer confèrentune structure cubique centrée (alliage β– meilleure déformabilité à froid, résistance éle-vée, même pour une densité plus élevée). Il existe un compromis entre les deuxstructures : les alliages biphasés (α+β) (exemple : TA6V), qui se caractérisent par un ex-cellent rapport résistance/densité. Ces alliages atteignent à l'état trempé les meilleurespropriétés de résistance.
Contrairement aux autres métaux légers, le titane occupe une position particulière con-cernant l'usinabilité, dans la mesure où ses propriétés mécaniques et physiques (p. ex.faible conductibilité thermique, module d'élasticité réduit) lui permettent de compterparmi les matières considérées comme difficilement usinables.
La chaleur dégagée n'est évacuée qu'en faible proportion vers les copeaux et ceux-ci ten-dent à adhérer aux tranchants. Les outils subissent une charge alternée périodique, aucours de laquelle se forment des copeaux lamellaires et discontinus. L'on peut ainsi s'at-tendre, pour des temps de coupe plus longs, à des phénomènes de fatigue (écaillages,usure des faces de dépouille) au niveau des tranchants de l'outil. L'utilisation de lubri-fiants est indispensable.
La réactivité du titane, par ex. avec l'oxygène, peut entraîner une explosion ou une in-flammation de poussière de titane.
Le titane pur et les alliages α possèdent la meilleure usinabilité, les alliages β, la plusmauvaise. Le développement de matières de coupe en particulier a entraîné ces derniè-
res années un changement considérable en termesdes vitesses de coupe utilisables. Outre les carburesnon revêtus des nuances K et P, les carbures K revê-tus (p. ex. K10, TiCTiN revêtu) sont utilisés pour ac-croître davantage la plage de vitesses de coupe. Ladurée de vie des outils est déterminée de manièresignificative par la vitesse de coupe et l'usure desfaces de dépouille qui en résulte essentiellement.
Figure 1.16 Support de coupe PCD en titanepour scies
Figure 1.17 Fraisage du titane
71
Matières
Lors de l'usinage du titane, il convient de veiller aux points suivants :
V Arêtes vives avec angle de dépouille suffisamment importantV Angle de coupe positif pour les outils en HSS, plutôt négatif pour les fraises en carbureV Optimiser l'avanceV Minimiser le risque de vibrations, veiller à des conditions stables et des pièces bien
serréesV Privilégier le fraisage dans le sens de l'avanceV Utiliser un lubrifiant en fonction de la procédure d'usinageV Contrôler la température d'usinage en limitant la formation d'usure
Le tableau ci-dessous présente quelques valeurs indicatives types pour l'usinage.
Matière Procédé Matière decoupe
Vitesse decoupevc [m/min]
Avance par dentfz [mm/Z]1)
Titane pur (recuit)p. ex. :Ti 99,8Ti 99,2Ti 99,0
Tournage HSS 30 ... 75 0,13 ... 0,4 1)
Carbure 50 ... 170 0,13 ... 0,5 1)
Fraisage en bout
HSS 15 ... 55 0,1 ... 0,3
Carbure 70 ... 180 0,1 ... 0,4
Perçage HSS 12 ... 35 0,05 ... 0,45 1)
Carbure – –
Alliages α (recuits)p. ex. : Ti Mn 8,Ti Al12 Sn11 Zr5 Mo1,Ti Al6 V4Alliages (α+β) (recuit)p. ex. : Ti Al7 Mo4, Ti Al6 V6 Sn2 Cu1 Fe1
Tournage HSS 6 ... 24 0,13 ... 0,4 1)
Carbure 15 ... 80 0,13 ... 0,4 1)
Fraisage en bout
HSS 6 ... 21 0,08 ... 0,2
Carbure 25 ... 90 0,1 ... 0,2
Perçage HSS 6 ... 14 0,05 ... 0,40 1)
Carbure 20 ... 75 0,1 ... 0,3 1)
Alliages α (recuit de mise en solution et trempé)p. ex. : Ti Al6 V4, Ti Al6 Sn2 Zr4 Mo2Alliages (α+β)(recuit de mise en solution et trempé)p. ex. : Ti Al 5 Sn2 Zr2 Mo4 Cr4,Ti Al8 Mo1 V1
Tournage HSS 9 ... 20 0,13 ... 0,4 1)
Carbure 12 ... 60 0,13 ... 0,4 1)
Fraisage en bout
HSS 6 ... 17 0,05 ... 0,15
Carbure 20 ... 50 0,1 ... 0,2
Perçage HSS 6 ... 9 0,025 ... 0,25 1)
Carbure 20 ... 75 0,1 ... 0,3 1)
Alliages β (recuit ou recuit de mise en solution)p. ex. : Ti V8 Cr6 Mo4 Zr4 Al3,Ti V8 Fe5 Al1
Tournage HSS 8 ... 12 0,13 ... 0,4 1)
Carbure 15 ... 50 0,13 ... 0,4 1)
Fraisage en bout
HSS 6 ... 12 0,08 ... 0,18
Carbure 20 ... 40 0,1 ... 0,2
Perçage HSS 8 0,025 ... 0,20 1)
Carbure – –
Alliages β (recuit de mise en solution et trempé)p. ex. : Ti Cr11 Mo7,5 Al3,5Ti V8 Fe5 Al1
Tournage HSS 8 ... 10 0,13 ... 0,4 1)
Carbure 12 ... 35 0,13 ... 0,4 1)
Fraisage en bout
HSS 6 ... 9 0,05 ... 0,15
Carbure 15 ... 30 0,1 ... 0,2
Perçage HSS 6 0,025 ... 0,15 1)
Carbure – –
1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent
Tableau 1.19 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage de différents alliages de titane
72
MANUEL D¥USINAGE GARANT
3.4 Cuivre et alliages de cuivre
De faibles additions à l'alliage permet-tent d'augmenter considérablement larésistance du cuivre. Ceci intervient parformation de cristaux mixtes (argent, ar-senic) ou durcissement (chrome, zircon,cadmium, fer ou phosphore).
Plus de 37% de zinc dans la compositiond'alliages de cuivre-zinc (laiton) entraî-nent une diminution de la ténacité de
l'alliage pour une dureté simultanément croissante. Ceci convient aux procédés par enlè-vement de copeaux en raison de la formation de copeaux plus courts.
Le maillechort est un alliage de cuivre-zinc dans lequel une partie du cuivre est remplacée pardu nickel. L'addition de nickel confère la couleur blanche, similaire à l'argent. Les alliages demaillechort techniques contiennent de 10 à 25% de nickel. Les alliages de maillechort conte-nant du plomb présentent de meilleures propriétés de résistance que les laitons au plomb etsont utilisés en mécanique de précision et pour la fabrication de boîtes de compas.
Les bronzes classiques sont des alliages de cuivre-étain avec une teneur en étain maxi-male de 8,5%. Pour les alliages de fonte, une addition d'étain de 14% maximum permetd'augmenter la résistance. Pour les pièces moulées, notamment dans la construction mé-canique, il est nécessaire d'éliminer par traitement thermique la structure cassante avecses conséquences néfastes sur la ténacité de la matière.
Le bronze rouge désigne les bronzes contenant non seulement de l'étain, mais égale-ment du zinc et du plomb. Il est utilisé pour les pièces mécaniques et les appareils sensi-bles à la corrosion ou les coussinets.
Les bronzes spéciaux désignent les alliages de cuivre et d'aluminium, de manganèse oude silicium ou une combinaison de ces éléments. Ils sont aujourd'hui désignés à juste ti-tre sous le nom d'alliages de cuivre.
Le cuivre pur présente une mauvaise usinabilité en raison de sa forte ténacité et de sagrande déformabilité. Les alliages comprenant les éléments Zn, Sn, Al et Si ont générale-ment une meilleure forme de copeaux. Les alliages composés des éléments Pb, Se, Tesont comparables en termes d'usinabilité à l'acier de décolletage (cf. tableau 1.13). Le ta-bleau 1.20 présente des valeurs indicatives types pour l'usinage.
Figure 1.18 Pièces en laiton et maillechort
Figure 1.19 Pièces de robinetterie
73
Matières
3.5 Alliages à base de nickel
L'alliage NiCr20 constitue la base de nombreux alliages résistant à la chaleur. L'additionde chrome permet d'augmenter la température de fusion et d'améliorer la résistance àl'oxydation à chaud.
Les alliages résistant aux hautes températures sur cette base (cf. également le chapitre« Matières », section 1, goupe de matières 13.3) contiennent des additions de titane etd'aluminium. Grâce à ces éléments, les alliages deviennent durcissables par précipitation.L'utilisation d'alliages de ce genre à hautes températures limite la durée d'utilisation enraison du vieillissement de la matière (surveillance particulière requise). L'addition de co-balt permet d'accroître la résistance à la chaleur. D'autres additions d'alliage sont le moly-bdène et le tungstène.
Les alliages de nickel résistant à la corrosion sont mélangés à des additions de chrome,de molybdène et de cuivre. Ces alliages dépassent également la résistance à la corrosiondes aciers austénitiques du point de vue de la résistance chimique. Les alliages de nickelrésistant à la corrosion sont transformés quasi exclusivement par le secteur de la cons-truction d'appareils pour l'industrie chimique.
Le tableau 1.21 présente la classification des alliages de nickel ainsi que des valeurs indi-catives types d'usinage pour le tournage et le fraisage.
Procédé Matière de coupe
Vitesse decoupevc [m/min]
Avance par dentfz [mm/Z]1)
Profondeur de coupeap [mm]
Tournage HSS 30 ... 80 0,2 ... 0,45 1) 0,6 ... 4
Carbure 200 ... 1 000 0,2 ... 0,45 1) 0,6 ... 4
Fraisage HSS 40 ... 80 0,05 ... 0,2 0,6 ... 4
Carbure 120 ... 1 200 0,05 ... 0,2 0,6 ... 4
Perçage HSS 50 ... 140 0,1 ... 0,4 1) –
Carbure 80 ... 300 0,1 ... 0,4 1) –
1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent
Tableau 1.20 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage d'alliages de cuivre
74
MANUEL D¥USINAGE GARANT
☺ Niveau de difficulté de l'usinabilité �
Alliages de corroyage / de fonderie Alliages de fonderie
All. Ni-Cu All. Ni-(Cr)-MoNon durcissa-bles par préci-pitationAll. Ni-Fe-Cr ouall. Ni-Cr-Fe
All. Ni-Fe-CrouNi-Cr-Fe ouNi-Cr-Co durcissables par préci-pitation
Alliages spéciaux(alliages de fon-derie résistant aux très hautes températures)
Exemples
Monell 400Monell 401Monell 404Monell R 405
Hastelloy BHastelloy XInconel 625Incoloy 825Inconel 600Inconel 601
Incoloy 901Incoloy 903Inconel 718Inconel X-750Nimonic 80Waspaloy
Nimonic 90Nimonic 95Rene 41Udimet 500Udimet 700Astralloy
IN – 100Inconell 713 CMar – M 200Nimocast 739
Valeurs indicatives
recuit recuit recuit recuit de mise en solution
coulé, durci
Tournage
Matière de coupe
HSS Car-bure 2)
HSS Car-bure 2)
HSS Car-bure 2)
HSS Carbure 2)
HSS Carbure 2)
vc [m/min] 30 105 6 ... 8 30 ... 35 6 ... 8 24 ... 30 3,6 ... 5 21 ... 24 3,5 ... 5 11 ... 18
fz [mm/Z]1) 0,18 0,18 0,13 ... 0,18
0,13 ... 0,18
0,13 ... 0,18
0,13 ... 0,18
0,13 ... 0,18
0,13 ... 0,18
0,13 0,13
ap [mm] 1 1 0,8 ... 2,5 0,8 ... 2,5
0,8 ... 2,5
0,8 ... 2,5
0,8 ... 2,5 0,8 ... 2,5 0,8 ... 2,5 0,8 ... 2,5
Fraisage à queue cylindrique
Matière de coupe
HSS Car-bure
HSS Car-bure
HSS Carbure Carbure Carbure HSS Carbure
vc [m/min] 15 ... 17 46 ... 50
5 ... 6 18 ... 20 3,6 ... 6 14 ... 15 3,6 ... 6 14 ... 15 2 ... 3,6 8 ... 15
fz [mm/Z] 0,03 ... 0,073)
0,03 ... 0,073)
0,03 ... 0,063)
0,03 ... 0,043)
0,03 ... 0,063)
0,04 ...0,053)
0,03 ... 0,063)
0,04 ...0,053)
0,01 ...0,053)
0,03 ...0,043)
0,07 ... 0,104)
0,07 ... 0,104)
0,06 ... 0,074)
0,03 ... 0,044)
0,05 ... 0,074)
0,05 ...0,064)
0,05 ... 0,074)
0,05 ...0,064)
0,05 ...0,073)
0,03 ...0,054)
ae [mm] d/2 – d/4 d/2 – d/4 d/2 – d/4 d/2 – d/4 d/2 – d/4
1)2)3)4)
Pour le procédé de tournage, l'avance f [mm] remplace l'avance par dentCarbure de nuance KPour diamètre de fraise de 10 à 18 mmPour diamètre de fraise de 25 à 50 mm
Tableau 1.21 Classification des alliages à base de nickel et valeurs indicatives pour l'usinage
75
Matières
Les alliages à base de nickel font généralement partie des matières difficilement usina-bles. Pour les alliages durcissables par précipitation, la finition ne devrait être effectuéequ'à l'état durci. Les alliages de fonderie sont difficilement usinables en raison de lastructure à gros grain et de la faible résistance des joints de grains. Pour la qualité d'étatde surface, les particules de matière produites et les fissures des joints de grains posentsouvent problème.
Les alliages à base de nickel exigent, en raison de la température de coupe élevée en ré-sultant, un usinage avec des outils optimisés et à arêtes vives, en carbure ou céramique.Etant donné que ces alliages s'encrassent souvent fortement lors de l'enlèvement de co-peaux et tendent à la formation d'arêtes rapportées par les vitesses de coupe désormaisproportionnellement faibles, les outils devraient posséder un angle de coupe γ relative-ment important (env. 5 à 15°) et d'un angle de dépouille α suffisant (6 à 10°).
3.6 Alliages à base de cobalt
Les alliages à base de cobalt sont utilisés comme matériaux de construction en raisonde leur bonne résistance à la chaleur et à l'oxydation à chaud pouvant aller jusque950 °C. Etant donné les ressources limitées du cobalt, la tendance va à l'utilisation d'allia-ges à base de nickel avec ou sans cobalt (p. ex. Nimonic), par ex. dans la construction demécanismes d'entraînement.
Les alliages à base de cobalt sont actuellement utilisés dans de nombreux secteurs indus-triels (stellite) pour le revêtement de surfaces de pièces fortement sollicitées (p. ex. matri-ces d'estampage). Les principaux éléments d'alliage sont le fer et le carbone (jusqu'à 1%),mais également d'autres métaux réfractaires tels que le chrome, le nickel, le tungstène, letantale et le niobium.
Des données comparatives concernant l'usinabilité des alliages à base de cobalt n'exis-tent que dans une moindre mesure. En général, ces alliages doivent être usinés le pluspossible à l'état durci ou les alliages non durcissables à l'état étiré à froid.
Les carbures de la nuance K sont généralement utilisés comme nuances de coupe. Pourl'usinage de la stellite, le CBN est de plus en plus utilisé grâce à la possibilité de vitesses decoupe accrues. Le tournage est dans ce caspossible à une vitesse de coupe trois foisplus élevée pour une durée de vie similaire.Pour le fraisage, il convient d'utiliser desoutils à denture oblique pour améliorer l'usi-nage. Pour percer, la taille du chanfrein nereprésente que la moitié de celle des foretscourants en raison de la forte charge del'outil dans la zone des arêtes transversales.Des affûtages spéciaux (p. ex. affûtage encroix) doivent être prévus. Des huiles de cou-pe contribuent dans ce cas particulièrementà l'usinabilité de ces alliages. L'alésage doitêtre évité en raison de l'écrouissage associé.
Figure 1.20 Matrice d'estampage avec couche de protection contre l'usure (stellite) sur les arê-tes fortement sollicitées
76
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Le tableau ci-dessous présente des valeurs indicatives types dépendant du procédé pourle travail par enlèvement de copeaux d'alliages à base de cobalt.
4 Plastiques
4.1 Classification des plastiques
Les plastiques sont classés en fonction deleur structure, des propriétés en résultant etde leur comportement à l'échauffement.
L'on distingue généralement trois compor-tements types des plastiques :
V Comportement thermoplastique (leplastique devient ductile à hautetempérature – thermoplastiques ouplastomères),
V Comportement thermodurcisseur (leplastique se décompose à hautetempérature sans devenir ductile aupréalable – résines thermodurcissables)
V Comportement élastomérique (leplastique présente déjà à températureambiante un comportement caout-chouc élastique – élastomères).
Procédé Matière de coupe
Vitesse decoupevc [m/min]
Avance par dentfz [mm/Z] 1)
Profon-deur de coupeap [mm]
Lubrifiant
Tournage HSS 3 ... 8 0,1 ... 0,3
0,2 ... 2,0
Emulsion
ou huile de coupe contenant du soufre
Carbure 2) 8 ... 15 0,1 ... 0,3
CBN 15 ... 30 0,1 ... 0,3
Fraisage HSS 3 ... 7 0,1 ... 0,2
Carbure 2) 7 ... 12 0,1 ... 0,2
CBN 10 ... 20 0,1 ... 0,2
Perçage Carbure 2) 3 ... 6 0,05 ... 0,12 – Huile de coupe con-tenant du soufre
1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent
2) Carbure de nuance K
Tableau 1.22 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage d'alliages à base de cobalt
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Figure 1.21 Aperçu de polymères
77
Matières
4.2 Thermoplastiques
Les thermoplastiques se présentent sous la forme de polymères amorphes et partielle-ment cristallins. Ils se composent de macromolécules linéaires ou ramifiées, s'amollissentà l'échauffement de manière répétée jusqu'à la fusion et se solidifient par refroidisse-ment. Les thermoplastiques sont soudables. Des produits semi-finis en thermoplastiquesdurs peuvent largement être formés à chaud. Suivant le domaine d'application, les ther-moplastiques se divisent en :
V « plastiques de masse », par ex. V polyéthylène (PE), polystyrène (PS), poly-
chlorure de vinyle rigide ou souple (PVC-H, PVC-W) et polypropylène (PP), polycarbonate (PC),
V plastiques techniques, tels quepolyamide (PA), polyoxyméthylène (POM),
V polymères hautes performances, tels que lepolyacryléthercétone (PAEK)
D'autres thermoplastiques importants sont, parex., le polyméthylméthacrylate (PMMA – verreacrylique, Plexiglas) et le polytétrafluoréthylène(PTFE – Teflon).
4.3 Résines thermodurcissables
Si les résines thermodurcissables sont chauffées, leur comportement mécanique nechange que modérément. Ces plastiques ne sont pas réticulés avant le traitement (géné-ralement liquides) et durcissent ensuite par chauffage ou adjonction d'un durcisseur sousleur forme définitive. Ils deviennent alors particulièrement résistants à la chaleur et auxproduits chimiques et ne sont plus ductiles. Le phénomène n'est pas reproductible. Ilssont plus durs et plus cassants que les thermoplastiques.
Les résines thermodurcissables ne sont pas soudables, solubles sous la forme durcie dansdes solvants organiques et parfois gonflables. Les produits en amont thermodurcissablessont d'une part disponibles comme «matières à mouler» pour traitement via la fusion,puis durcissement thermique, d'autre part, comme «résines composites ou à couler», li-quides qui peuvent être traitées à température ambiante et durcies catalytiquement.
Exemples de résines thermodurcissables :
V résines phénoliques (PF), amino-résinesV résines polyuréthane (PUR)V résines époxy (EP), souvent renforcées de fibres de verre, transformées en plastiques
renforcés de fibres de verre (GFK, cf. section 4.6.1, chapitre Matières)V résines polyester insaturées (UP) – résines à couler
4.4 Elastomères
Les élastomères sont des plastiques qui se caractérisent par une grande élasticité au seind'une large plage de températures. En fonction du type, ils sont plus ou moins élastiquesdurs ou tendres. Après l'allongement, l'élastomère reprend quasi complètement son étatainsi que sa longueur d'origine.
Figure 1.22 Pièce de pompe
78
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Le traitement des élastomères précède généralement la réticulation à l'état plastiquesous adjonction d'un agent de vulcanisation ou d'un accélérateur de réticulation.Exemples :
V Caoutchouc naturel (NR)V Caoutchouc chloroprène (CR)V Caoutchouc acrylonitrile-butadiène (NBR)V Terpolymère d'éthylène-propylène-diène (EPDM)V Caoutchouc styrène-butadiène (SBR)
4.5 Elastomères thermoplastiques (TPE)
Les élastomères thermoplastiques sont des polymères transformables thermoplastique-ment avec des propriétés élastomériques. Ils ne sont pas réticulés chimiquement. Les TPEsont généralement des copolymères en masse avec des zones «dures» et «tendres». Au-delà d'une température déterminée par la structure chimique, ces polymères sont ther-moplastiquement aptes au fluage.
4.6 Plastiques renforcés de fibres
Les matériaux composites sont composés de plusieurs matériaux, constituant un seulmatériau. Les propriétés désirées des différents matériaux sont ainsi réunies dans un seulmatériau.
La matière qui dans l'assemblage permet une augmentation de la résistance ou de la du-reté, s'appelle renfort, l'autre matière, qui assure la cohésion du corps, s'appelle matrice ouliant. Si le renfort est composé de fibres, il s'agit de matériau composite renforcé de fibres.
Grâce au renforcement, les matériaux composites sont améliorés sur le plan de la résis-tance, rigidité et dureté. En outre, il est également possible d'augmenter en fonction dela combinaison, d'autres propriétés, telles que la conductibilité thermique et électrique,la thermorésistance et la résistance à l'usure. L'effet renforçateur des fibres ainsi que lespropriétés mécaniques du matériau composite sont déterminés d'une part par la lon-gueur, le diamètre et la structure chimique des fibres, et d'autre part par la quantité et laposition des fibres.
Tous les thermoplastiques et résines durcissables peuvent être utilisés comme matrice,dont les élastomères et les dispersions. Dans la catégorie des thermoplastiques, le poly-propylène (PP) et le polyamide (PA) ainsi que PC, PS, PE sont essentiellement utilisés. Pourles résines thermodurcissables, les résines époxy (EP), polyester, de silicone et d'ester devinyle sont essentiellement utilisées en raison de leurs propriétés mécaniques et électri-ques exceptionnelles ainsi que leurs excellentes propriétés de mouillage.
Un grand avantage des matériaux composites fibreux réside dans le fait que l'utilisateurpeut former une matière spécialement pour son application grâce à une intégration ap-propriée des fibres dans la matrice. Outre le verre, fibre classique, les fibres de carbone,comparativement plus onéreuses, sont essentiellement ajoutées au polymère de base.
79
Matières
4.6.1 Plastiques renforcés de fibres de verreLes plastiques renforcés de fibres de verre sont essentiellement composés des résinesthermodurcissables polyester ou époxy ainsi que de fibres de verre. Etant donné la mani-pulation difficile des différentes fibres de verre (densité réduite), on peut les retrouversous forme d'écheveaux (rovings), tissées, nattées ou en couche. Pendant la fabricationdes pièces moulées, le plastique est liquide, puis durci.
Les propriétés des plastiques sont déterminées par la résine utilisée et le type de fibres deverre, par le pourcentage de fibres de verre sur le volume global ainsi que par leur dispo-sition. La résistance augmente parallèlement à la teneur en fibres et l'orientation des fi-bres dans un sens donné.
Type de renfort Teneur en verre [poids-%] Module d'élasticité [N/mm2]
Fibre de verre-natté 25 6000
35 8000
45 10000
Fibre de verre-tissé 45 12000
55 16000
65 20000
Fibre de verre-roving 75 40000
Tableau 1.23 Relation entre le module d'élasticité de la teneur en verre et le type de renfort pour les résines polyester renforcées de fibres de verre
Figure 1.23 Disque de compresseur CFK
80
MANUEL D¥USINAGE GARANT
4.6.2 Plastiques renforcés de fibres de carbone (CFK)Les pièces en plastique renforcé de fibres de carbone se composent d'une fibre thermo-résistante, très dure et déterminant la résistance (renforts) basée sur du carbone, qui estintégrée dans une matrice ductile présentant une résistance moindre à la température.Les différentes fibres de carbone peuvent ensuite être associées de diverses manières auxmatrices polymères en question. Cela engendre une diversité de combinaisons de matiè-res avec des propriétés partiellement très différentes l'une de l'autre. Ces matières sontrésumées sous l'abréviation «CFK».
Pour utiliser de manière optimale les propriétés exceptionnelles, les fibres de carbonesont aujourd'hui normalement utilisées comme filament, pour une teneur volumétriqueen fibres de 50 à 65%.
D'abord, les plastiques renforcés de fibres de carbone sont utilisés dans le secteur de lal'aéronautique (p. ex. boîtiers de dérives, entretoises, volets de freinage) ou égalementdans la construction mécanique, où des tâches doivent être remplies, telles que la réduc-tion de l'inertie de masse ou un bon comportement d'amortissement (composants mé-caniques hautement dynamiques). Ces matières sont également utilisées dans le secteurdes loisirs et des articles de sport (p. ex. raquettes de tennis, planches de surf, cadres devélos).
4.7 Identification, propriétés et désignations des plastiques
L'identification des plastiques en fonction de caractéristiques externes est essentielle-ment plus difficile que celle des métaux. Les métaux ont une couleur propre caractéristi-que, contrairement aux plastiques en raison de leur aptitude à la coloration avec différen-tes couleurs.
Le tableau ci-dessous dresse un aperçu de quelques caractéristiques permettant d'identi-fier les plastiques.
Abré-viation
Désigna-tion
Exemples de marques et de noms com-merciaux
Apparence Propriétés mécaniques
Evaluation du comportement au feu Odeur des vapeurs
Inflammable Type et couleur de la flamme
Thermoplastiques
PAPA 6PA 66
Polya-mide
Nylon, Grilon, Grilamid, Aku-lon, Ultramid, Trogamid, Ves-tamid
Blanc lai-teux
Dur, résis-tant, épais
S'enflamme diffici-lement, crépite, dégoutte, file, con-tinue à brûler une fois enflammé
Bleuâtre, con-tour jaune
Corne brûlée
PC Polycar-bonate
Macrolon, Lexan, Plasto-carbon
Fume, brûle dans la flamme, s'éteint à l'extérieur
Incandescent Phénol
PE Polyé-thylène
Ertalene, Hos-talen, Lupolen
Laiteux, translucide
Ductile et flexible
Dégoutte en étant brûlant
Jaune avec cœur bleu
Paraffine
Tableau 1.24 Caractéristiques d'identification des plastiques
81
Matières
PMMA Poly-méthylmétha-crylate
Plexiglas, Pers-pex, Diakon, Lucite
Incolore, clair comme le verre
Résistant, incassable
Crépite, continue à brûler une fois enflammé
Incandescent Fruité, douceâtre
POM Polyoxy-méthyle
Delrin, Ertace-tal, Polyfyde
Brûle, dégoutte, continue à brûler une fois enflammé
Bleu clair Form-aldéhyde âcre
PTFE Polytétrafluor-éthylène
Teflon, Hosta-flon, Fluon
Blanc lai-teux, opa-que
Résistant et épais
Charbonne Acre
PP Polypro-pylène
Hostalen PP, Vestolen, Lupa-ren
Dégoutte en brû-lant, continue à brûler une fois enflammé
Jaune avec cœur bleu
Paraffine
PS Polysty-rène
Trolitul, Sty-ron, Styropor
Incolore, clair comme le verre
Dur et cas-sant
Fume beaucoup(flocons)
Jaune vif et vacillante
Styrol, douceâtre
PVC Poly-chlo-rure de vinyle
Vestolit ten-dre, Mipolam tendre, Soflex, Hostalit, Vin-nol, Vinoflex
Trouble, translucide, incolore
Dur et résis-tant
Fume Jaune vif Acre après acidechlor-hydrique
Résines thermodurcissables
EP Résines époxy
Araldit, Grilo-nit, Epikote, Trolon
Incolore translucide jusqu'à jau-nâtre
Dur et épais Fume, continue à brûler une fois enflammé
Jaune Indéfinis-sable selon le durcisseur
MF Formal-déhyde-mélamine
Madurit, Melan, Supraplas
Charbonne, bords blancs, peu enflam-mable ou brûle dans la flamme, s'éteint à l'extérieur
S'éteint Odeur de poisson, lait brûlé
PF Résines phénoli-ques, amino-résines
Bakélite, Duro-phen, Novolac
Jaunâtre à brun
Dur, cassant
Fume, peu enflam-mable ou brûle dans la flamme, s'éteint à l'extérieur
S'éteint Phénol
PUR Polyuré-thane réticulé
Vulkollan, Con-tilan, Moltop
Incolore translucide jusqu'à jau-nâtre
Tenace à caoutchouteux
Mousse, continue à brûler une fois enflammé
Jaune incan-descent
Acre
UP Polyes-ter insa-turé
Leguval, Vesto-pal, Artrite, Acrest
Jaunâtre à brun
Dur, cassant
Fume, continue à brûler une fois enflammé
Jaune vif Styrol, fort
Abré-viation
Désigna-tion
Exemples de marques et de noms com-merciaux
Apparence Propriétés mécaniques
Evaluation du comportement au feu Odeur des vapeurs
Inflammable Type et couleur de la flamme
Tableau 1.24 Caractéristiques d'identification des plastiques
82
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Le comportement à la chaleur permet de distinguer les résines thermodurcissables desthermoplastiques. Les propriétés des premières ne changent généralement pas sous l'ef-fet de la chaleur. En revanche, les thermoplastiques voient leurs propriétés mécaniqueschanger, ils s'amollissent et commencent à couler, généralement longtemps avant la dé-composition.Le graphique suivant montre la modification de résistance des plastiques lors du chauffage.
La figure 1.25 dresse un aperçu de la résistance et de la rigidité des différents matériauxmétalliques et des plastiques. Si l'on prend en considération des valeurs du moduled'élasticité, il apparaît que la découpe des plastiques est encore moins bonne par rapportà la résistance. Leur module d'élasticité est, par exemple, bien inférieur à celui de l'alumi-nium. En raison du faible module d'élasticité, il convient de compter, particulièrement enprésence de sollicitations à la flexion et au flambage, sur d'importantes déformations parrapport aux métaux.
Dans de nombreux cas, un manque de rigidité ou la déformabilité en résultant ne joue tou-tefois pas un rôle critique. Les plastiques supportent un travail de déformation élevé et pré-sentent à cet égard un bon comportement d'amortissement (l'amortissement des plasti-ques est de 9 à 10 fois plus important que celui des métaux). Cet aspect est notammentdécisif pour la réduction du bruit en présence de pièces mobiles (p. ex. roues dentées).
Figure 1.25 Résistance et rigidité de différents matériaux
1 121 123 124 125 126 127
121
123
124
125
126
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Figure 1.24 Modification de la résistance des plastiques sous l'effet de la chaleur
62 122 162
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83
Matières
En raison de l'orientation adaptée des fibres dans les pièces moulées, les caractéristiquesmécaniques ne sont comparables entre elles que de manière limitée. La figure 1.26 ci-dessous présente la résistance spécifique par rapport au potentiel de construction légère,qui est obtenu par le quotient du module d'élasticité et de la densité au cube. Pour unerésistance spécifique comparable, la variation des fibres utilisées permet d'obtenir d'im-portantes augmentations du potentiel de construction légère.
4.8 Usinabilité des plastiques
4.8.1 Usinabilité des thermoplastiques et des résines thermodurcissablesComparativement aux métaux, les plastiques présentent une excellente usinabilité. Lespropriétés matérielles des plastiques permettent toutefois de dégager quelques particu-larités, décrites ci-après.
En raison de la mauvaise conductibilité thermique et des températures de fusion relative-ment basses de la plupart des plastiques, il convient de veiller à ce qu'une quantité mini-male de chaleur se dégage lors de l'usinage et qu'elle soit transférée à la pièce à usiner.Pour éviter les conséquences d'une sollicitation thermique excessive (décoloration, fontede la surface, étirage) du plastique, il convient de respecter les critères suivants :
V Les arêtes de l'outil doivent toujours être bien affûtées et en parfait état.V L'angle de dépouille doit être suffisamment important pour que seuls les tranchants
reposent sur la pièce pour éviter tout frottement (cf. également tableau 1.24).V Veiller à une bonne évacuation des copeaux pour éviter toute accumulation de
chaleur.V Les lubrifiants ne sont normalement pas nécessaires, mais ils peuvent être utilisés en
cas de fort dégagement de chaleur et pour l'évacuation des copeaux (p. ex. lors duperçage et du taraudage). [13] Les lubrifiants courants ou des émulsions de perçagepeuvent être utilisés. Pour les plastiques tendant à la formation de fissures decontrainte, par ex. PC, il convient plutôt d'utiliser de l'eau ou de l'air comprimé pour lerefroidissement.
Figure 1.26 Classification de différentes matières à mouler selon la résistance spécifique et le potentiel de construction légère
1 2 3 4 5 6 7
250
200
150
100
50
0
Thermo-plastiquesrenf. tissu
GF / PA
Potentiel de construction légère en GPa * (cm3/g)3
Rési
stan
ce s
péc
if. e
n M
pa
* cm
3 /g
LFTCF / PP
LFTCF / PA
LFTGF / PA
GMT et LFTGF / PP
LFT ... Thermoplastiques renfor. fibres longuesGMT ... Thermoplastiques renfor. nattes verre
Combinaisons de matière des granulats:
GF/PA Fibre de verre / Polyamide - MatriceGF/PP Fibre de verre / Polypropylène - M.CF/PA Fibre de carbone / Polyamide - M.CF/PP Fibre de carbone / Polypropylène - M.
84
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Concernant les machines à utiliser, les découpes, lattes et profilés longs ou grosses ébau-ches sont de préférence fabriqués sur des machines à travailler le bois. Pour la fabricationde pièces fraisées ou tournées, les machines-outils ont fait leurs preuves pour l'usinagedes métaux légers.
Les plaquettes en carbure et les outils en HSS courants sont particulièrement appropriéscomme outils de coupe pour l'usinage. La dureté relativement faible ne pose aucune exi-gence particulière quant à la qualité des matières de coupe. La géométrie de coupe exis-tant pour l'usinage du métal et du bois est utilisable sans problème. Une usure des arêtesde coupe est à peine perceptible dans ces conditions et la durée de vie est ainsi quasi illi-mitée.
Les efforts de coupe présents sont nettement plus faibles que lors de l'usinage du métal.Ainsi, même des forces de serrage plus faibles suffisent. Des forces de serrage trop éle-vées engendrent souvent des déformations des pièces (important notamment pour lespièces minces).
Les tolérances d'usinage pour les pièces en thermoplastique sont nettement plus impor-tantes que celles appliquées aux pièces métalliques. Les raisons résident dans les coeffi-cients de dilatation thermique généralement importants des plastiques, les modifica-tions de volume dues à l'absorption d'humidité et les déformations issues de la libérationde tensions résiduelles survenant pendant l'usinage.
Tour-nage
Fraisage Perçage Sciage
Scie à ruban Scie circulaire
Matière de coupe HSS HSS HSS HSS Carbure HSS Car-bure
Angle de dépouille α [°]
5 ... 15 5 ... 15 3 ... 10 30 ... 40 10 ... 15 30...40 10...15
Angle de coupe γ [°] 0 ... 10 10 ... 15 3 ... 5 0 ...8 5 ... 8 0 ... 5
Angle de direction de l'outil κr [°]
45 ... 60 – – – –
Angle au sommet du foret σ [°]
– – 60...90 (110) – –
Pas T [mm] – – – 2 ...8
Vitesse de coupe vc [m/min]
200 ... 500 400 ... 800 50 ... 100 50 ... 500 1000 ... 3000
Avance [mm/tr] 0,1 ... 0,51) 0,052) 0,1 ... 0,5 – –
1) ... Profondeur de coupe ap jusqu'à 6 mm2) ... Avance par dent [mm/Z]
Tableau 1.25 Géométrie d'outil, vitesses de coupe et avances pour l'usinage des plastiques
85
Matières
Le taraudage est possible sans problème avec des outils courants. L'angle de coupe de 0°ne doit pas être dépassé. Les pas peuvent toutefois être endommagés en cas de desser-rage fréquent des vis. Les vis autotaraudeuses (petites vis à tôle) ont fait leurs preuvespour les raccords rarement à desserrer.
4.8.2 Usinabilité des plastiques renforcés de fibres (FVK)Comme tâches d'usinage types dans le domaine des matériaux composites fibreux, ci-tons notamment les travaux de finition et la réalisation de surfaces fonctionnelles. Limitéspar la multiplicité des combinaisons possibles de fibres et de matrices en relation avec lesfacteurs d'inflluence spécifiques au composite, quelques aspects ne peuvent générale-ment être considérés pour l'usinage qu'en combinaison avec une variante du matériaucomposite.
Contrairement aux résines durcissables, qui demeurent à l'état solide jusqu'à leur tempé-rature de décomposition, les thermoplastiques s'amollissent à partir d'une températurede 200 °C. Dans ce cas, la température déjà basse de la matrice continue à diminuer. Enoutre, la matière de matrice fondue peut entraîner des collages sur les tranchants del'outil, qui en augmentent alors l'usure.
Comparé aux tissus en fibres, l'usinage de feuilles renforcées de nattes de fibres est trèsaisé. Alors que pour les nattes, seule la résistance à la traction et à la flexion des fibres doi-vent être surmontés, la structure textile des tissus vient s'ajouter comme élément de ren-forcement. Les matières de coupe offrent une résistance élevée à l'usure abrasive et doi-vent donc être utilisées pour l'usinage de plastiques renforcés de fibres. Parmi lesmatières de coupe, citons les carbures (nuances K), le nitrure de bore cubique (CBN) et lediamant polycristallin (PCD) (cf. également chapitre Principes de base).
Les carbures possèdent une grande flexibilité concernant leur géométrie d'outil et leurfabrication est économique, mais leur durée de vie lors de l'usinage de plastiques renfor-cés de fibres est généralement bien plus courte que celle du diamant polycristallin. Grâceà sa dureté nettement plus élevée que celle du carbure et du nitrure de bore cubique etsa conductibilité thermique, cette matière de coupe est privilégiée pour l'usinage deplastiques renforcés de fibres. En raison des coûts d'achat comparativement élevés duPCD, les outils en carbure revêtus de diamant représentent une alternative.
Parmi les formes d'usure, citons notamment l'usure des faces de dépouille, le chanfreina-ge des arêtes et, dans une moindre mesure, l'usure en cratère lors de l'utilisation de car-bure non revêtu (cf. également chapitre Principes de base). Le carbure non revêtu s'usefortement en raison de l'importante charge abrasive, ce qui accroît les surfaces de frotte-ment entre la pièce et l'outil. Ceci engendre une augmentation de la température d'usi-nage et une décomposition de la matrice de plastique. Les outils en diamant ou revêtusde diamant s'usent par chanfreinage des arêtes et des microcassures jusqu'à la « mort »du tranchant par éclats sur une grande surface.
Concernant la géométrie de coupe de précision, il convient de respecter une légère ru-gosité des arêtes et un petit rayon d'arête. En raison de la forte caractéristique cassantedes fibres de carbone et de verre, les géométries d'outil peuvent quasi correspondre àcelles des outils utilisés pour l'usinage des métaux (cf. également tableau 1.25).
86
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Pour le fraisage de pièces en fibres longues droites orientées, il convient d'utiliser des frai-ses à deux dents non hélicoïdales avec des dents très affûtées, dans la mesure où seulsces outils permettent une découpe propre des fibres. Un angle de bec β d'env. 75° pourun angle de coupe γ de 0° se sont avérés des angles de travail favorables. Une diminutionde l'angle de coupe, et donc un arêtes plus affûtée, n'est avantageuse qu'à court terme,qui agit contre une usure accrue.
Comparé aux métaux, les efforts de coupe sont très faibles. La qualité d'usinage dépendtoutefois fortement de l'orientation des fibres. En principe, il convient de signaler les diffi-cultés liées à la matière lors de l'usinage de CFK, qui résultent de l'inhomogénéité de lastrucutre de la matière et de la forte abrasivité des fibres de carbone. Il en résulte un com-portement d'usinage très différent de l'usinage du métal. Dans le cas des fibres de carbo-ne, le comportement à la rupture (cassant) et très dur influence l'usinabilité.
Tournage Fraisage Perçage Sciage
Scie à ruban
Scie circulaire
Matière de coupe Carbure / PCD
Carbure / PCD
Carbure / PCD
Carbure / PCD
Carbure / PCD
Angle de dépouille α [°] 5 ... 10 5 ... 10 6 ... 8 25 ... 40 10 ... 15
Angle de coupe γ [°] 10 ... 15 5 ... 15 6 ... 10 0 ... 8 0 ... 15
Angle de direction de l'outilκr [°]
45 ... 60 – – – –
Angle au sommet du foret σ [°] – – 90 ... 120 – –
Pas T [mm] – – – 4 ... 6 8 ... 25
Vitesse de coupevc [m/min]
... 400 1000 ... 1500 100 ... 120 300 1000 ... 3000
Avance [mm/tr] 0,05 ... 0,51) 0,052) 0,1 ... 0,3 – –
Remarque : toutes les valeurs doivent être considérées à titre indicatif uniquement. Les paramè-tres de coupe dépendent dans une large mesure du type et de l'orientation des fibres.
1) ... Profondeur de coupe ap jusqu'à 10 mm2) ... Avance par tranchant [mm/Z]
Tableau 1.26 Géométrie d'outil, vitesses de coupe et avances pour les plastiques renforcés de fibres
87
Matières
5 Evaluation des propriétés par essai de dureté des matières
Dans tous les procédés, les duretés sont indiquées par des valeurs chiffrées pures, sansunités. Le symbole de la méthode d'essai remplace l'unité de mesure derrière le chiffre.Parfois, les indications de dureté sont accompagnées de l'unité N/mm2. Cette méthoded'écriture n'est pas conforme aux méthodes d'essai de dureté DIN couramment utilisées.
5.1 Essai de dureté des métaux
5.1.1 Procédures d'essai de dureté statiquesDans les procédures statiques, la charge est appliquée sans à-coups pendant un certaintemps sur l'échantillon. Après la décharge, l'empreinte permanente est mesurée.
Désignation Norme Symbole Description Utilisation
Mesure de la surface de l'empreinte
MéthodeBRINELL
DIN EN ISO6506-1
HB Détermination du dia-mètre de l'empreinte d'une bille en carbure
Uniquement pour les matières tendres,duretés maximales de 450 HB
MéthodeVICKERS
DIN ISO 4516,DIN EN ISO6507-1
HV Détermination de la dia-gonale de l'empreinte d'une pyramide de dia-mant
Utilisation universelle Pour matières tendres, très dures, couches et piè-ces mincesDuretés entre 3 HV (p. ex. plomb), 1800 HV (carbure) et 3599 HV (CBN)
Mesure de la profondeur de l'empreinte
Méthode ROCKWELL B
DIN EN ISO6508-1
HRB Détermination de la pro-fondeur de l'empreinte d'une bille en carbure
Pour les matières de dureté moyenne, p. ex. aciers avec une faible teneur en carbone ou laitonDuretés entre 35 et 100 HRB
Méthode ROCKWELL C
HRC Détermination de la pro-fondeur de l'empreinte d'un cône de diamant
Essentielement pour aciers trempés et revenus Très répandu pour le con-trôle d'uniformité des trai-tements thermiques Valeurs admissibles entre 20 et 70 HRC
Tableau 1.27 Méthodes d'essai de dureté des métaux suivant DIN
88
MANUEL D¥USINAGE GARANT
5.1.2 Comparaison des duretés
Ne sont exactement comparablesque les duretés calculées à l'aide dumême procédé et dans les mêmesconditions. Une comparaison desduretés de méthodes différentes estéventuellement admissible pour lesmatières similaires. La figure 1.27 meten parallèle les échelles de valeursde 4 méthodes courantes. Cette pré-sentation concerne les aciers et cor-respond aux tableaux comparatifsde dureté suivant la norme DIN.
La norme DIN 50 150 prévoit égale-ment pour l'acier une évaluation dela résistance à la traction selon la du-reté Vickers. Pour les matières pré-sentant une dureté comprise entre80 et 650 HV, la résistance à la trac-tion Rm (en N/mm2) est en moyennela suivante :
(Eq. 1.2)
Le facteur c pour l'évaluation de la résistance à la traction Rm généralement proposé est :
c ≈ 3,5 pour l'acierc ≈ 5,5 pour le cuivre et les alliages de cuivre recuitsc ≈ 4,0 pour le cuivre et les alliages de cuivre travaillés à froidc ≈ 3,7 pour l'aluminium et les alliages d'aluminium
5.2 Essai de dureté des plastiques
Les principaux essais de dureté des plastiques se basent, comme pour les métaux, surl'évaluation de la dureté à la pénétration. Les essais utilisés pour les plastiques sont déri-vés de ceux développés à l'origine pour les métaux.
5.2.1 Dureté à la pénétration de la bille pour les plastiques dursComparé aux métaux, les plastiques possèdent un composant de déformation visco-élas-tique important. Si le pénétrateur est ôté, la part élastique de la déformation diminuemomentanément, puis la part visco-élastique diminue progressivement. Ainsi, la profon-deur de l'empreinte mesurée (ou la dureté calculée) dépendrait non seulement du tempsde charge, mais également de la durée écoulée après la décharge.
Rm c HV (oder HB)⋅=
Figure 1.27 Comparaison des duretés suivant DIN 50 150
89
Matières
Pour les plastiques, il est donc préférable de charger le pénétrateur pendant un certaintemps, puis de mesurer la profondeur d'empreinte totale sous charge (élastisque, visco-élastique et viscosité). Ce principe permet de calculer tant la dureté Rockwell κ modifiéeque la dureté à la pénétration de la bille courante (DIN 53456).
Il convient de tenir compte du fait que les résultats des méthodes d'essai qui permettentde calculer l'empreinte totale (dureté Rockwell, dureté à la pénétration de la bille) nepeuvent pas être comparés aux résultats ayant pour fondement l'empreinte permanente(duretés ROCKWELL, BRINELL, VICKERS). Il s'agit là de deux méthodes d'essai tout à faitdifférentes.
Le tableau suivant présente la dureté à la pénétration de la bille de différents thermoplas-tiques et résines durcissables. A titre comparatif, la dureté BRINELL de quelques métauxest indiquée.
Groupe de matièresGARANT
Symbole Plastique Dureté à la pénétra-tion de la bille [N/mm2]
Thermoplastiques
21.0 PA 6/6 Polyamide 60 à 80
PE de faible densité Polyéthylène 14 à 20
PE de haute densité Polyéthylène 18 à 30
PP Polypropylène 65 à 80
PS Polystyrène 110
PVC dur Polychlorure de vinyle 120
Résines thermodurcissables
21.1 EP Résine époxy 150 à 180
PF (pièces moulées) Résine phénolique 130
UP Résine polyester 130 à 200
Métaux
17.0 Alliages d'aluminium 900 à 1100
19.1 et 19.2 Laiton 700 à 1400
19.3 à 19.6 Bronze 600 à 1800
15.0 à 15.3 Fonte 1400 à 2400
10.0 à 10.2 Acier trempé 1300 à 2500
Tableau 1.28 Dureté à la pénétration de la bille de différents plastiques et métaux
90
MANUEL D¥USINAGE GARANT
5.2.2 Dureté Shore pour les plastiques tendresSimple, mais pas toujours précis, l'essai de dureté Shore (DIN 53505) est généralementutilisé pour les plastiques tendres ou similaires au caoutchouc. Il emploie une pointe enacier comme pénétrateur (forme A, C ou D). La profondeur de l'empreinte est lue surun comparateur (dureté Shore de zéro = pas de résistance, c.-à-d. empreinte maximale,à 100 = résistance très élevée, c.-à-d. pas d'empreinte).
Une conversion précise et une classification des valeurs mesurées et des échelles de du-reté en fonction des différentes méthodes d'essai sont impossibles. Le tableau suivantprésente toutefois à des fins indicatives une comparaison des duretés.
Dureté Shore forme A (cône tronqué) DIN 53505
Dureté Shore forme C(cône tronqué) DIN 53505
Dureté Shore forme D (cône) DIN 53505
Dureté ROCKWELL κForme BASTM D 785
Dureté à la péné-tration de la bille [N/mm2] DIN 53456
De préférence pour les plasti-ques tendres
Pour les plastiques tendres, mais proportion-nellement plus rigides, notamment pour affi-ner la différenciation des duretés
De préférence pour les plastiques durs
40 – – – –
45 – – – –
50 – – – –
55 – – – –
60 – – – –
65 – 17 – –
70 36 22 – –
75 43 28 – –
80 50 30 – 4,8
85 57 34 – 6
90 65 38 – 8,5
– 70 43 – 11
93 75 48 – 13
– 80 51 – 15
– 85 53 – 18,5
– 90 55 – 20
– – 57 – 25
– – 59 46 30
– – 61 – 35
– 95 64 – 40
Tableau 1.29 Mise en parallèle des duretés
91
Matières
– – 67 – 45
– – 71 85 50
– – 74 88 60
– – 77 90 70
– – 80 93 80
– – 83 96 90
– – 86 97 100
– – 90 100 120
– – – 103 140
– – – 106 160
– – – 109 180
– – – 113 200
– – – 117 220
– – – 122 240
Dureté Shore forme A (cône tronqué) DIN 53505
Dureté Shore forme C(cône tronqué) DIN 53505
Dureté Shore forme D (cône) DIN 53505
Dureté ROCKWELL κForme BASTM D 785
Dureté à la péné-tration de la bille [N/mm2] DIN 53456
De préférence pour les plasti-ques tendres
Pour les plastiques tendres, mais proportion-nellement plus rigides, notamment pour affi-ner la différenciation des duretés
De préférence pour les plastiques durs
Tableau 1.29 Mise en parallèle des duretés
92
MANUEL D¥USINAGE GARANT
Sommaire
Usinabilité 941.1 Processus de formation des copeaux 94
1.1.1 Modèle de formation de copeaux 941.1.2 Fragmentation du copeau 951.1.3 Types de copeaux 961.1.4 Formes de copeaux 971.1.5 Formation d'arêtes rapportées 100
1.2 Usure de l'outil 1011.2.1 Causes de l'usure 1011.2.2 Formes d'usure 1021.2.2.1 Usure en dépouille 1021.2.2.2 Usure en cratère 1031.2.2.3 Déformation plastique 1041.2.2.4 Usure en entaille 1041.2.2.5 Fissuration de l'arête de l'outil 1051.2.2.6 Bris d'arête 106
1.3 Paramètres de vie de l'outil – Durée de vie 1071.3.1 Diagramme et équation de durée de vie 1071.3.2 Facteurs influençant la durée de vie 109
1.4 Effort de coupe et critères de performances 1121.4.1 Effort de coupe 1121.4.1.1 Composantes de l'effort de coupe 1121.4.1.2 Effort de coupe et effort de coupe spécifique 1141.4.1.3 Facteurs influençant l'effort de coupe et l'effort de
coupe spécifique 1191.4.1.4 Efforts d'avance et passif 1201.4.2 Puissance et couple 1211.4.3 Débit de copeaux et volume de copeaux spécifique 1221.4.4 Calcul de la puissance absorbée 123
1.5 Qualité de surface 124
Techniques de fabrication modernes 1262.1 Usinage grande vitesse (UGV) 127
2.1.1 Définition et potentiels 1272.1.2 Exigences relatives au processus 128
2.2 Usinage hautes performances (HPC) 1302.2.1 Objectifs de l'usinage hautes performances 1302.2.2 Usinage hautes performances - exemple du fraisage 131
2.3 Usinage à sec 1322.3.1 Nécessité, effets et particularités 1322.3.2 Outils conçus pour l'usinage à sec 134
2.4 Lubrification à quantité minimale 135
2
1
93
Matières
2.5 Usinage dur 1372.5.1 Particularités, exigences et potentiels 1372.5.2 Usinage dur - exemple du fraisage 138
Matières de coupe et revêtements 1403.1 Classification des matières de coupe 140
3.1.1 Aciers rapides (HSS) 1423.1.2 Carbures (simples ou monoblocs) 1433.1.3 Cermets 1453.1.4 Nitrure de bore cubique (CBN) 1463.1.5 Diamant polycristallin (PCD) 148
3.2 Revêtements 1493.2.1 Procédés de revêtement 1493.2.2 Couches 150
3.3 Aperçu des matières de coupe 151
3
Prin
cip
es d
e b
ase
94
MANUEL D¥USINAGE GARANT
1 Usinabilité
Un ensemble de facteurs, issus de l'interaction entre pièce, outil, machine-outil et proces-sus de formation de copeaux proprement dit, sont déterminants pour le résultat d'un tra-vail d'usinage par enlèvement de copeaux. La figure 2.1 résume quelques-uns de ces fac-teurs d'influence possibles.
1.1 Processus de formation des copeaux
1.1.1 Modèle de formation de copeauxLors de la formation des copeaux, le taillant pénètre dans la matière de la pièce, qui su-bit alors une déformation élastique et plastique. En principe, lors de l'enlèvement de co-peaux, la matière est cisaillée en fines lamelles. Ces lamelles glissent dans la «zone decisaillement», qui inclut l'angle de cisaillement Φ dans le sens de coupe de l'outil. Pen-dant la formation de copeaux, les cristaux sont réorientés dans le sens du glissement. Ilsse présentent sous la forme de lignes de structure dans l'origine du copeau (figure 2.2, àdroite). Ces lignes de structure intègrent l'angle de structure Ψ dans la zone de cisaille-ment.
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Figure 2.1 Facteurs d'influence sur le processus de travail par enlèvement de copeaux
95
Principes de base
1.1.2 Fragmentation du copeauLa fragmentation du copeau est idéale pour évaluer ou comparer le processus de for-mation de copeaux, étant donné sa relation avec toutes les autres conséquences du pro-cessus de formation de copeaux (p. ex. effort de coupe, qualité de surface), et est influen-cée tant par les propriétés de la matière que par les conditions de coupe. La valeur dedéformation du copeau dépend ainsi de la déformabilité de la matière et des conditionsgéométriques au niveau du taillant. A la suite des processus de déformation appliquéslors de l'usinage, le copeau est plus haut, plus large et plus court que les grandeurs decoupe correspondantes.
Par conséquent, de manière générale :
Epaisseur de coupe h < Epaisseur de copeau h1Largeur de coupe b < Largeur de copeau b1Longueur de coupe l < Longueur de copeau l1Section de coupe A < Section de copeau A1
Modèle de Merchant Origine du copeau
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����������� ����
������� �����������
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Figure 2.2 Représentation schématique de la formation de copeaux
Figure 2.3 Fragmentation de copeau
96
MANUEL D¥USINAGE GARANT
1.1.3 Types de copeauxAprès l'influence du processus de formation de copeaux sur le copeau à former, l'on dis-tingue trois types de copeaux, qui dépendent essentiellement de la matière et des con-ditions de coupe. Les types de copeaux (à ne pas confondre avec les formes de copeaux– section 1.1.4) se superposent fréquemment.
Caractéristiques :– Continu– Surface irrégulière– Face inférieure toujours lisseFormation du copeau :– Ecoulement continu de la matière– Les éléments du copeau ne sont pas séparés dans la zone de
cisaillement, mais déformés de manière continueConditions :– Matière tenace dans des conditions de coupe favorables– (Vitesse de coupe élevée, angle de coupe accru)
Copeau continu=!� ������
Caractéristiques :– Eléments de copeau individuels, non continus– Surface fortement denteléeFormation du copeau :– Les lamelles de copeaux ne sont que légèrement déformées dans
la zone de cisaillement, sont séparées les unes des autres, mais denouveau soudées par la suite
Conditions :– Forme anormale du copeau continu– Causes : Inégalités dans la matière, vibrations,
angle de coupe trop faible, profondeur de coupe élevée, vitesse de coupe faible
Copeau cisaillé
SoudureCisaillement
Caractéristiques :– Eléments de copeau individuels, non continus– Surface rugueuse en raison de la structure briséeFormation du copeau :– Les matières cassantes se déchirent déjà après une légère défor-
mation dans la zone de cisaillement (p. ex. fonte, fonte dure, bron-ze coulé, laiton) ; pour les matières très cassantes, décompositioncomplète des lamelles de copeau
Conditions :– Matières présentant un comportement plastique faible– Mauvaises conditions de coupe
Copeau fragmenté (copeau en poussière)
.� #�������
97
Principes de base
1.1.4 Formes de copeauxLa forme du copeau obtenu est influencée par tous les facteurs impliqués dans le proces-sus de coupe. Ils peuvent être en principe classés comme suit :
Catégorie Forme du copeau Appréciation
1 Copeau long
Mauvais
�
2 Copeau emmêlé
3 Copeau hélicoïdal Satisfaisant
�
4 Copeau fragmenté hélicoïdal
Bon
�
Tableau 2.1 Catégories de formes de copeaux – Suite en page 98
98
MANUEL D¥USINAGE GARANT
La pratique industrielle exige des copeaux courts, dans la mesure où des copeaux longsreprésentent un risque d'accident, où les copeaux emmêlés peuvent rendre l'outil et lapièce inutilisables, où un transport des copeaux parfait ne peut être assuré qu'en présen-ce de copeaux courts en raison de l'espace de travail réduit. Le tableau 2.2 et la figure 2.4résument l'influence des conditions de coupe sur la forme du copeau.
Catégorie Forme du copeau Appréciation
5 Copeau fragmenté en spirale
Bon
�
6 Morceaux de copeaux en spirale
7
8
Morceaux de copeaux fragmentés
Soudure partielle
Satisfaisant
�
99
Principes de base
Conditions de coupe Influence sur la forme du copeau
Vitesse de coupe A mesure de l’augmentation de la vitesse de coupe, la forme du copeau se détériore en fonction de la matière
Avance A mesure de l'augmentation de l'avance, le bris de copeau s'amé-liore ; toutefois, une avance élevée implique une détérioration de la qualité de surface
Profondeur de coupe Aucune influence directe
Angle de coupe Un angle de coupe négatif entraîne un bon bris de copeau, mais une détérioration de la qualité de surface
Angle de positionnement Plus l'angle de positionnement est important, meilleur est le bris de copeau
Brise-copeaux Les brise-copeaux améliorent le bris de copeau de manière pré-cise (adaptation au processus nécessaire)
Tableau 2.2 Influence des conditions et de la géométrie de coupe sur la forme du copeau
Figure 2.4 Forme des copeaux en fonction de la profondeur de coupe (ap) et de l'avance (f )
100
MANUEL D¥USINAGE GARANT
1.1.5 Formation d'arêtes rapportéesPendant la formation des copeaux, les couches de matières formant la limite entre les fa-ces de coupe et la partie inférieure du copeau après la séparation subissent une impor-tante déformation plastique. Lors de l'usinage, des soudures par compression peuvent seformer dans de mauvaises conditions. Il existe un risque de formation intensive d'arêtesrapportées notamment à des vitesses de coupe faibles.
Les arêtes rapportées sont dues à une importante déformation et solidification de lamatière de la pièce, qui fait office d'arête par collage. En fonction des conditions de cou-pe, les composants de la matière au niveau de la face inférieure du copeau migrentpériodiquement à partir de l'arête rapportée. Ce phénomène a des conséquences néga-tives sur les arêtes de l'outil (éclats) et sur la pièce (qualité de surface, précision). Lafigure 2.5 représente schématiquement la formation d'arêtes rapportées.
Pour empêcher le frottement inutile au niveau des surfaces de contact et donc l'augmen-tation des températures, il est possible d'utiliser une géométrie de coupe optimale adap-tée à l'un des différents processus d'usinage et d'optimiser les paramètres de coupe. Lesmesures suivantes permettent notamment d'éviter la formation d'arêtes rapportées :
V Augmentation de la vitesse de coupeV Augmentation de l'angle de coupe V Utilisation de revêtementsV Utilisation d'une lubrification efficace
Arêtes rapportées sur la face de coupe de l'outil
Figure 2.5 Schéma de la formation périodique d'arêtes rapportées