Se préparer à l'imprévu

Rolf Olofsson, responsable produits chez Sandvik Coromant, explique comment les process de tournage diffèrent en fonction de la matière usinée et comment la prise en compte de ces variations pourrait aider les fabricants à faire face aux incertitudes en cette période tourmentée. 

La crise sanitaire et économique pousse l’industrie à repenser ses modes de fonctionnement. Dans ce contexte, quels que soient les scénarios envisagés par les fabricants, en matière de tournage des aciers, la clé de la rentabilité tient au montage des outils. Celui-ci doit être le meilleur possible, de la machine jusqu’à l’arête de coupe, ainsi qu’à l’application correcte et efficace des outils.

Les fabricants et les ateliers d’usinage auront besoin de plus de flexibilité pour s’adapter aux changements engendrés par la pandémie et, de manière générale, à d’autres incertitudes à venir encore inconnues.

Flexibilité de la production 

Pour les entreprises qui fabriquent des pièces en lots, qu’est-ce que la flexibilité ? La flexibilité concerne différents aspects, notamment la capacité à changer de lots plus rapidement, la réduction ou l’optimisation des stocks d’outils et la réduction des arrêts de production nécessités par le changement des plaquettes usées. 

Pour profiter de ces atouts, le choix des solutions et des plaquettes de tournage des aciers est essentiel car il joue fortement sur l’efficacité de la production. La majorité des fabricants savent que les nuances de coupe sont un paramètre important. Mais tous ne savent pas qu’il est aussi important de tenir compte du concept d’outillage dans son ensemble – plaquettes et nuances de coupe, système d’attachement, porte-outils – pour assurer une bonne production, réduire les coûts et améliorer la sécurité des process. 

Cela s’applique aussi aux productions avec des matières tenaces à propos desquelles les clients de Sandvik Coromant demandent souvent des conseils. Ces matières comprennent le groupe ISO P dans lequel se trouvent les aciers alliés ou non pour lesquels les nuances GC4415 et GC4425 sont particulièrement bien adaptées. Pour obtenir des résultats optimaux, il est essentiel de comprendre les caractéristiques de chaque matière. 

Usiner différentes sortes d’aciers avec une seule et même nuance

Pour tous les fabricants, les priorités sont les mêmes : augmentation des débits copeaux et du nombre de pièces usinées par arête, réduction des temps de cycle et des gaspillages, et optimisation des stocks d’outils. Il est également important de pouvoir usiner différentes sortes d’aciers avec une seule et même nuance.

Si les objectifs sont simples, les matières du groupe ISO P ne le sont pas. Les aciers du groupe ISO P présentent des caractéristiques variées qui rendent l’usinage très diversifié. À l’opposé, les superalliages réfractaires du groupe S présentent tous une faible conductivité thermique qui entraîne une forte élévation de la chaleur dans la zone de coupe, ce qui peut se traduire par une déformation de l’arête de coupe. Ce phénomène est relativement aisé à contrer. Par contraste, les propriétés multiples des matières du groupe ISO P compliquent la tâche. 

Il est possible qu’une même matière présente plusieurs caractéristiques, par exemple une grande ténacité typique des aciers faiblement alliés et une conductivité thermique atypique, comme le décrit la spécialiste des matériaux Therese McAllister dans son ouvrage sur les Meilleures pratiques en matière de résistance structurelle au feu pour les bâtiments en acier et béton. Avec ce type de matière, il est difficile de trouver un outil suffisamment résistant aux formes d’usure qui seront occasionnées. 

L’usinage des métaux est différent de la mise en forme d’autres matériaux moins résistants car les outils de coupe doivent former des copeaux en appliquant une pression importante. Cela provoque une élévation très importante de la chaleur, des frottements et des réactions chimiques qui entraînent une usure en cratère et une usure par diffusion. La pression elle-même est une cause d’usure des outils. 

Pour atteindre les objectifs mentionnés plus haut, il n’est pas possible de se contenter d’appliquer des conditions de coupe agressives afin d’accélérer le processus. Pour s’en convaincre, il suffit de poser la question dans les ateliers qui fabriquent des pièces de précision pour le secteur aéronautique ou pour le secteur des roulements, ou encore à tout fabricant soucieux de réduire sa consommation d’énergie et ses émissions de carbone.

Bien sûr, dans l’immense majorité des applications, il s’agit de trouver un compromis satisfaisant, et, pour pérenniser l’activité tout en traversant les crises imprévues, la flexibilité est essentielle. 

Rentabilité et flexibilité du tournage des aciers 

Sandvik Coromant consacre d’importantes ressources à la recherche et au développement pour trouver des solutions aux défis rencontrés par les fabricants. C’est dans cet esprit que les nouvelles nuances pour le tournage des aciers GC4415 et GC4425 sont lancées. 

Elles sont le résultat d’un travail poussé visant à produire une seconde génération de revêtements basés sur la technologie Inveio. La première génération de revêtements de ce type était une percée technologique permettant de donner aux cristaux de la couche d’alumine du revêtement des plaquettes une seule et même orientation afin d’améliorer la résistance à l’usure et la durée de vie.

Avec la seconde génération, le contrôle de l’orientation des cristaux a été encore amélioré et la résistance à l’usure a augmenté en conséquence, offrant une qualité et des performances plus régulières. La résistance thermique et la ténacité sont aussi améliorées par cette nouvelle technologie, ce qui améliore le champ d’application des nuances et offre un atout significatif pour résoudre les difficultés liées au tournage des aciers ISO P et pour atteindre plus facilement les objectifs de production. Grâce à l’élargissement du champ d’application, la flexibilité augmente considérablement, tant pour les productions en grandes séries que pour les productions en lots.

Cette avancée profitera à de nombreux secteurs spécialisés tels que l’automobile, le pétrole et le gaz, la production d’électricité, les roulements et même l’aéronautique. Les nouvelles nuances ISO P dotées de revêtements Inveio de seconde génération sont déjà à l’œuvre chez plusieurs partenaires de Sandvik Coromant dans des applications de tournage extérieur et intérieur allant de l’ébauche à la finition avec des coupes continues ou légèrement interrompues. 

Un de ces partenaires du secteur de la mécanique générale a effectué des essais avec la nuance GC4425 dans une application de tournage de galets de pression. La plaquette GC4425 offre une résistance à l’usure, une résistance à la chaleur et une ténacité supérieures. Elle offre également la possibilité d’appliquer des conditions de coupe plus élevées. Cette nuance est conçue pour les matières ISO P, c’est-à-dire des aciers non alliés à fortement alliés avec une dureté Brinell pouvant atteindre 205 HB, des matières complexes à usiner.

Les essais portaient sur le tournage axial extérieur continu et la semi-finition. La vitesse de coupe (vc) appliquée était de 200 m/min (656 pieds/min), l’avance (fn) de 0.4 mm/tr (0.015 pouce/tr) et la profondeur de coupe (ap) de 4.0 mm (0.15 pouce). Une nuance concurrente a permis d’usiner 12 pièces avant que la déformation plastique ne devienne trop importante. La nuance GC4425 a duré 50% plus longtemps et son usure s’est avérée prévisible et stable. 

Nous ne savons pas encore exactement quelle sera la nouvelle normalité après la pandémie. Mais nous comprenons les objectifs de nos clients et nous maîtrisons la science exacte de l’usinage par enlèvement de copeaux. En tenant compte de cela, il est possible d’offrir des outils de tournage adaptés aux contraintes du futur et d’exploiter la science de l’usinage par enlèvement de copeaux à plein potentiel, même dans le contexte atypique que nous connaissons.

Rolf Olofsson

EQUIP PROD • N°123 Novembre/Décembre 2020