Quels sont les meilleurs outils de coupe pour les matériaux composites modernes ?

Irvine, Californie, États-Unis - Mannheim, Allemagne

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Quels sont les meilleurs outils de coupe pour les matériaux composites modernes ?

Dans diverses industries modernes telles que l'aérospatiale, l'automobile, les énergies renouvelables et les articles de sport, l'utilisation de matériaux composites avancés tels que les polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC), la fibre de verre, le kevlar et les stratifiés hybrides est très importante. Ces matériaux ont un rapport poids/résistance très élevé, résistent bien à la corrosion et permettent une bonne flexibilité de conception, mais leur usinage représente un grand défi. Leurs fibres très dures et abrasives, leur construction en couches et leur tendance à la délamination exigent desoutils de coupe pour composites spécialement conçus pour offrir la précision et la durabilité requises.

Le choix d'outils de coupe appropriés est essentiel, non seulement pour obtenir des coupes belles et précises, mais aussi pour prolonger la durée de vie des outils, réduire les rebuts et améliorer l'efficacité de la production. Voici les meilleurs types d'outils et les meilleures technologies disponibles pour l'usinage des matériaux composites d'aujourd'hui.

1. Outils de coupe revêtus de diamant : La norme industrielle pour les composites abrasifs

Les revêtements diamantés, en particulier les revêtements diamantés polycristallins (PCD) et les revêtements diamantés par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), sont la norme pour l'usinage de précision des composites modernes.

Les outils à revêtement diamant sont les meilleurs pour les raisons suivantes.

• La dureté extrême défie l'usure causée par les fibres de carbone et de verre.

• L'excellente résistance à la chaleur permet aux outils de fonctionner de manière constante, même à des vitesses de broche très élevées.

• Des arêtes de coupe ultra tranchantes qui évitent la délamination et l'effilochage dus à la coupe au laser.

• La durée de vie de l'outil est longue, ce qui constitue une grande différence par rapport au carbure dans les applications à forte demande.
  

Meilleures utilisations

• Détourage de composants en CFRP

• Détourage de stratifiés de qualité aérospatiale

• Usinage automatisé en grande quantité
  

Pour les fabricants qui utilisent les outils de coupe CNC , les fraises, forets et fraises en bout diamantés sont indispensables lorsque la précision et la longévité sont importantes.

2. Outils en diamant polycristallin (PCD) : Outils de coupe haute performance pour la production en grande série

Les outils PCD sont fabriqués par frittage de particules de diamant en une masse solide, ce qui produit une arête de coupe incroyablement durable. Ils entrent dans la catégorie des outils de coupe à haute performance, en particulier dans les applications où le matériau de la pièce à usiner use rapidement les fraises traditionnelles.

Avantages

• Résistance exceptionnelle à l'usure dans les environnements abrasifs
  

• Finition de surface constante sur de longs cycles de production
  

• Géométries d'outils personnalisées pour une coupe sans délamination
  

Applications

Les outils de coupe PCD excellent dans :

• Composants structurels aérospatiaux

• Usinage des pales d'éoliennes

• Panneaux de carrosserie en fibre de carbone pour l'automobile
  

Leur rigidité et leur longévité les rendent idéaux pour les cellules d'usinage robotisées et les lignes CNC automatisées où les changements d'outils doivent être réduits au minimum.

3. Outils en carbure avec revêtements avancés : L'option rentable

Si les outils diamantés sont des solutions haut de gamme, les outils en carbure revêtus restent largement utilisés pour l'usinage de faibles volumes ou de matériaux mixtes. Les revêtements modernes tels que TiAlN, TiCN et DLC (diamond-like carbon) améliorent la résistance à l'usure et la stabilité de la coupe.

Les avantages

• Plus rentable que le PCD ou le diamant CVD
  

• Bonne performance sur les composites plus souples
  

• Résistance à l'accumulation et à la production de chaleur
  

Ces diamants sont particulièrement utiles dans les ateliers qui usinent les matériaux composites par intermittence et qui recherchent un équilibre entre performance et coût.

4. Défonceuses à fraise pour la fibre de verre et les composites souples

Les défonceuses pour composites de type fraise sont constituées de multiples arêtes de coupe cannelées destinées à meuler plutôt qu'à couper les fibres. Cette action de meulage maintient les fibres attachées au matériau, ce qui permet d'obtenir une très bonne qualité de surface sur certains matériaux.

Utilisation exceptionnelle

• Feuilles de fibre de verre

• Types de nids d'abeille

• Plastiques renforcés de fibres courtes

Les fraises ont les mêmes avantages que les diamants, mais elles ne sont pas aussi durables que ces derniers. Toutefois, elles permettent d'obtenir une coupe nette et sont compatibles avec les installations d'usinage CNC.

5. Défonceuses à compression pour des bords propres et sans délamination

Les défonceuses à compression ont des géométries de goujures différentes (la partie inférieure a une coupe vers le haut tandis que la partie supérieure a une coupe vers le bas) et elles compriment les couches composites vers l'intérieur lorsqu'elles les coupent.

Avantages

• Le décollement et l'effilochage sont fortement réduits

• Les matériaux stratifiés ont une meilleure qualité de bord.

• Les pièces composites finies peuvent être parfaitement découpées.

Ceci est particulièrement utile dans le cas de panneaux stratifiés en PRFC destinés à être utilisés dans les secteurs de l'aéronautique et du sport automobile.

6. Forets en carbure monobloc avec optimisation de la géométrie des pointes

Le perçage des matériaux composites peut conduire à la délamination, à l'éclatement et à la rupture des fibres si l'on n'utilise pas les bons outils. Aujourd'hui, les forets en carbure monobloc destinés aux composites présentent plusieurs avantages forets en carbure mon obloc destinés aux composites :

Géométrie de pointe de l'embout

Pointes à double angle

Arêtes pour briser les copeaux

Avantages

• Moins d'effilochage du côté de la sortie

• Diamètres de trous plus précis

• Meilleure qualité de l'alésage

Utilisés avec les outils de coupe CNC automatisés, ces forets peuvent créer des trous de qualité aérospatiale répondant aux exigences de tolérance les plus strictes.

7. Brise-copeaux et outils de coupe dentelés pour la réduction de la chaleur

L'usinage des matériaux composites n'est pas comparable au processus traditionnel de coupe des métaux, car il ne produit pas de copeaux métalliques ; les principaux sous-produits sont des fibres et de la poussière. L'utilisation d'arêtes dentelées ou de type brise-copeaux sur les outils permet de diviser les fibres en minuscules particules, ce qui réduit l'accumulation de chaleur et évite le blocage de l'outil.

Pourquoi ils sont importants

• Réduction de l'impact thermique sur l'arête de coupe

• Réduction des coûts de remplacement de l'outil

• Efficacité de coupe globale plus élevée

Ces outils particuliers trouvent une application maximale dans l'usinage d'empilages composites épais ou de matériaux riches en résine qui risquent de coller aux fraises standard.

8. Outils de coupe à ultrasons : L'alternative avancée

L'usinage par ultrasons est de plus en plus apprécié pour sa capacité à couper des matériaux résistants en utilisant très peu de force. L'outil effectue des mouvements vibratoires à des fréquences ultrasoniques, ce qui réduit considérablement le frottement.

Avantages

• Arêtes plus nettes, pratiquement sans délamination et avec une adhérence parfaite

• Moins d'usure de l'outil

• Découpe de précision des composites fragiles

Les systèmes à ultrasons sont certes coûteux, mais ils représentent l'avenir de l'usinage des composites dans les applications nécessitant une précision extrême.

Choisir le meilleur outil pour votre matériau composite

Le choix des outils de coupe pour matériaux composites dépend fortement du matériau composite spécifique à usiner :

Les matériaux composites contemporains nécessitent des solutions d'usinage de pointe. Qu'il s'agisse d' outils de coupe à haute performance, tels que des outils diamantés, PCD ou CVD, par le biais d'une CNC automatisée à grande vitesse , ou d'ébarbage manuel, la sélection de ces outils de coupe à haute performance - allant des outils diamantés, PCD aux fraises à compression et aux fraises à ultrasons - garantira les meilleurs résultats. Les outils les plus appropriés ont la plus longue durée de vie, résistent le mieux à la chaleur et sont façonnés en fonction des caractéristiques physiques particulières des composites. En utilisant desoutils de coupe en composite, les fabricants doublent non seulement leur productivité et leur précision, mais profitent également d'une meilleure qualité des pièces et d'une réduction des coûts d'outillage à long terme.