Qu'est-ce que le tournage dur pour pièces de précision ? Un guide complet

Comme nous le savons tous, l'usinage par les méthodes conventionnelles est complexe lorsque le matériau à usiner présente une dureté élevée. Cette dureté accrue est obtenue grâce aux traitements thermiques appliqués. C'est pourquoi le fabricant utilise une méthode offrant une précision et une finition de surface élevées.

Figure 1 : Tournage dur

Qu'est-ce que le tournage dur

Lorsqu'on parle d'usinage, la dureté est primordiale, surtout pour les aciers traités thermiquement et autres matériaux difficiles. Nous allons approfondir le tournage dur dans les sections suivantes. Apprenons quelque chose de nouveau ensemble !

Signification et plage de dureté du tournage dur

Qu'est-ce que le tournage dur ? Si l'on reprend le terme « dur », il désigne les matériaux dont la dureté est supérieure à 45 HRC (échelle de dureté Rockwell). Qu'est-ce que le tournage ? Le tournage est un procédé par lequel, pour obtenir une précision dimensionnelle, l'échantillon est mis en rotation sur un petit moteur et un outil en retire l'excédent de matière. Par exemple, des matériaux comme le titane ont une dureté comprise entre 45 et 75 HRC et sont classés comme matériaux durs.

Différences entre le tournage dur et le tournage conventionnel

Les principales différences entre le tournage dur et le tournage conventionnel sont les suivantes :

1. Les outils utilisés pour éliminer les excès de matière des matériaux durs doivent également être fabriqués dans ce matériau. En tournage conventionnel, on utilise de l'acier rapide, un matériau moins dur.
2. Le tournage dur offre une bonne précision dimensionnelle et une bonne finition de surface par rapport au tournage conventionnel.
3. En tournage conventionnel, l'usinage est réalisé sur des matériaux recuits ou normalisés. En tournage dur, l'usinage est réalisé sur des matériaux dont la dureté est plus élevée grâce à la trempe.

Le tournage dur est-il vraiment si difficile ?

Jusqu'à présent, nous avons abordé les bases du tournage dur. Mais est-ce vraiment si difficile ? De nombreux facteurs entrent en jeu dans ce processus, comme le choix du matériau de l'outil, de la machine et de l'angle de coupe. Nous allons maintenant aborder ces points en détail :

Que sont les matériaux durs

Dans cette section, vous découvrirez les matériaux durs pour le fraisage. Comme leur nom l'indique, ces matériaux sont résistants à l'usure, notamment à des températures extrêmes, grâce à leur dureté élevée et leur faible ténacité. Parmi les exemples de matériaux durs, on peut citer l'Inconel 718 et les alliages de titane comme le Ti-6Al-4V ; leur usinage par les méthodes conventionnelles est difficile.

Pourquoi est-il si difficile de réaliser un tournage dur ?

En fraisage/tournage dur, si vos paramètres sont légèrement décalés et que l'outil est moins rigide que le matériau à usiner, cela entraînera un échauffement et une perte d'intégrité structurelle du matériau.

Limitation des appareils

Certains fabricants ne disposent pas d'équipements d'usinage modernes pour usiner des matériaux durs comme le titane. TUOFA dispose de machines de pointe capables d'usiner ces matériaux durs, comme le titane, et d'assurer une précision dimensionnelle et une finition lisse.

Avantages du tournage dur

Jusqu'à présent, nous avons abordé le concept de base du tournage dur, et sa réalisation est complexe. La section ci-dessous vous donnera une idée de l'importance d'un tournage dur précis :
1) Il réduit le temps et les coûts grâce au fonctionnement sur une seule ligne.
2) Des géométries complexes peuvent être formées et façonnées par rapport aux méthodes conventionnelles.
3) Il donne plus de précision dimensionnelle et une surface lisse.

Comment fonctionne le tournage dur sur un tour CNC

Avez-vous déjà pensé qu'un tour CNC offre une précision supérieure à celle des autres méthodes ? La section ci-dessous explique le fonctionnement d'une CNC étape par étape.

Déroulement du processus étape par étape

Le flux de processus suivant doit être suivi lors du tournage dur :

1) Pièce : sélectionnez un matériau approprié, puis effectuez un traitement thermique en fonction de l'application pour le rendre dur entre 45 et 70 HRC.

2) Fixation de la pièce : Fixez fermement la pièce dans le mandrin pour éviter les vibrations.

3) Sélection de l'outil : la dureté du matériau de l'outil doit être supérieure, par exemple du CBN, à celle des pièces à usiner.

4) Programmation CNC : Réglez la vitesse de l'outil et la profondeur de coupe en fonction de l'application.

5) Découpe et inspection : la machine CNC découpe le matériau selon la profondeur de coupe définie. Inspectez les dimensions de la pièce et poursuivez la découpe si nécessaire.

Des objectifs de finition et de précision auxquels vous pouvez vous attendre

De mon point de vue, les résultats de la CNC sont supérieurs à ceux des méthodes d'usinage conventionnelles. Une machine CNC peut produire une finition de surface comparable à la rectification, notamment sur les pièces cylindriques. Elle offre une précision dimensionnelle de ± 2 à 3 microns et une meilleure régularité de production.

Stratégie de refroidissement pour le tournage dur

Est-il nécessaire de prévoir du liquide de refroidissement pendant l'usinage, et quelle en est la quantité ?

Un liquide de refroidissement est-il utilisé dans l'usinage CNC ? Si oui, quelle est sa quantité ? Comme vous le savez, le type et la quantité de liquide de refroidissement utilisé dépendent du matériau de la pièce.

• Usinage à sec : Utilisé pour les matériaux sensibles aux chocs thermiques, ce procédé ne nécessite aucun liquide de refroidissement.
• Liquide de refroidissement par inondation : Dans le cas du liquide de refroidissement par inondation, une grande quantité de liquide de refroidissement tombe en continu sur la pièce pour éviter l'échauffement du matériau.
• Lubrification en quantité minimale : Dans la lubrification en quantité minimale (MQL), une très petite quantité de liquide de refroidissement est utilisée.

Outillage pour le tournage dur : plaquettes CBN et céramique

Pour obtenir une surface lisse, il est essentiel de se concentrer sur un paramètre du tournage dur. Parmi ces paramètres, le matériau de l'outil doit être plus dur que la pièce à usiner. Ces matériaux doivent présenter une dureté élevée et une meilleure résistance à la température. Voici quelques exemples :

Plaquettes de tournage dur CBN

Le nitrure de bore cubique (CBN) est le deuxième matériau le plus dur après le diamant. C'est pourquoi il est principalement utilisé comme outil de tournage dur.

Plaquettes de tournage dures en céramique

Comme vous le savez, la céramique est dure et cassante. C'est pourquoi elle est utilisée comme outil pour le tournage dur. Cependant, elle peut se briser si la charge appliquée est supérieure à la charge résiduelle.

Revêtements TiAlN

Le revêtement des matériaux est aujourd'hui un choix courant, notamment le revêtement en nitrure de titane et d'aluminium. Leur attrait industriel repose sur leur longue durée de vie et leur résistance aux températures élevées.

Parcours d'outil et angle d'attaque

Est-il suffisant d'utiliser un matériau plus rigide que la pièce à usiner ? Je ne le pense pas. La trajectoire de l'outil et l'angle d'attaque jouent un rôle essentiel dans la précision et la finition. Un angle d'attaque positif offre une excellente finition de surface, contrairement à un angle d'attaque négatif.

Types et caractéristiques des pièces tournées dures

La section ci-dessous vous donnera une idée des types et des caractéristiques des pièces tournées dures :

Bagues de roulement et tourillons d'arbre

Les bagues de roulement et les tourillons d'arbre nécessitent une précision dimensionnelle et une finition de surface.

Alésages d'engrenages et de transmission

Les alésages d'engrenages et de transmissions nécessitent une grande précision dimensionnelle pour éviter l'usure avec d'autres pièces. C'est pourquoi le tournage dur leur est appliqué.

Composants de refroidissement et d'usure

Les matrices, les supports et les bagues sont des composants couramment utilisés dans les composants de refroidissement et d'usure. Utilisés en extérieur, ils nécessitent une finition de surface très lisse pour éviter le fluage et réduire leur durée de vie.

Matériaux et traitement thermique : quels sont les facteurs qui influencent le tournage dur ?

La section suivante vous aidera à identifier quel facteur influence le plus le tournage dur : le matériau ou le traitement thermique ? De mon point de vue, il est important de comprendre les aciers trempés courants et les méthodes de traitement thermique pour identifier celui qui influence le tournage dur.

Aciers trempés courants

Le tableau 1 montre l'acier trempé couramment utilisé dans différentes applications avec leur dureté.

Tableau 1 : Acier trempé courant

Pièces cémentées ou trempées à cœur

Les pièces cémentées présentent une peau dure et un cœur tendre. Il est nécessaire d'adapter la stratégie de profondeur de coupe si la profondeur de cémentation varie. Si la profondeur de coupe (DOC) est importante, il est nécessaire de couper la couche durcie vers le cœur tendre. L'état de surface se modifie également en raison de la différence de dureté. Dans une pièce trempée à cœur, la dureté est uniforme sur toute la surface.

Croissance par traitement thermique (changement dimensionnel)

Lors des traitements thermiques, une augmentation ou une diminution des dimensions peut survenir en raison d'un chauffage ou d'un refroidissement soudain. Il n'est pas judicieux de se fier uniquement à la taille finale après traitement thermique, surtout lorsqu'une grande précision dimensionnelle est requise.

Stock à laisser pour le tournage dur de finition

Il est conseillé de laisser la pièce brute et de procéder ensuite au tournage dur pour une précision dimensionnelle optimale. Cela permettra d'obtenir les propriétés dimensionnelles (tournage dur) et mécaniques (traitement thermique) adéquates.

Tournage dur ou meulage : lequel est gagnant ?

Si l'on compare le meilleur procédé entre le tournage et la rectification, le choix dépend entièrement de l'application. L'usinage par rectification est excellent pour les applications de haute précision, tandis que le tournage dur offre une bonne efficacité et une bonne productivité. Voici quelques facteurs qui vous aideront à choisir le meilleur procédé :

Tolérance et circularité

Le meulage CBN offre des tolérances et une rondeur serrées par rapport au tournage dur.

Rugosité de surface

L'usinage par rectification donne une rugosité de surface < 0.1 µm, tandis que le tournage dur donne une plage de rugosité comprise entre 0.2 et 0.4 µm.

Limites de la géométrie des pièces

Le meulage CBN ou le meulage général est toujours meilleur pour les profils complexes sur les pièces minces, tandis que le tournage dur est bon pour les caractéristiques cylindriques dans une seule configuration.

Faible coût

Si l'on compare le coût du tournage dur à celui de la rectification, on constate que les multiples opérations de réglage de la rectification entraînent des coûts plus élevés que pour le tournage dur. Le tournage dur est réalisé en une seule opération avec une finition soignée.

Tournage dur pour pièces de précision

Si vous souhaitez réaliser des usinages sur des pièces cylindriques, le tournage dur est la meilleure option pour obtenir une précision et une productivité élevées.

Figure 02 : Comparaison des opérations de tournage dur et de rectification

Pour en savoir plus à ce sujet, vous pouvez regarder cette vidéo :

Planification des processus : tournage dur et tournage doux

La planification du processus est nécessaire pour choisir entre le tournage dur et tournage en douceurLa planification des processus vous indique quel processus doit être effectué en premier lors de l'opération d'usinage.

Qu'est-ce que le tournage en douceur ?

Le tournage doux consiste à usiner des matériaux dont la dureté est inférieure à 35 HRC. Ces matériaux sont souvent recuits et normalisés pour atteindre cette dureté.

Meilleur ordre des opérations de l'ébauche à la finition

Voici le meilleur ordre d'opération que vous pouvez suivre de l'ébauche à la finition :

1) Tournage doux : retirez les matériaux en vrac, ce qui signifie que si votre pièce a une dimension d'environ 4 mm et que votre exigence est de 2 mm, vous devez alors couper le matériau jusqu'à 2.5.

2) Traitement thermique : effectuez le traitement tel que le recuit, la normalisation et la trempe selon vos besoins.

3) Opération de finition : Retirez maintenant le matériau pour obtenir la dimension selon vos besoins.

Quand laisser la matière brute pour le tournage dur ou le meulage

Laissez toujours une petite course avant la finition finale. En effet, le traitement thermique peut augmenter ou diminuer les dimensions du matériau. Il est conseillé de laisser 0.2 à 0.4 mm par face pour le tournage dur et 0.1 à 0.2 mm par face pour la rectification.

Tournage dur vs tournage doux

Les principales différences entre le tournage doux et le tournage dur sont indiquées ci-dessous :

Tableau 2 : Tournage doux et tournage dur

La vérité sur les virages difficiles : 4 conseils

Il est vrai que le tournage dur ne peut pas remplacer totalement la rectification. Il est idéal pour les formes cylindriques, mais il est impossible d'appliquer le tournage dur à toutes les formes. Voici quatre conseils à suivre :

Astuce 1 : Choisissez le bon insert

Pour les matériaux durs, vous pouvez utiliser un matériau de meulage CBN. Il offre une excellente résistance à l'usure et supporte les températures élevées.

Astuce 2 : définir les paramètres de la puce

Si vous souhaitez obtenir de petits copeaux et une bonne finition de surface, réglez la vitesse et la profondeur de coupe de manière constante.

Astuce 3 : Pince et horloge

Le matériau le plus dur nécessite plus d'alignement (cadencement), de serrage et de support de contre-pointe pour éviter les vibrations.

Astuce 4 : Laissez le bon stock

Lors du traitement thermique, le matériau subit un choc thermique et peut se dilater ou se contracter. C'est pourquoi il est conseillé de laisser reposer le matériau d'une épaisseur de 0.2 à 0.4 mm avant le traitement thermique.

Conclusion

Le tournage dur est destiné aux matériaux durs et permet de gagner du temps et de l'argent. Il remplace les méthodes d'usinage conventionnelles, notamment pour les pièces cylindriques. Cependant, la rectification reste la solution idéale pour les profils complexes et les exigences de finition ultra-fine. Si vous recherchez un façonnage précis, alors TOUFA est fait pour vous. Ils utilisent un système composé de machines modernes capables de façonner des matériaux durs comme le titane avec des dimensions et une finition de surface précises.

FAQ

Quels inserts/outils sont les meilleurs pour le tournage dur ?

Les plaquettes et outils tels que le nitrure de carbone-bore (CBN) et les outils en céramique sont les meilleurs pour le tournage dur, car leur dureté est plus élevée que celle des outils utilisés dans le tournage conventionnel.

Quel est le défi le plus courant du tournage dur ?

L'usure des outils et l'utilisation de liquide de refroidissement sont des problèmes courants en tournage dur. Cela se produit lorsque l'outil n'est pas adapté à la pièce à usiner ou que le liquide de refroidissement utilisé n'est pas adapté au matériau à usiner.