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Rien n'est trop beau pour la plaquette de coupe

Mirel Scherer
Usiner mieux et plus longtemps, telle est son humble fonction. Ses concepteurs mobilisent jusqu'au diamant pour améliorer son efficacité.

Qu'est-ce qui est carré, triangulaire ou rhombique, résiste à des températures extrêmes, à l'usure, aux déformations, est très tenace et peut s'attaquer à des métaux très durs durant des heures ? La petite plaquette de coupe jetable bien sûr ! Elle fait partie depuis des lustres de l'attirail classique de tout atelier de mécanique. Elle est si banale que l'on n'imagine pas la complexité de son processus de conception et de fabrication. La CAO (conception assistée par ordinateur) est devenue indispensable pour détecter la forme la plus adaptée. Mais un effort encore plus important est nécessaire en fabrication.

Pour mieux comprendre la complexité du processus, prenons l'exemple des plaquettes les plus traditionnelles, celles en carbure cémenté. Produit de la métallurgie des poudres, le carbure est fabriqué selon un processus minutieusement contrôlé. Sa structure et sa composition sont très importantes pour obtenir les performances attendues en usinage.

La fabrication des carbures comporte plusieurs étapes : production de la poudre, pressage des ébauches, frittage, traitement des plaquettes et revêtement. Chacune pourrait faire l'objet d'un livre entier ! Contentons-nous de savoir qu'en utilisant différents types de poudre de tungstène obtenue par réduction, on peut produire toute une variété de nuances adaptées à chaque type d'applications.

De vrais bijoux

La vaillante petite plaquette ne s'est pas arrêtée en si bon chemin. Elle a franchi un grand pas vers la fin des années 1960 avec l'apparition de carbures cémentés revêtus d'une très fine couche - quelques micromètres seulement - de carbure de titane. La vitesse de coupe et la durée de vie de l'outil ont été ainsi augmentées de manière spectaculaire. Ces carbures revêtus sont fabriqués par application des différentes couches par déposition chimique en phase vapeur.

Depuis quelques années, d'autres types de plaquettes encore plus sophistiquées sont apparus. Les céramiques, d'abord (à base de nitrure de silicium ou d'oxyde d'aluminium) et, plus récemment, le nitrure de bore cubique (CBN) et enfin le diamant polycristallin.

Le nitrure de bore cubique est fabriqué sous haute température et haute pression pour obtenir une liaison solide entre les cristaux de bore cubiques et le liant céramique ou métallique utilisé. Les plaquettes en CBN combinent une extrême dureté (jusqu'à 2 000 °C) avec une grande résistance à l'usure par abrasion et une bonne stabilité chimique pendant l'usinage.

Le diamant polycristallin, le matériau le plus dur, est le nec plus ultra. Ici de fins cristaux de diamant sont agglomérés par frittage sous une température et une pression élevées et disposés de manière aléatoire pour éviter les fissures. Les petites arêtes de coupe en diamant polycristallin sont soudées sur des plaquettes en carbure pour augmenter la tenue et la résistance aux chocs. Ce matériau trouve toutefois ses limites, car la température dans la zone de coupe ne doit pas dépasser, par exemple, les 600 °C.

LE SAVIEZ-VOUS ?

- Les premières plaquettes de coupe ont vu le jour au milieu des années 1950 avec la mise au point d'outils carbure non pas brasés mais fixés mécaniquement. On éliminait ainsi l'opération de brasage et, avantage considérable, les plaquettes pouvaient être réaffûtées séparément sur un équipement spécial. La naissance des plaquettes indexables et jetables a également éliminé les impératifs en matière d'homogénéité du carbure. Les efforts de développement purent ainsi se concentrer exclusivement sur les propriétés de coupe.

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