Outils coupants : quel revêtement choisir?
Rédigé en collaboration avec Bob Stauffer, responsable des revêtements, et Joe Nuzzi, directeur de la recherche et du développement des produits chez Allied.
De prime abord, les revêtements ont l’air simples, pourtant le choix de ceux qui conviennent le mieux à votre usage se révèle bien complexe. Lors de la sélection d’un outil coupant, il est important de prendre en considération les trois éléments principaux qui le composent : son matériau de fabrication, sa géométrie et son revêtement. Grâce à toutes les innovations industrielles, la technologie de revêtement a nettement progressé par rapport aux technologies du matériau ou de la géométrie. Ainsi, pour sélectionner le revêtement adapté à un usage particulier, il importe d’en apprendre davantage sur les différentes options possibles, les innovations les plus récentes, les éléments qui facilitent ou améliorent au mieux votre usage, mais, surtout, il convient de prendre en compte tous les contours de votre usage lors du choix du revêtement pour vos outils coupants.
Au cours de ces 50 dernières années, les revêtements ont révolutionné les outils coupants. Sans les revêtements, la résistance à l’usure ou à la chaleur serait bien moindre lors des travaux d’usinage par exemple, mais l’usage d’outils revêtus confère de nombreux autres avantages par rapport à ceux non revêtus. Les outils revêtus ont non seulement une plus longue durée de vie, mais les revêtements dont ils sont dotés servent aussi de barrières thermiques afin de vous permettre de travailler plus rapidement. Les revêtements accroissent la dureté de surface de l’outil tout en lui conférant un certain degré de lubrification. Au final, vous subissez beaucoup moins de frottement lors de la coupe, et la lubrification émanant du revêtement contribue également à éliminer la formation d’arêtes, entre autres problèmes auxquels vous pourriez rencontrer des outils non revêtus.
À présent qu’il ne fait plus l’ombre d’un doute que les outils revêtus offrent plus d’avantages que ceux non revêtus, il peut se poser la question de savoir si les avantages varient selon les différents types de revêtements. On peut y répondre par l’affirmative, car les différents revêtements ont des propriétés de résistance à l’usure et de dureté différentes, même si les avantages sont fortement liés à l’usage. Parmi les revêtements, certains ont un haut pouvoir lubrifiant, sont plus durs que d’autres, présentent des seuils de chaleur plus élevés et sont adaptés à des groupes de matériaux spécifiques. Les nuances de plaquette P, K et N en sont l’illustration : différentes qualités de matériaux sont associées à différents revêtements afin d’en obtenir les meilleurs résultats au sein de leur groupe de matériaux. Les aciers peuvent nécessiter davantage de revêtements à base de chrome-aluminium, tandis que la fonte peut nécessiter du nitrure de silicium ou du titane d’aluminium compte tenu des propriétés abrasives de la fonte. Enfin, les aluminiums et autres matériaux non ferreux nécessitent des revêtements à haut pouvoir lubrifiant, car plus que d’autres matériaux, l’aluminium est un matériau qui aime s’accumuler sur une arête. Il s’agit d’un matériau mou dont le point de fusion est plus bas que celui des autres. Dans l’ensemble, les avantages des outils revêtus sont fonction des pièces que vous essayez d’usiner et du matériau que vous coupez, car certains revêtements se marient mieux avec certains matériaux.
Lors du choix du TiN (nitrure de titane), du TiCN (carbure de titane), du TiAlN (nitrure d’aluminium et de titane) ou d’un revêtement spécifique à un matériau pour réaliser vos travaux, pour connaître les revêtements disponibles, vous devrez peut-être consulter le fabricant de l’outil que vous utilisez, mais il existe une certaine cohérence entre les nombreux concepts de base pour les revêtements dans l’industrie. Le TiN, premier revêtement développé par dépôt physique en phase vapeur (PVD), demeure le plus utilisé bien qu’il ne soit pas le plus résistant à l’usure. Le deuxième revêtement développé par dépôt physique en phase vapeur (PVD) est le TiCN. Il s’agit du premier revêtement multicouche à être développé avec des couches de TiN et de TiCN intercalées. Vient ensuite le TiAlN. Au final, puisque ces trois revêtements sont quelque peu universels, vous pouvez les utiliser dans pratiquement tous les types de travaux. Toutefois, depuis peu, les revêtements sont de plus en plus spécifiques aux matériaux. Dans la mesure où aucun nouveau revêtement universel n’a été mis au point, ces revêtements spécifiques à chaque matériau s’efforcent d’atteindre le niveau supérieur de résistance à la chaleur, de dureté et d’usure grâce à différentes combinaisons et configurations d’éléments chimiques, ce qui incite les innovateurs à repousser sans cesse les limites des revêtements.
Toutefois, connaître les différents types de revêtements ne suffit pas pour déterminer le matériau le mieux adapté à un usage spécifique. Vous devez étudier les nombreux facteurs qui entrent en ligne de compte. Vous devez, avant tout, connaître le matériau à couper et la géométrie requise pour l’usage. Vous pouvez ensuite suivre les recommandations du fabricant de votre outillage quant au revêtement à utiliser pour ce matériau. En outre, le choix du revêtement est fonction du type de coupe à effectuer. Il existe par exemple de nombreuses différences entre les fraises à fileter, les forets et les fraises deux tailles. Si disposer de ces informations ne vous permet pas de savoir clairement quel revêtement utiliser, vous pouvez poser d’autres questions concernant votre usage et l’environnement dans lequel vous travaillez, notamment la chaleur générée :
- Quelle est la dureté du matériau à couper ?
- Quelle est la machine-outil utilisée ?
- Quelle est la puissance de votre machine ?
- Quel est le type de liquide de refroidissement utilisé ?
- Disposez-vous d’un liquide de refroidissement à haute pression ?
- Quel est le taux de pénétration recherché ?
En fin de compte, il faut étudier les travaux à réaliser dans leur globalité pour prendre une décision judicieuse quant à l’outil à utiliser et au revêtement à y appliquer. Étant donné que le processus de fabrication de l’outil coupant compte plusieurs variables, il est possible de se tromper sur le choix du revêtement. Toutefois, vous pouvez réétudier les travaux à réaliser et choisir un revêtement efficace pour obtenir des résultats satisfaisants.
En résumé, ne serait-ce que pour leur résistance à la chaleur et à l’usure, les revêtements sont extrêmement utiles aux outils coupants. La combinaison de différents matériaux, tels que l’aluminium, le titane, le chrome ou le nitrure de silicium, dans un système de revêtement avec différentes techniques de stratification a contribué à la mise au point des revêtements actuellement disponibles. Le même concept a été repris pour améliorer davantage ces combinaisons et favoriser des innovations en matière de revêtements. Au final, la résistance à l’usure dans un outil coupant de la plupart des 92 éléments chimiques existants a été examinée, mais le déploiement d’efforts continus visant à créer de nouveaux revêtements signifie qu’il reste peu d’éléments avec lesquels composer. Ainsi, pendant que vous vous demandez quel revêtement est le mieux adapté à votre usage, l’industrie dans son ensemble se pose une autre question importante : est-il possible de créer de nouvelles combinaisons d’éléments à utiliser dans les revêtements d’outils coupants ? Quoi qu’il en soit, si le choix du revêtement adapté requiert de comprendre des procédés chimiques complexes, l’existence de géométries spécifiques de l’ISO au sein de l’industrie a permis d’éliminer la plupart les approximations et d’entamer la transition vers le stade où il ne sera plus nécessaire de se demander quel est le meilleur revêtement à utiliser pour la coupe.