Usinage d'acier à outils de haute précision
L'acier au carbone est un alliage principalement composé de fer et de carbone, dont la teneur en carbone varie généralement entre 0,041 et 2,51 TTP3T. Cette composition permet de classer l'acier au carbone en trois catégories : l'acier à faible teneur en carbone (généralement moins de 0,3% de carbone), l'acier à teneur moyenne en carbone (environ 0,3% à 0,6% de carbone) et l'acier à haute teneur en carbone (0,6% à 2,5% de carbone).
Propriétés d'usinage de l'acier à outils
Ce tableau reflète les pourcentages d'alliage standard, mais la teneur réelle peut varier en fonction du fabricant et des applications spécifiques.
| Grade d'acier à outils | Carbone (C) | Tungstène (W) | Molybdène (Mo) | Vanadium (V) | Chrome (Cr) | Cobalt (Co) | Manganèse (Mn) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| M2 | 0.85% | 6.35% | 5.00% | 1.85% | 4.15% | – | 0.30% |
| M42 | 1.10% | 1.50% | 9.50% | 1.15% | 3.75% | 8.00% | 0.30% |
| D2 | 1.50% | – | 0.60% | 0.90% | 11.50% | – | 0.60% |
| A2 | 1.00% | – | 1.00% | 0.25% | 5.25% | – | 1.00% |
| H13 | 0.40% | – | 1.25% | 1.00% | 5.25% | – | 0.40% |
| H11 | 0.36% | – | 1.50% | 0.60% | 5.00% | – | 0.40% |
Propriétés physiques des aciers pour outils d'usinage CNC
Cette version du tableau se concentre sur les propriétés qui ont un impact direct sur les performances et la durée de vie des aciers à outils dans des conditions opérationnelles, en particulier lors de l'usinage à grande vitesse ou à haute température.
| Grade d'acier à outils | Dureté (HRC) | Résistance (Joules) | Résistance à l'usure | Stabilité thermique | Conductivité thermique (W/m-K) |
|---|---|---|---|---|---|
| M2 | 60-65 | Moyen | Haut | Bon | 25-30 |
| M42 | 65-70 | Haut | Très élevé | Excellent | 20-25 |
| D2 | 55-62 | Faible | Très élevé | Juste | 15-20 |
| A2 | 57-62 | Haut | Haut | Bon | 18-22 |
| H13 | 50-55 | Très élevé | Haut | Excellent | 24-28 |
| H11 | 50-54 | Très élevé | Haut | Excellent | 23-27 |
Types et applications de l'acier à outils pour l'usinage CNC
Dans l'usinage CNC, différents types d'aciers à outils sont sélectionnés en fonction de leurs propriétés pour fabriquer divers composants. Voici quelques types d'aciers à outils typiques et les pièces spécifiques qu'ils servent à fabriquer :
Acier rapide (HSS)
Forets et fraises : L'acier rapide est largement utilisé pour la fabrication de forets et de fraises utilisés dans l'usinage CNC. Ces outils doivent résister à des températures élevées et à l'usure, qualités qu'offre l'acier rapide, ce qui leur permet d'effectuer des opérations de coupe précises et efficaces.
Tarauds et filières : L'acier rapide est également utilisé pour fabriquer des tarauds et des filières pour les opérations de filetage. Sa ténacité et sa dureté en font un outil idéal pour couper les filets dans les métaux sans perdre rapidement son tranchant.
Acier matricé
Outils de moulage par injection : L'acier pour moules est couramment utilisé pour fabriquer des moules de haute précision pour le moulage par injection. Sa résistance à l'usure et sa capacité à maintenir la stabilité dimensionnelle dans des conditions de pression et de température élevées en font un matériau adapté à la production de pièces plastiques complexes et détaillées.
Matrices d'emboutissage : Les matrices d'emboutissage en acier sont utilisées pour découper et façonner la tôle dans des formes spécifiques. La durabilité et la résistance de l'acier à matricer permettent à ces matrices de fonctionner dans des conditions de contraintes élevées, produisant des pièces avec une grande répétabilité.
Acier à outils (général)
Fraises à engrenages : Les aciers à outils sont utilisés pour fabriquer les fraises à engrenages, qui doivent être dures et résistantes à l'usure pour couper avec précision les dents des engrenages dans des matériaux tels que le laiton et l'acier.
Poinçons et matrices : Utilisés dans l'industrie de la tôle pour les opérations de poinçonnage, ces composants bénéficient de la dureté et de la ténacité élevées des aciers à outils, ce qui leur assure une longue durée de vie et une grande précision dans les environnements de fabrication en grande série.
Traitement de surface de l'usinage CNC de l'acier au carbone
Les traitements de surface sont appliqués pour augmenter la dureté de la surface, réduire le frottement et améliorer la résistance à la corrosion. Les traitements les plus courants sont les suivants
Nitruration
Ce procédé introduit de l'azote à la surface de l'acier, formant une couche dure et résistante à l'usure. Il est particulièrement utile pour les composants tels que les engrenages et les broches, qui sont soumis à une forte usure.
Carburation
En ajoutant du carbone à la surface, ce traitement augmente considérablement la dureté de la surface et la résistance générale à l'usure. Il est idéal pour les pièces soumises à de fortes contraintes telles que les arbres à cames et les vilebrequins.
Revêtement (par exemple, TiN, TiCN, AlTiN)
Ces revêtements réduisent considérablement le frottement et augmentent la dureté, ce qui permet d'augmenter les vitesses de coupe et de prolonger la durée de vie de l'outil. Ils sont excellents pour les forets et les fraises.
Traitement thermique
Les processus de traitement thermique tels que la trempe et le revenu sont utilisés pour ajuster la microstructure des aciers à outils, améliorant ainsi la ténacité, la dureté et la résistance à l'usure.
Trempe et revenu
Ce processus consiste à chauffer l'acier à une température élevée, puis à le refroidir rapidement (trempe) et à le réchauffer (revenu). Il en résulte un outil à la fois dur et résistant, adapté aux applications de coupe et de formage.
Recuit
Ce processus ramollit l'acier, ce qui le rend plus facile à usiner ou à former. Après l'usinage CNC, un recuit peut être effectué pour soulager les contraintes internes et améliorer l'usinabilité.