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03
'22
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PH HORN News
L'aluminium - un matériau, de nombreuses solutions d'usinage
Perçage, alésage, tronçonnage et fraisage : Paul Horn GmbH propose une large gamme d’outils optimisés pour usiner de manière rentable ce métal léger. Il arrive que des adhérences, des arêtes de coupe rapportées et des bourrages de copeaux se produisent pouvant mener à la rupture de l’outil. Avec les bons outils, les bons matériaux de coupe, les bonnes données de coupe, la bonne quantité et le bon type de réfrigérant, les alliages d’aluminium peuvent être usinés de manière sûre.
L’aluminium (Al) est partout dans notre vie quotidienne. Dans les emballages, les voitures, l’électronique ou la construction mécanique. Après les matériaux en acier, l’aluminium est le métal le plus utilisé. Il n’existe pratiquement aucun domaine de la technique et de la vie quotidienne dans lequel les alliages d’aluminium ne sont pas utilisés. Dans l’industrie de l’usinage, les alliages d’aluminium font partie des matériaux faciles à usiner. Néanmoins, il est possible qu’en travaillant ce métal mou, on « tombe rapidement sur un os ».
Les fonderies d’aluminium produisent plus de 60 millions de tonnes de ce métal léger par an dans le monde. La demande mondiale de ce métal a fortement augmenté ces dernières années, notamment en raison du développement dynamique de l’Asie. La Chine a la plus grande capacité de production d’aluminium, avec plus de 30 millions de tonnes par an. Après l’oxygène et le silicium, l’aluminium est le troisième élément le plus répandu sur terre, avec une part de 8 pour cent. Il n’est toutefois pas présent à l’état pur dans la croûte terrestre. Ce métal est extrait des produits d’altération des roches calcaires et silicatées, la bauxite.
La matière première utilisée pour la production d’aluminium contient une proportion élevée d’oxydes d’aluminium, soit plus de 50 pour cent. Le procédé Bayer permet d’obtenir de l’alumine pure à partir de la bauxite. Celle-ci est cependant si fine qu’elle approche l’état liquide. Ce n’est que dans la masse fondue composée de l’oxyde et du minéral cryolithe que le mélange se décompose en aluminium liquide et en oxygène. Ce procédé s’appelle l’électrolyse ignée.
Grâce à la géométrie de copeaux WA polie, les problèmes de copeaux longs et d’arêtes rapportées lors de l’usinage de l’aluminium ont pu être résolus.
Adéquation parfaite
La résistance à la traction, la dilatation, la dureté et la solidité de l’aluminium peuvent être modifiées grâce à des éléments d’alliage comme le silicium, le magnésium, le cuivre, le zinc et le manganèse. Lors de l’usinage, le matériau peut se ramollir sous l’effet de la chaleur, coller à l’outil de coupe et même être détruit suite à la perturbation du flux de copeaux. Pour cette raison, un ajustement entre le matériau et les paramètres doit être impérativement assuré par des spécialistes. Il dépend de l’alliage d’Al, de l’outil et du matériau de coupe, de la vitesse d’avance et de la vitesse de rotation ainsi que du type et de la quantité de lubrifiant-réfrigérant.
En raison de la forte tendance à l’adhérence de l’aluminium, les principales caractéristiques du programme d’outils Horn en matière d’outils standard et spéciaux sont des géométries de copeaux spéciales avec des arêtes vives, des surfaces de coupe polies ainsi que des revêtements avec de très bonnes propriétés de glissement. Les plaquettes en carbure pour le tronçonnage sont en outre soumises à un affûtage périphérique afin de garantir un tranchant extrêmement vif. Pour les alliages d’Al à forte teneur en silicium, les plaquettes de coupe sont revêtues de PVD.
Le catalogue comprend des fraises en carbure monobloc et des outils circulaires avec ou sans revêtement destinés au fraisage. En raison du grand volume de copeaux basé sur des données de coupe élevées, on utilise également des fraises à une seule arête de coupe avec un grand espace de coupe. Pour une durée d’utilisation élevée ou des travaux plus complexes, des matériaux de coupe très durs comme le PCD et le CVD-D sont disponibles avec des arêtes de coupe et des géométries de copeaux découpées au laser. Des outils équipés de diamant monocristallin sont utilisés notamment pour un usinage haute brillance de miroirs ou de moules de soufflage en aluminium.
Des qualités de surface élevées malgré un long porte-à-faux lors du perçage de jantes en aluminium.
Tronçonnage avec faces de coupe polies
Un exemple d’usinage est le tronçonnage d’ailettes de refroidissement d’un corps de pompe dans le domaine de la technique médicale. Le matériau utilisé était un alliage d’aluminium avec une faible teneur en silicium, difficile à usiner en raison des longs copeaux et des arêtes rapportées qui se forment. Pour résoudre ce problème, les techniciens de Horn ont misé sur le système de tronçonnage S224 avec les géométries de copeaux FY et WA. Des supports de base avec une cassette de serrage et un arrosage interne en réfrigérant-lubrifiant à travers le doigt de coupe et le support sont à l’œuvre pour loger les plaquettes de coupe.
La géométrie FY permet d’ébaucher les ailettes de refroidissement et une large plongée. La forme de la géométrie assure une fragmentation contrôlée des copeaux tandis que la pression du fluide de refroidissement les empêche de fondre sur la surface de coupe. La géométrie spéciale aluminium offre une excellente qualité de surface des pièces lors de la finition des gorges. La géométrie polie de la forme des copeaux prévient la formation d’arêtes rapportées, produit de petits copeaux en spirale et assure ainsi un bon contrôle des copeaux et une grande sécurité du processus.
Des ailettes de refroidissement en aluminium devaient être découpées pour une pompe dans un appareil médical : un défi qu’il fallait relever avec un outillage et un savoir-faire appropriés, tout en garantissant la fiabilité du processus.
Des outils équipés de diamants monocristallins sont utilisés pour obtenir les meilleures qualités de surface sur des pièces en aluminium ou autres alliages non ferreux. Le spectre d’application de l’usinage haute brillance est large. En particulier dans la fabrication d’outils et de moules, le processus économise le travail de polissage et augmente en même temps la qualité de la planéité et de la surface. Le procédé est donc utilisé lorsque la surface du moule se reflète dans les pièces à usiner.
Pour l’usinage d’un prototype de bec verseur mural, un utilisateur a été mandaté pour se pencher sur l’usinage haute brillance par enlèvement de copeaux. La commande lui a été passée par un fabricant de robinetterie haut de gamme. Les géométries claires et les surfaces planes du design du prototype nécessitent un enlèvement de copeaux avec MCD. Des écarts dans les surfaces et la géométrie seraient visibles lors du chromage ultérieur. En raison de ces exigences de qualité, le polissage après usinage a été exclu, car de petites irrégularités dans la surface affecteraient énormément la réfraction de la lumière dans la couche de chrome de quelques micromètres d’épaisseur.
L'utilisateur n'a pas eu beaucoup de temps pour trouver la solution au problème d’usinage. La difficulté de l’usinage de l’ébauche coulée en laiton était la longueur du porte-à-faux, environ 200 mm. Horn a résolu le problème avec une plaquette ISO équipée de MCD. La rugosité exigée par les concepteurs du fabricant de robinets (Rz ≤ 0,01 μm) a donc pu être obtenue grâce aux contrôles de qualité stricts.
En raison de sa surface lisse, de sa faible tendance à l’adhérence et de sa grande résistance à l’usure, le diamant polycristallin (PCD) convient également très bien à l’usinage des alliages d’aluminium. En outre, les arêtes de coupe tranchantes permettent d’obtenir une qualité de surface élevée. En plus des opérations de tournage, le matériau de coupe est également utilisé pour le perçage. Grâce aux paramètres de coupe élevés pouvant être atteints, les outils de perçage en PCD permettent de réduire le temps de processus et d’augmenter la durée de vie par rapport aux forets en carbure. Les outils de perçage en PCD sont souvent utilisés dans la production en série, par exemple pour le perçage de jantes en aluminium.
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