Page 7 - Outils diamant

1-2 Technique
Introduction au monde des matériaux de coupe ultradurs
Diamant monocristallin
Parmi tous les matériaux, le diamant monocristallin (DM ou MCD) est celui qui possède la plus grande dureté. Il est le plus souvent employé pour les travaux les plus fins. Des tranchants extrêmement acérés, d’un rayon inférieur à 1 μm, permettent une rugosité de surface Rz inférieure à 0,02 μm. Lors de l’enlèvement de copeaux, le fil du tranchant n’exerce qu’une très faible pression de coupe, sans aucun dégagement de chaleur. De ce fait, le diamant monocristallin possède une résistance maximale à l’usure et confère à l’outil une durée de vie élevée. Par contre, si des matières faiblement alliées par ex. Si, SiC ou fibre de verre, la géométrie de coupe peut être rapidement détruite par manque de ténacité. Le dia- mant monocristallin est constitué de carbone pur ; il est thermiquement et chimiquement stable jusqu’à 650 °C.
Comme les monocristaux de diamant présentent des pro- priétés de résistance variables selon leur orientation, les diamants doivent être montés de façon à atteindre une durée de vie maximale. Les outils diamantés sont particu- lièrement adaptés à l’usinage de métaux et d’alliages non ferreux comme l’or, le platine, le laiton et l’argent ainsi que l’aluminium et des matières plastiques rigides.
Diamant polycristallin
Le diamant polycristallin (DP ou PCD) est un matériau de coupe monté sur un support en métal dur, sur lequel on agglomère par frittage d’abord une fine couche de métal, puis une couche de poudre de diamant synthé- tique d’une épaisseur de 0,5 à 1,5 mm. En raison de sa structure polycristalline, le DP est isotrope ; ses propriétés de résistance ne varient donc pas en fonction de son orientation. La vitesse de coupe est réduite presque de moitié par rapport à celle des monocristaux, mais la vitesse d’avance peut être multipliée par dix. Par rapport aux diamants monocristallins, le PCD a une ténacité plus élevée, mais une résistance plus faible à l’usure et sa qualité de microtranchant est moins bonne.
Dépôt chimique en phase vapeur (chemical vapour deposition, CVD)
Ce matériau de coupe high-tech destiné à l’enlèvement de copeaux surpasse le PCD du point de vue de la résis- tance à l’usure, de la durée d’utilisation et de la qualité de surface pouvant être obtenue.
Les couches de diamant en cristaux synthétiques sont déposées à partir d’une phase gazeuse constituée en gé- néral à 99 % (vol.) d’hydrogène et à seulement 1 % (vol.) environ d’une source de carbone (méthane, acétylène).
Les gaz sont activés soit thermiquement, soit à l’aide d’un plasma ou d’un laser. L’excès d’hydrogène élimine entre autres la liaison d’espèces de carbone hybridés en sp (graphite, carbone amorphe).
Les outils diamantés ainsi réalisés destinés au tournage, au fraisage et à l’alésage permettent l’enlèvement de copeaux sur des matériaux très abrasifs comme les matériaux des électrodes, le carbone dur, le graphite et le cuivre, les matériaux modernes de construction légère comme les alliages aluminium-silicium, les composites à matrice métallique, les plastiques renforcés de fibres ou même les matériaux en bois.
Nitrure de bore cubique polycristallin (BN ou CBN)
Le nitrure de bore cubique polycristallin (BN ou CBN) est employé essentiellement pour l’usinage de matériaux fer- reux durs et abrasifs d’une dureté allant jusqu’à 68 HRC puisque, contrairement aux matériaux de coupe super durs MCD et PCD, il ne réagit pas avec le fer et présente une résistance à la chaleur jusqu’à 2000 °C. Le CBN est déposé sur des plaquettes en métal dur en une couche de 1,5 mm d’épaisseur par le procédé dit de frittage en phase liquide sous haute pression, ou il est fabriqué en tant que corps massif. En général, la phase liante est constituée de nitrure de titane ou de carbure de titane.
Le tableau qui suit permet de choisir les matériaux et les géométries de coupe appropriés. L’association du groupe de matériaux et du domaine d’application permet de déterminer le matériau de coupe correspondant.