Choisir les inserts PCD et CBN

Les inserts en nitrure de bore cubique sont mieux utilisés dans les opérations légères de semi-finition et de finition.

La fabrication des couteaux les plus durs de la planète implique des processus et une chimie intenses. Les outils en diamant polycristallin (PCD) et en nitrure de bore cubique (CBN) sont respectivement un et deux sur la liste des matériaux d'insert les plus durs, mais leurs compositions sont assez différentes.

Sans entrer dans les détails de la chimie, une chaleur extrême, un frittage et une pression sont tous utilisés pour former les différentes qualités de ces inserts en fonction de leur rapport matériau/liaison.

BIG Daishowa, spécialisé dans les porte-outils mais proposant également des plaquettes à pointes CBN et PCD avec des formes de brise-copeaux personnalisées pour ses outils d'alésage, reçoit souvent des questions sur ce style d'outillage. Matt Tegelman, spécialiste produit senior, s'est vu poser certaines des questions les plus courantes. Ici, nous partageons ses réponses.

Q : En tant qu'expert en porte-outils, comment décrivez-vous l'importance de l'interface outil/porte-outils ? R : Seules les conditions les plus stables conviennent au PCD et au CBN. Une dureté élevée s’accompagne de caractéristiques très fragiles. Si la rigidité de l'outillage ou du montage n'est pas idéale, ou si une pièce présente de graves harmoniques causées par des vides excessifs, des vibrations peuvent se manifester lors de la coupe. Cela entraîne une mauvaise durée de vie du tranchant diamanté. Dans ces cas-là, il est préférable de s’en tenir aux plaquettes en carbure.

Q : Quelle est la plus grande différence entre les inserts PCD et CBN ?R : Une plaquette PCD devrait être le premier choix dans les applications en aluminium et en magnésium, ainsi que pour les pièces en fibre de carbone, car son extrême dureté offre une très longue durée de vie à l'outil dans ces matériaux non ferreux.

Puisqu'il s'agit d'un diamant synthétique (carbone presque pur), il ne peut pas être utilisé pour usiner des matériaux ferreux, tels que les aciers et les fontes, car à des températures supérieures à 700 degrés F, les atomes de carbone réagissent avec le matériau de la pièce pour former du carbure de fer et provoquer le les structures en diamant s'effondrent.

Le PCD est particulièrement requis lorsque l'aluminium contient plus de 5 % de silicium pour résister à l'abrasivité qui conduit à l'usure.

Le CBN utilise le bore comme élément principal. Bien que le bore ait une structure cristalline similaire à celle du carbone, il n’a pas d’affinité avec le fer.

C'est le deuxième matériau connu le plus dur et peut tolérer des températures de coupe supérieures à 1 800 degrés F. Le CBN convient à l'usinage de l'acier ou du fer et constitue l'un des premiers choix pour travailler avec des aciers trempés, généralement supérieurs à au moins 50 HRC, et doit être utilisé uniquement pour la finition. Toute coupe interrompue nécessite l'outil le plus stable possible, sinon cela ne fonctionnera pas bien.

Le CBN existe en différentes qualités, dans lesquelles des liants, tels que des céramiques et des métaux, sont ajoutés pour modifier les caractéristiques. La taille des grains de la structure cristalline peut également être modifiée pour certaines caractéristiques. Une teneur élevée en CBN et des grains ultrafins constituent la combinaison la plus dure, adaptée à l'usinage continu de la fonte trempée et des métaux en poudre.

Les outils en nitrure de bore cubique existent en différentes qualités, dans lesquelles des liants, tels que des céramiques et des métaux, sont ajoutés pour modifier les caractéristiques.

Les inserts CBN peuvent également être revêtus. Par exemple, un matériau CBN à grain moyen avec un revêtement TiCN est recommandé pour l'usinage des aciers trempés.

Q : Quelle est la meilleure profondeur de coupe minimale/maximale pour les plaquettes PCD et CBN ? R : Les plaquettes PCD et CBN sont mieux réservées aux opérations légères de semi-finition et de finition. Je recommanderais généralement un maximum de 0,040 po de diamètre et un minimum jusqu'à 0,004 po, en fonction du rayon du nez de la plaquette.

Q : Quelle est la relation entre l'état de surface et le rayon de nez d'un outil ? R : Un rayon de nez plus grand produit une meilleure finition de surface pour une vitesse d'avance donnée. Par conséquent, plus le rayon est grand, plus vous pouvez alimenter l'outil rapidement tout en obtenant une bonne finition. Le compromis réside dans la pression de l'outil. Un rayon plus grand provoque une plus grande déviation de l'outil et, à un certain point, peut conduire à un broutage. L'astuce consiste à trouver le rayon le plus grand qui produit des résultats sans bavardage.