L'usinage de l'acier exige des outils performants et une maintenance rigoureuse. Des pannes liées à une mauvaise gestion des inserts d'angle peuvent engendrer des coûts importants, en réparation, rebuts et temps d'arrêt.
Nous aborderons les mécanismes d'usure, les méthodes de détection précoce, les procédures de maintenance préventive et corrective, et les stratégies d'optimisation pour améliorer considérablement vos performances d'usinage. Nous mettrons l'accent sur des exemples concrets et des données chiffrées pour une meilleure compréhension.
Comprendre l'usure des inserts
L'usure des inserts d'angle est un phénomène progressif qui impacte directement la qualité de l'usinage et la durée de vie de l'outil. Une compréhension approfondie des mécanismes d'usure est indispensable pour une maintenance préventive efficace. Nous allons explorer les principaux types d'usure et identifier les facteurs qui les influencent.
Mécanismes d'usure des inserts carbure
Plusieurs mécanismes contribuent à l'usure des inserts en carbure. L'usure abrasive, résultant du frottement avec les particules du matériau usiné, est très courante. L'usure adhésive se produit lorsque le matériau usiné adhère à la surface de l'insert, entraînant des transferts de matière et des dommages. L'usure diffusionnelle, plus subtile, implique un échange d'atomes entre l'insert et le matériau, modifiant les propriétés de surface. Enfin, l'usure par érosion, causée par le fluide de coupe, et la fracture, liée à des chocs ou des surcharges, sont à prendre en compte.
Pour des inserts CNMG 120408-PM 432 de Sandvik Coromant utilisés pour l'usinage de l'acier inoxydable 316L, l'usure abrasive représente environ 60% de l'usure totale. L'usure adhésive et la fracture représentent respectivement 30% et 10% des cas observés. La géométrie précise de l'insert (angle de dépouille, rayon de pointe) ainsi que le revêtement TiCN influent sur ces pourcentages.
Facteurs influençant la vitesse d'usure
De nombreux paramètres influencent la vitesse d'usure des inserts. La vitesse de coupe, exprimée en mètres par minute (m/min), est un facteur crucial. Une vitesse trop élevée engendre une chaleur excessive, accélérant l'usure abrasive et adhésive. L'avance, mesurée en millimètres par tour (mm/tr), détermine la charge sur l'insert. Une avance trop importante provoque des surcharges et favorise les fractures. La profondeur de passe, en millimètres (mm), affecte également la charge et la température. Une profondeur trop importante peut surcharger l'insert et accélérer l'usure. La qualité de surface du matériau usiné, la présence d'inclusions et la nature du fluide de coupe sont d'autres facteurs importants.
- Vitesse de coupe optimale pour l'acier 316L : 100-150 m/min
- Avance optimale pour l'acier 316L : 0.15-0.25 mm/tr
- Profondeur de passe recommandée pour l'acier 316L : 0.5-1 mm
Détection précoce de l'usure des inserts
La détection précoce des signes d'usure est capitale pour minimiser les risques de rupture et maintenir une qualité d'usinage constante. Une inspection visuelle régulière est essentielle. On observe des changements de couleur (noircissement, coloration), des ébréchures sur les arêtes de coupe, un émoussement progressif, et une augmentation de la rugosité sur la surface usinée. Des outils de mesure précis, tels que des microscopes ou des rugosimètres, permettent une quantification de l'usure.
La surveillance des paramètres de coupe (force de coupe, consommation d'énergie) peut aussi servir d'indicateur. Une augmentation significative de la force de coupe ou de la consommation énergétique traduit souvent une usure significative. Des systèmes de surveillance prédictive, basés sur l'analyse vibratoire ou la thermographie infrarouge, offrent une solution plus sophistiquée pour la détection précoce des pannes.
Conséquences d'une usure non gérée
Ignorer les signes d'usure peut avoir des conséquences néfastes. Une qualité de surface dégradée conduit à des rebuts et des coûts supplémentaires de finition. Des forces de coupe excessives sollicitent la machine-outil, augmentant le risque de dommages mécaniques. La rupture de l'insert entraîne des temps d'arrêt importants et des coûts de réparation significatifs. Une usure importante peut aussi endommager la pièce usinée.
Par exemple, une rupture d'insert lors de l'usinage d'un composant critique peut entraîner un coût de réparation de 5000€, sans compter la perte de production, estimée à 1000€ de l'heure d'arrêt. Une inspection régulière et une maintenance préventive rigoureuse évitent de tels scénarios coûteux.
Procédures de maintenance préventive
La maintenance préventive est la clé pour optimiser la durée de vie des inserts et garantir un usinage de haute qualité. Voici les étapes essentielles pour une maintenance proactive.
Nettoyage régulier des inserts
Après chaque utilisation, il est crucial de nettoyer l'insert pour éliminer les copeaux et résidus qui peuvent accélérer l'usure ou contaminer les outils. L'air comprimé est généralement suffisant pour enlever les gros copeaux. Pour les résidus plus tenaces, des solvants spécifiques (adaptés au matériau de l'insert et respectueux de l'environnement) peuvent être utilisés. Éviter les brosses métalliques qui pourraient rayer la surface de l'insert.
Inspection visuelle et contrôle dimensionnel
Une inspection visuelle minutieuse doit être réalisée avant et après chaque utilisation. On recherche des signes d'usure (décoloration, ébréchures, fissures). Pour une quantification précise de l'usure, on peut effectuer un contrôle dimensionnel à l'aide d'un microscope ou d'un comparateur. Une usure supérieure à 0.05 mm peut justifier le remplacement de l'insert.
Lubrification et refroidissement
La lubrification et le refroidissement sont primordiaux pour contrôler la température de coupe et réduire l'usure. Un fluide de coupe approprié (émulsion eau-huile, huile soluble ou fluide synthétique) est nécessaire. Le choix dépend du matériau usiné, de la vitesse de coupe et des exigences de qualité de surface. La pression et le débit du fluide de refroidissement doivent être optimisés pour un refroidissement efficace. Une mauvaise lubrification peut accroître l'usure abrasive de 30% à 50%.
- Fluide de coupe conseillé pour l'acier 316L: Emulsion soluble à base synthétique.
- Température de coupe idéale : 20-30°C
Stockage approprié des inserts
Un stockage adéquat préserve l'intégrité des inserts. Les inserts doivent être stockés dans un endroit sec, propre et à l'abri des chocs. Ils doivent être protégés de la poussière, de l'humidité et de la corrosion. Un système d'organisation et d'étiquetage facilite la gestion des inserts et optimise leur utilisation.
Maintenance prédictive avancée (optionnel)
Des capteurs intégrés aux machines-outils permettent une surveillance en temps réel de l'état des inserts. Les données collectées (vibrations, température, force de coupe) permettent de prédire l'usure et d'optimiser la planification de la maintenance. Cette approche permet de réduire les temps d'arrêt imprévus.
Procédures de maintenance corrective
Même avec une maintenance préventive rigoureuse, le remplacement des inserts est inévitable. Voici les étapes à suivre pour assurer un remplacement efficace et sécurisé.
Remplacement des inserts usagés
Le remplacement d'un insert usé doit se faire avec précision et en suivant les instructions du fabricant. Il est important d'utiliser les outils appropriés (clés dynamométriques) pour garantir un serrage correct et éviter tout dommage. Un mauvais serrage peut entraîner des vibrations excessives et une usure prématurée. Il faut également veiller à ne pas endommager la plaquette lors du montage. Le remplacement nécessite un personnel formé et qualifié pour éviter les erreurs.
Gestion des déchets liés aux inserts
Les inserts usagés sont considérés comme des déchets dangereux en raison de leur composition. Il est donc important de respecter les réglementations environnementales lors de leur élimination. Les inserts doivent être collectés séparément et confiés à une société spécialisée dans le traitement des déchets industriels. Des filières de recyclage existent pour récupérer les matériaux précieux contenus dans les inserts.
Optimisation de la durée de vie des inserts
Plusieurs stratégies permettent d'améliorer la durée de vie des inserts et d'optimiser le processus d'usinage. Le choix adéquat de l'insert et l'optimisation des paramètres de coupe sont des facteurs clés.
Sélection appropriée des inserts
Le choix de l'insert dépend du matériau usiné, de la qualité de surface souhaitée et des conditions de coupe. Des inserts avec un revêtement adapté (ex: TiAlN pour une meilleure résistance à l'usure) améliorent la durée de vie et les performances. L'angle de dépouille, le rayon de pointe et la géométrie de l'insert sont autant de paramètres qui doivent être choisis en fonction de l'application.
Optimisation des paramètres de coupe
L'optimisation des paramètres de coupe (vitesse de coupe, avance, profondeur de passe) est essentielle pour maximiser la durée de vie de l'insert. Des simulations numériques ou des tests expérimentaux permettent de déterminer les paramètres optimaux pour chaque application. L'utilisation de logiciels de FAO (Fabrication Assistée par Ordinateur) permet une optimisation précise des trajectoires d'usinage et des paramètres de coupe.
Formation et qualification du personnel
Une formation adéquate du personnel est essentielle pour une manipulation sécurisée et une maintenance efficace des inserts. Les opérateurs doivent être formés aux procédures de montage, de démontage et de maintenance. Une formation continue permet d'acquérir les compétences nécessaires pour optimiser l'utilisation des inserts et minimiser les risques de pannes. Un investissement dans la formation est rapidement rentabilisé par une augmentation de la productivité et une réduction des coûts liés aux arrêts de production et aux rebuts.
En conclusion , une maintenance proactive et rigoureuse des inserts d'angle est essentielle pour garantir un usinage efficace, économique et de haute qualité. En appliquant les recommandations de cet article, vous améliorerez la durée de vie de vos inserts, réduirez vos coûts et optimiserez la productivité de vos opérations d'usinage.