Rectification par poinçonnage : le travail invisible de nos meules !
Un outil de coupe qui change la donne !
Peter Probert, ingénieur d’application européen – Outils et Alfredo Barragan, ingénieur d’application d’entreprise, Saint-Gobain Abrasives
Dans l’environnement économique complexe d’aujourd’hui, il est plus important que jamais d’accroître les temps de cycle tout en réduisant les temps d’arrêt, et ce, quelle que soit l’application. La technologie des machines a évolué rapidement, permettant ainsi aux fabricants d’augmenter leur rendement. Toutefois, il est essentiel que la technologie abrasive progresse afin de garder la cadence, en proposant des outils de coupe répondant aux besoins d’un certain nombre d’industries conformément à la toute dernière technologie.
Dans cet article, nous examinons les développements de la technologie abrasive visant à satisfaire à ces demandes croissantes, d’après les résultats d’une série de tests réalisés par l’équipe d’ingénierie de Saint-Gobain Abrasives. Nous abordons également les avantages de la rectification par poinçonnage et le travail invisible de la meule de finition des surfaces lors de la fabrication d’outils de coupe.
Qu’est-ce que la rectification par poinçonnage ?La rectification par poinçonnage est une variante de la rectification par enlèvement, qui fait référence à la rectification cylindrique à haute vitesse d’ébauches rotatives. Cependant, lors de la rectification par poinçonnage, l’ébauche passe simultanément par deux meules opposées : une meule de dégrossissage et une meule de finition des surfaces. Cette méthode a traditionnellement été employée uniquement pour des tâches de niche, mais en raison de l’environnement susmentionné, elle est de plus en plus essentielle pour un certain nombre d’industries grâce à son temps de cycle réduit et à sa capacité à combiner les opérations. Cette technique constitue une option intéressante grâce à sa précision élevée et à sa capacité de produire des produits finaux complexes et de petite taille sans exiger de meule profilée. La meule d’ébarbage agit comme un outil à pointe unique sous contrôle CNC afin que vous puissiez changer de profil en toute facilité sans toutefois changer de meule. De plus, cette méthode est idéale pour les matériaux durs que l’usinage classique ne permet pas de gérer, et grâce à la baisse du coût du CBN, elle devient une solution plus économique. L’industrie automobile s’est tout particulièrement intéressée à la rectification par poinçonnage en raison de ses exigences de précision extrême face à des pièces de plus en plus complexes. | 
Lors de la rectification par poinçonnage, l’ébauche passe simultanément par deux meules opposées : une meule de dégrossissage et une meule de finition des surfaces. |
Technologie abrasive
Rollomatic a breveté la rectification par poinçonnage à l’aide de ses machines à meuler ShapeSmart en vue de réduire le nombre d’opérations requises lors de la préparation des ébauches, mais aussi de diminuer les délais en réponse aux demandes du marché. Afin de garder la cadence face à ces améliorations de machines, la technologie abrasive a dû évoluer rapidement. Grâce à des études techniques, Saint-Gobain Abrasives a créé des solutions améliorées destinées à garantir des vitesses d’avance optimales sur les pièces les plus élevées par réparation sur le marché de la préparation d’ébauches d’outils de coupe. Afin d’atteindre ces résultats, les ingénieurs d’application de Norton ont observé bon nombre de facteurs lors de l’utilisation d’une approche d’ingénierie visant à créer des meules optimales pour la rectification par poinçonnage.
La préparation d’ébauches de carbure solide brut pour le marché des outils de coupe requiert deux objectifs principaux : nous devons tout d’abord atteindre des dimensions géométriques précises sur l’ébauche, mais nous souhaitons également proposer des exigences de finition de surface serrées. La préparation d’ébauches consiste généralement à dégrossir et polir les ébauches placées individuellement sur des meules sans centre et des meules cylindriques plongée ou oscillantes extérieures. Ces opérations à étapes multiples peuvent être chronophages et coûteuses pour les fabricants d’outils de coupe. Dans certains cas, les fabricants doivent envoyer et sous-traiter les ébauches à un tiers, ce qui exige du temps et des coûts supplémentaires.
Appuis stables d’un bloc en V pour la rectification par poinçonnage | Rectification par poinçonnage : deux étapes en une Toutefois, en utilisant la technique de rectification par poinçonnage, il est possible d’éliminer le processus en deux étapes. Grâce à une configuration de meules d’ébarbage opposées, à un appui stable d’un bloc en V placé sous la pièce et à un rouleau en acier installé sur le dessus, il est possible d’atteindre des taux d’enlèvement de matière incroyables tout en maintenant une excellente concentricité de pièces, un faible faux-rond, ou même les deux. Cette technologie de rectification par poinçonnage a véritablement changé la donne lors de la préparation d’ébauches d’outils de coupe, et ce, grâce à plusieurs avantages, dont la demande en faveur d’une meilleure préservation des angles par la meule de dégrossissage et des rapports de vitesse optimums entre la meule et l’ébauche. |
| Lors de la rectification par poinçonnage, les meules de dégrossissage et de finition des surfaces meulent les pièces simultanément, la meule de finition étant placée après la meule de dégrossissage. Cela signifie que les deux opérations sont réalisées au même taux d’avance transversal. La profondeur de coupe du dégrossissage et de la finition des surfaces étant prédéfinie, toute matière non retirée par la meule de dégrossissage est « récupérée », puis nettoyée par la meule de finition située derrière. Cela se produit suite à la rupture de l’angle de la meule et à la perte de rayon subies par la meule de dégrossissage, comme on peut le voir sur les images illustrant l’angle d’une meule de dégrossissage avant et après la rectification par poinçonnage de centaines d’ébauches. | 
Rayon initial de l’angle de la meule de dégrossissage : 0,05 mm | 
Rayon final de l’angle de la meule de dégrossissage : 0,5 mm |
Le travail invisible de la meule de finition des surfaces
Les meules de finition des surfaces utilisées pour la rectification par poinçonnage présentent généralement une granulométrie comprise entre 800 et 1 200, ce qui représente une taille moyenne de particules de diamant de 5 µm. Lors de nos tests, la profondeur de coupe définie pour la meule de finition des surfaces était d’environ 0,05 mm radialement. La rupture d’angle de la meule subie par la meule de dégrossissage a provoqué une hausse significative de la profondeur de coupe réelle par rapport à la valeur attendue de 0,05 mm, un travail « invisible » à l’œil nu. La multiplication par deux du volume de travail de la meule de finition des surfaces générera une force nettement supérieure par grain abrasif dans la meule de finition. Ceci donnera lieu à une production de chaleur excessive, provoquant ainsi une perte de forme de la meule de finition due à une déformation du liant, qu’il convient d’éviter. Cet objectif peut être atteint en choisissant le bon rapport de vitesse d’utilisation entre la pièce à usiner et la meule de dégrossissage.
Un autre exemple de ce travail « invisible » réalisé par la meule de finition des surfaces concerne la génération de surface. Les variations présentes sur l’état de surface créées par la meule de dégrossissage peuvent également affecter le fini obtenu par la meule de finition des surfaces. Le fini dû à la meule de dégrossissage n’est pas toujours remarqué, et là encore, est généralement optimisé par la meule de finition. Plus le fini produit par la meule de dégrossissage est de bonne qualité et plus le travail de la meule de finition est limité, ce qui signifie que sa durée de vie sera supérieure.
Une vitesse de surface de rectification plus rapide (un nombre de tr/min supérieur de la meule d’ébarbage) produira de plus petits éclats, générant ainsi un état de surface plus fin sur la pièce. Lors de la rectification cylindrique, il est également important de surveiller le rapport de vitesse entre la meule de dégrossissage et les ébauches rectifiées. Cette valeur est calculée en identifiant le rapport entre la vitesse m/s de la meule d’ébarbage et la vitesse m/s de la pièce à usiner. Une règle empirique pour la rectification cylindrique de pièces similaires consiste à maintenir le rapport de vitesse à environ 100:1.
Les trois images d’états de surface montrent comment des modifications de la vitesse d’utilisation de la meule et de la pièce à usiner peuvent affecter le fini sur une ébauche de carbure de tungstène (meule de dégrossissage uniquement). Concernant la pièce illustrée sur ces images, l’état de finition le plus fin a été obtenu à une vitesse de meule de dégrossissage supérieure de 50 m/s. La vitesse inférieure de la meule de dégrossissage a généré des éclats de plus grande taille ; par conséquent, des crêtes et des creux plus conséquents sur la surface de l’ébauche. Ceci entraîne des enlèvements de matière légèrement plus agressifs requis de la part de la meule de finition des surfaces, qui peuvent s’accumuler et atteindre quelques centaines de pièces.
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Vitesse de la meule : 50 m/s Vitesse de travail : 0,5 m/s Rapport : 100:1 L’état de surface le plus fin a été obtenu à un rapport de vitesse de 100. | Vitesse de la meule : 40 m/s Vitesse de travail : 0,5 m/s Rapport : 80:1 La vitesse de travail a été maintenue, mais la vitesse de la meule a été réduite, produisant ainsi un rapport de vitesse inférieur de 20 % et un fini médiocre. | Vitesse de la meule : 40 m/s Vitesse de travail : 0,35 m/s Rapport : 114:1 Ce fini de piètre qualité a été atténué en réduisant la vitesse de travail et en augmentant le rapport de vitesse à 114. |
Comme on peut le voir, la rectification par poinçonnage offre un certain nombre d’avantages, et non des moindres, comme en témoigne le travail invisible de la meule de finition des surfaces. En réalisant la rectification d’ébauches d’outils de coupe en une seule étape et non plus deux, les fabricants peuvent économiser du temps et de l’argent, tout en obtenant un état de surface de meilleure qualité.