Un micro-foret en diamant polycristallin (PCD) veiné pour offrir une solution d'avenir dans l'horlogerie

Alors que les horlogers sont appelés à se montrer de plus en plus respectueux de l’environnement, ils doivent également créer des chefs-d’œuvre de micro-technique à partir de certaines des matières résistantes telles que la céramique. Mais celles-ci posent des problèmes en matière de durée de vie de l’outil. James Thorpe, Global Product Manager chez Sandvik Coromant, explique comment des outils avancés comme les micro-forets CoroDrill 862 peuvent offrir une meilleure résistance à l’usure pour une production plus durable.

L’exemple récent le plus extrême d’horlogerie durable est sans doute la « Garbage Watch » de Vollebak, une marque britannique de vêtements au design radical, qui fabrique des vêtements et des accessoires à partir de matériaux émergents, selon des technologies et des procédés nouveaux. Vollebak affirme que ses produits sont « futuristes » tout en étant durables. Malgré son nom, la Garbage Watch est un modèle sur mesure très convoité qui a été présenté dans les plus grandes publications de design du monde.

« Je me suis dit qu’il était possible de fabriquer une montre à partir de déchets électroniques », confie Nick Tidball, cofondateur de Vollebak, au magazine Esquire plus tôt dans l’année. L’article d’Esquire fait état des conclusions du rapport Global E-waste Monitor de l’ONU, selon lequel un chiffre record de 54 millions de tonnes de déchets électroniques a été généré par toutes les industries dans le monde en 2019, soit une hausse de 21 % en cinq ans. Des métaux précieux d’une valeur de 1,7 milliard de dollars ont été récupérés de ces déchets électroniques, mais cela ne représente que 17 % du volume total recyclable. La valeur globale des métaux précieux serait plus proche de 10 milliards de dollars.

Des problèmes liés à la difficulté d’usinage de la céramique

Ce chiffre illustre le retard pris par l’industrie dans la valorisation des déchets électroniques recyclables. Mais des mesures sont prises pour y remédier, notamment par les fabricants de montres. Intéressons-nous à une autre matière issue des déchets électroniques, la céramique : des composés solides constitués en grande partie de composants inorganiques et non métalliques, dont les liaisons chimiques sont fortes. Elle est entièrement recyclable et devient de plus en plus populaire parmi les créateurs de montres. Selon SwissWatchExpo, les avantages de la céramique résident notamment dans sa dureté exceptionnelle, surtout par rapport à l’acier et à l’or, et dans le fait qu’elle constitue une excellente matière pour les montres entièrement noires qui ne cessent de gagner en popularité.

>> La céramique est difficile à usiner mais elle est de plus en plus utilisée dans les montres de luxe entièrement noires

Mais la céramique est souvent très difficile à usiner. Comme le confirme une étude réalisée par le département d’ingénierie mécanique du BMS College of Engineering de Karnataka, en Inde : « l’usinage de la céramique est souvent sujet à des dommages de surface, à une usure excessive de l’outil et à l’ébarbage des bordures lorsqu’il utilise des techniques conventionnelles ». Cette étude précise également que « les techniques non conventionnelles telles que l’usinage par décharge électrique (EDM) et l’usinage par jet d’eau abrasif se caractérisent respectivement par un mauvais état de surface et une présence excessive de piqûres ».

Le rapport du BMS College estime que l’obtention de la précision dimensionnelle et la réduction des dommages collatéraux, tels que les fissures de surface, sont les principaux défis de l’usinage de la céramique. Or, aucun de ces obstacles n’est propice à la fabrication durable. Comment les horlogers peuvent-ils surmonter ces défis ?

Le cas du perçage de la céramique

La réponse réside dans des outils plus résistants à l’usure. Sandvik Coromant a fait évoluer son offre d’outils en introduisant deux nouvelles familles de micro-forets dans sa gamme de produits, CoroDrill 462 dans la géométrie XM et CoroDrill 862 dans la géométrie GM, qui sont toutes deux déclinées en une grande variété de diamètres et de longueurs de coupe. Les deux outils sont conçus pour être adaptés à l’usinage de précision dans les industries fabriquant des petites pièces et offrent également des performances plus durables.

>> Le CoroDrill 862 de Sandvik Coromant dans la géométrie GM peut être complété par une arête de coupe en PCD veiné

Chaque outil est notamment conçu pour avoir des propriétés de résistance à l’usure supérieures, qui permettent d’obtenir des performances exceptionnelles dans les matières difficiles dans tous les domaines d’application ISO, dont ISO P, M, K, N, S, O et H. La possibilité d’acheter le micro-foret avec une arête de coupe en diamant polycristallin (PCD) veiné renforce davantage ces performances. Sur la base de tests réussis de forets PCD sur des micro pièces en platine, Sandvik Coromant a constaté que le PCD est jusqu’à 100 fois plus résistant à l’usure que le carbure monobloc et est, en outre, plus précis et peut produire des tolérances plus serrées que celles des outils en carbure monobloc.

Les outils conviennent également à l’usinage de la céramique et de la céramique semi-cuite. Lors d’un essai, un outil Sandvik Coromant CoroDrill 862 doté d’une arête de coupe en PCD veiné a été utilisé dans un centre d’usinage horizontal pour percer des trous borgnes d’une profondeur de 8,38 mm (0,330 pouce) dans une pièce en céramique d’alumine, une céramique fine réputée pour sa stabilité chimique et physique, sans aucun débourrage. L’outil a été utilisé à un diamètre (Dc) de 1,70 mm (0,067 pouce), une vitesse de coupe (vc) de 53 m/min (174 pieds/min) et une avance (fn) de 0,025 mm/z (00,001 po/z).

Au final, 933 trous ont été percés et la qualité du trou et la durée de vie de l’outil ont été excellentes. Au-delà de ces résultats, le point essentiel à retenir concerne les avantages du micro-foret CoroDrill 862 en ce qui concerne le cycle de vie. Les clients peuvent ainsi compter sur des performances plus durables, fiables et prévisibles, qui s’inscrivent mieux dans la stratégie de durabilité de leur usine. Les ingénieurs de Sandvik Coromant recommandent également le PCD aux clients qui cherchent à percer des micro-trous dans des matériaux réputés difficiles à usiner, tels que le titane, l’aluminium, le verre et la céramique.

Comme pour les applications à grande échelle, l’importance du liquide de coupe doit également être prise en compte dans les applications à petite échelle telles que l’horlogerie. Il est essentiel de disposer d’une diffusion de liquide de coupe de qualité pour évacuer efficacement les copeaux lors du perçage profond avec des micro-outils.

Les caractéristiques et les performances du PCD veiné pour une durée de vie prolongée de l’outil permettent de relever les défis d’usinage posés par les matières dures comme la céramique. La famille élargie d’outils CoroDrill de Sandvik Coromant prouve que des méthodes de fabrication plus productives et durables sont possibles et peuvent contribuer à créer un avenir plus écologique pour les horlogers. 

EQUIP PROD • N°138 Septembre 2022