Usure des outils: signification, types et causes
Après avoir lu cet article, vous en apprendrez plus sur: - 1. Signification de l'usure des outils 2. Types d'usure des outils 3. Causes 4. Croissance 5. Formes 6. Conséquences.
Signification de l'usure des outils:
Les outils de coupe sont soumis à un frottement extrêmement sévère. Ils sont en contact métal sur métal entre la puce et la pièce, sous forte contrainte et à haute température. La situation devient grave en raison de l’existence de contraintes extrêmes et de gradients de température près de la surface de l’outil.
L'usure des outils est généralement un processus progressif dû à une utilisation régulière. L'usure des outils peut être comparée à celle de la pointe d'un crayon ordinaire. Selon la norme australienne, l’usure de l’outil peut être définie comme «Le changement de forme de l’outil par rapport à sa forme initiale, lors de la coupe, résultant de la perte progressive du matériau de l’outil».
L'usure de l'outil dépend des paramètres suivants:
je. Matériel et outils
ii. Forme de l'outil.
iii. Vitesse de coupe.
iv. Alimentation.
v. Profondeur de coupe.
vi. Fluide de coupe utilisé.
vii. Caractéristiques de la machine-outil, etc.
L'usure des outils affecte les éléments suivants:
je. Forces de coupe accrues.
ii. Augmentation de la température de coupe.
iii. Diminution de la précision des pièces produites.
iv. Réduction de la durée de vie de l'outil.
v. Mauvais état de surface.
vi. Aspects économiques des opérations de coupe.
Types d'usure des outils:
Les fortes contraintes de contact sont développées dans le processus d'usinage en raison de l'action de frottement de:
(i) outil râteau face et copeaux.
(ii) La face de flanc de l'outil et la surface usinée.
Il en résulte une variété de modèles d'usure observés sur la face de coupe et la face de flanc. Nous appelons cela l'usure progressive de l'outil.
L'usure progressive est inévitable mais contrôlable. C'est l'usure qui ne peut être empêchée. Cela doit se produire après un certain temps d'usinage.
L'usure progressive peut être contrôlée par une action corrective. L'usure progressive peut être divisée en deux types d'usure de base, correspondant à deux régions de l'outil de coupe, comme indiqué sur la figure 9.16.
Ceux-ci sont les suivants:
(i) Usure du flanc.
(ii) usure du cratère.
(i) Usure du flanc:
L'usure sur la face du flanc (surface en relief ou dégagée) de l'outil est appelée usure sur le flanc. L'usure des flancs est illustrée à la Fig. 9.17 (a, b, c).
Les caractéristiques de l'usure des flancs sont les suivantes:
je. C'est l'usure la plus importante qui apparaît sur la surface du flanc parallèlement au tranchant. Il résulte le plus souvent d'une usure abrasive / adhésive du tranchant contre la surface usinée.
ii. Il résulte généralement de températures élevées qui affectent les propriétés des outils et des matériaux de travail.
iii. Il en résulte la formation de terrains d'usure. La formation du sol par l'usure n'est pas toujours uniforme le long du tranchant majeur et mineur de l'outil.
iv. Il peut être mesuré en utilisant la taille d'usure moyenne (V 3 ) et la taille d'usure maximale (VB max ).
v. Vous pouvez le décrire à l’aide de l’équation d’espérance de vie des outils.
V C T n = C
Une forme plus générale de l'équation (en tenant compte de la profondeur de coupe et du taux d'alimentation) est
V c T n D x F y = C
où,
V c = vitesse de coupe
T = durée de vie de l'outil
D = Profondeur de coupe (mm)
F = Avance (mm / tour ou pouce / tour)
x et y = Les exposants déterminés expérimentalement pour chaque condition de coupe.
C = Constante d'usinage, trouvée par expérimentation ou par livre de données publié. Dépend des propriétés des matériaux d’outil, de la pièce et du taux d’alimentation.
n = exponentielle
Valeurs de n = 0, 1 à 0, 15 (pour outils HSS)
= 0, 2 à 0, 4 (pour les outils en carbure)
= 0.4 à 0.6 (pour les outils en céramique)
Raisons de l'usure du flanc:
je. La vitesse de coupe accrue provoque une usure rapide des flancs.
ii. L'augmentation de l'avance et de la profondeur de coupe peut également entraîner une usure plus importante des flancs.
iii. Abrasion par des panicules dures dans la pièce.
iv. Cisaillement des micro soudures entre l'outil et le matériau de travail.
v. Abrasion par des fragments de bord accumulé, qui heurtent la face de dépouille (face de flanc) de l'outil.
Remèdes contre l'usure du flanc:
je. Réduisez la vitesse de coupe.
ii. Réduisez l'alimentation et la profondeur de coupe.
iii. Utilisez si possible du carbure de qualité supérieure.
iv. Empêcher la formation de bord construit, en utilisant des brise-copeaux.
Effets de l'usure des flancs:
je. Augmentation de la force de coupe totale.
ii. Augmentation de la rugosité de la surface des composants.
iii. Affectez également la précision dimensionnelle des composants.
iv. Lorsque des outils de formage sont utilisés, l’usure des flancs modifiera également la forme des composants produits.
(ii) usure du cratère:
L'usure sur la face de râteau de l'outil s'appelle l'usure du cratère. Comme son nom l'indique, la forme d'usure est celle d'un cratère ou d'un bol. L'usure du cratère est illustrée à la Fig.9.18 (a, b, c).
Les caractéristiques de l'usure du cratère sont les suivantes:
je. Dans le cratère, les éclats d'usure érodent la surface de coupe de l'outil.
ii. Les copeaux qui s'écoulent à travers la face de coupe développent un frottement important entre la puce et la face de coupe. Cela produit une cicatrice sur la face de râteau qui est généralement parallèle au tranchant principal.
iii. Il est quelque peu normal que les outils soient usés et ne dégrade pas sérieusement l'utilisation d'un outil avant qu'il ne devienne suffisamment grave pour provoquer une défaillance de l'arête de coupe.
iv. L'usure du cratère peut augmenter l'angle de travail et réduire la force de coupe, mais affaiblira également la résistance du tranchant.
v. Il est plus courant dans les matériaux ductiles tels que l'acier, qui produisent de longs copeaux continus. Il est également plus courant dans les outils HSS (acier rapide) que les outils en céramique ou en carbure, qui présentent une dureté à chaud bien supérieure.
vi. Les paramètres utilisés pour mesurer l'usure du cratère sont visibles dans la figure 9.18. La profondeur de cratère KT est le paramètre le plus couramment utilisé pour évaluer l'usure de la face de coupe.
vii. Il se produit approximativement à une hauteur égale à la profondeur de coupe du matériau, c'est-à-dire profondeur d'usure du cratère depth profondeur de coupe.
viii. Dans les zones à haute température (près de 700 ° C), il se produit une usure.
Raisons de l'usure du cratère:
je. Forte abrasion entre les interfaces copeau-outil, spécialement sur la face de coupe.
ii. Température élevée dans l'interface outil-puce.
iii. L'augmentation de l'alimentation entraîne une force accrue agissant sur l'interface de l'outil, ce qui entraîne une augmentation de la température de l'interface outil-puce.
iv. L'augmentation de la vitesse de coupe entraîne une augmentation de la vitesse de copeaux au niveau de la surface de coupe, ce qui entraîne une augmentation de la température à l'interface copeau-outil et donc une augmentation de l'usure du cratère.
Remèdes pour l'usure du cratère:
je. L'utilisation de lubrifiants appropriés peut réduire le processus d'abrasion et donc l'usure du cratère.
ii. Liquide de refroidissement approprié pour une dissipation rapide de la chaleur de l'interface outil-puce.
iii. Vitesses de coupe et vitesses d'avance réduites.
iv. Utilisez des matériaux plus durs et plus durs pour les outils.
v. Utiliser un outil de rake positif.
Causes de l'usure de l'outil:
Il existe un grand nombre de causes d'usure des outils.
Certains d’entre eux sont importants à discuter ici du point de vue du sujet:
(i) Usure abrasive (usure due aux particules dures).
(ii) Usure adhésive.
(iii) Usure par diffusion.
(iv) Usure chimique.
(v) usure par fracture.
(i) Usure abrasive (usure de particules dures):
L'usure par abrasion est essentiellement causée par les impuretés présentes dans le matériau de la pièce, telles que le nitrure de carbone et les oxydes, ainsi que par les fragments d'arêtes rapportés. C'est un type d'usure mécanique. C'est la cause principale de l'usure de l'outil à faible vitesse de coupe.
(ii) Usure adhésive:
En raison de la pression et de la température élevées au niveau de l'interface outil-puce, les copeaux chauds ont tendance à se souder à la surface de coupe de l'outil. Ce concept conduit par la suite à la formation et à la destruction de jonctions soudées. Lorsque la soudure se rompt par intermittence, ramasser les particules de l’outil de coupe. Cela conduit à une usure de cratère. La figure 9.19 montre l'usure de l'adhésif.
(iii) usure par diffusion:
L'usure de diffusion est généralement causée par un transfert atomique entre des matériaux en contact dans des conditions de pression et de température élevées. Ce phénomène commence à l'interface du chip-tool. À des températures aussi élevées, certaines particules de matériaux d’outil se diffusent dans le matériau de copeaux. Il peut également arriver que certaines particules de matériau de travail se diffusent également dans les matériaux de l’outil.
Cet échange de particules modifie les propriétés du matériau de l’outil et provoque une usure, comme illustré à la Fig. 9.20:
Cette diffusion entraîne des modifications de la composition de l'outil et de la pièce.
Il y a plusieurs façons de diffuser comme:
a) Adoucissement brutal de l'outil:
La diffusion de carbone dans une couche superficielle relativement profonde de l'outil peut provoquer un ramollissement et un écoulement plastique subséquent de l'outil. Cela peut entraîner des changements majeurs dans la géométrie de l'outil.
b) Diffusion des principaux composants de l'outil dans le travail:
La matrice de l'outil ou un constituant de renforcement majeur peut être dissous dans les surfaces de travail et de copeau au fur et à mesure qu'ils passent dans l'outil. Par exemple: L'outil à la demande, la coupe du fer et de l'acier sont des exemples typiques de diffusion du carbone.
(c) Diffusion d'un composant de matériau de travail dans l'outil:
Un constituant du matériau de travail diffusé dans l'outil peut modifier les propriétés physiques d'une couche de surface de l'outil. Par exemple: La diffusion de plomb dans l'outil peut produire une couche superficielle fragile et fragile, cette couche mince peut être éliminée par écaillage.
(iv) usure chimique:
L'usure chimique est due à une attaque chimique d'une surface.
Par exemple:
Usure corrosive.
(v) Usure de la facture:
L'usure de facture généralement causée par la rupture du bord à la fin ou la longueur. La rupture en vrac est le type d'usure le plus nocif et le plus indésirable, et il convient de l'éviter autant que possible.
Croissance de l'usure des outils:
Le schéma de croissance de l'usure des outils est illustré à la Fig. 9.21:
Nous pouvons diviser la croissance en trois zones:
(i) Zone d'usure sévère.
(ii) Zone d'usure initiale.
(iii) Zone d'usure sévère, ultime ou catastrophique.
(i) Zone d'usure initiale préliminaire ou rapide:
Initialement, pour le nouveau tranchant, la croissance de l'usure est plus rapide. La taille initiale d'usure est VB = 0, 05 à 0, 1 mm normalement.
Les causes d'usure initiale ou rapide sont:
je. Microcraking.
ii. Oxydation de surface.
iii. Couche de perte de carbone.
iv. Micro-rugosité de la rectification de la pointe de l'outil.
(ii) Zone d'usure stable:
Après l'usure initiale, nous avons constaté que le taux d'usure est relativement constant ou constant. Dans cette zone, la taille de l'usure est proportionnelle au temps de coupe.
(iii) Zone d'usure sévère ou ultime ou catastrophique:
Dans cette zone, le taux de croissance de l'usure est beaucoup plus rapide et entraîne une défaillance catastrophique du tranchant.
Lorsque la taille d'usure augmente jusqu'à atteindre une valeur critique, la rugosité de surface de la surface usinée diminue, la force de coupe et la température augmentent rapidement et la vitesse d'usure augmente. Ensuite, l'outil perd sa capacité de coupe. En pratique, cette zone d'usure doit être évitée.
Terrain d'usure admissible:
Lorsque nous décidons d’affûter le tranchant d’un couteau lorsque la qualité de la coupe commence à se détériorer et que les forces de coupe requises augmentent trop, il est également recommandé de réaffûter ou de remplacer les outils de coupe quand.
(a) La qualité de la surface usinée commence à se détériorer.
(b) Les forces de coupe augmentent considérablement.
c) Pré-élévation de la température de manière significative.
La largeur moyenne d'usure admissible sur le flanc varie de 0, 2 mm (pour une opération de tournage de précision) à 1 mm (pour une opération de tournage approximatif).
Le tableau 9.11 ci-après indique certaines valeurs recommandées pour les zones d'usure moyenne (VB) admissibles pour diverses opérations et outils de coupe:
Formes d'usure des outils:
L'usure des flancs et des cratères est très courante.
Certaines autres formes d’usure d’outils sont:
(i) Usure thermoélectrique.
(ii) Fissuration thermique et rupture d’outil.
(iii) Usure thermique et mécanique cyclique.
(iv) Ébréchement des bords.
(v) Échecs d'entrée ou de sortie.
(i) Usure thermoélectrique:
On peut l'observer dans les régions à haute température. La température élevée entraîne la formation d'un couple thermique entre la pièce à usiner et l'outil.
En raison de cet effet, la tension est établie entre la pièce et l'outil. Cela pourrait causer un courant électrique entre les deux. Cependant, ce type d'usure n'a pas été clairement développé.
(ii) Fissuration thermique et rupture d’outil:
C'est courant en cas d'opération de fraisage. En fraisage, les outils sont soumis à des charges thermiques et mécaniques cycliques. Les dents peuvent faire défaut par un mécanisme non observé en coupe continue. La fissuration thermique peut être réduite en réduisant la vitesse de coupe ou en utilisant une nuance de matériau d’outil présentant une résistance accrue aux chocs thermiques.
(iii) Usure thermique et mécanique cyclique:
La variation cyclique de la température dans le processus de fraisage induit une contrainte thermique cyclique à la couche superficielle de l'outil qui se dilate et se contracte. Cela peut entraîner la formation de fissures de fatigue thermique près du bord de coupe.
La plupart du temps, ces fissures sont perpendiculaires au tranchant et commencent à se former au coin externe de l'outil, s'étendant vers l'intérieur au fur et à mesure de la progression de la coupe. La croissance de ces fissures mène éventuellement à l’écaillage des bords ou à la casse des outils. Un liquide de refroidissement insuffisant peut favoriser la formation de fissure.
(iv) ébrèchement des bords:
L'écaillement des bords est couramment observé dans les opérations de fraisage. Cela peut se produire lorsque l'outil contacte pour la première fois la pièce (Entry Failure) ou, plus généralement, lorsqu'il quitte la pièce (Exit Failure).
(v) Échecs d'entrée ou de sortie:
Les échecs d’entrée se produisent le plus souvent lorsque le coin extérieur de l’insert frappe la pièce en premier. Cela est plus susceptible de se produire lorsque les angles d'inclinaison de la fraise sont positifs. Il est donc plus facile d’empêcher l’échec de l’entrée en passant de la pince coupante positive à la pince négative.
Conséquences (effets) de l'usure des outils:
Les effets de l'usure de l'outil sur les performances technologiques sont les suivants:
(i) Augmentation des forces de coupe:
Les efforts de coupe sont normalement augmentés par l'usure de l'outil. L'usure des cratères, des flancs (ou l'usure des terrains) et l'écaillement des arêtes de coupe affectent la performance de l'outil de coupe de différentes manières. L'usure des cratères peut toutefois, dans certaines circonstances, réduire les efforts en augmentant efficacement l'angle de coupe de l'outil. L'usure et l'écaillement de la face de dépouille (flanc ou zone d'usure) augmentent presque invariablement les forces de coupe en raison de l'augmentation des forces de frottement.
(ii) Augmentation de la rugosité de surface:
Lorsque l'usure de l'outil augmente, la rugosité de surface du composant usiné augmente également. Cela est particulièrement vrai pour un outil usé par écaillage. Bien que, dans certaines circonstances, une surface d'usure puisse lustrer (polir) la pièce et produire une bonne finition.
(iii) Augmentation de la vibration ou du bavardage:
Les vibrations ou les bavardages constituent un autre aspect important du processus de coupe qui peut être influencé par l'usure de l'outil.
Un port d'usure augmente la tendance d'un outil à l'instabilité dynamique ou aux vibrations. Lorsque l'outil est tranchant, l'opération de coupe est totalement exempte de vibrations. D'autre part, lorsque l'outil s'use, l'opération de coupe est soumise à un mode de vibration et de vibration inacceptable.
(iv) Diminution de la précision dimensionnelle:
En raison de l'usure des flancs, la géométrie planifiée d'un outil peut être perturbée. Cela peut affecter les dimensions du composant produit. Cela pourrait influencer la forme du composant.
Par exemple:
Si l'usure de l'outil est rapide, le tournage cylindrique peut donner une pièce conique.
