MANUEL D'USINAGE GARANT

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1 MANUEL D'USINAGE GARANT PERCAGE. FILETAGE. LAMAGE. ALESAGE. SCIAGE. FRAISAGE. TOURNAGE. MOLETAGE. SERRAGE

2 OUTILS D'USINAGE ROBUSTES DE A à Z PERCAGE ARÊTES FIXES PERCAGE ARÊTES AMOVIBLES Groupes d'articles GARANT Forets en HSS et HSS/E GARANT Forets en carbure monobloc et PCD Avantages Utilisation universelle, même pour les matières difficilement usinables Perçage hautesperformances grâce à la géométrie de coupe spéciale Perçage jusqu'à 12 x D et arrosage interne Perçage dur ainsi que fontes et aluminiums Groupes d'articles SECO Forets à tête de perçage KOMET Forets à plaquettes KOMET Forets-aléseurs Avantages 3xD et 5xD (avec tête à chanfreiner) Utilisation universelle Perçage dur Utilisation dans des conditions de perçage difficiles Utilisation statique ou rotative Utilisation universelle KOMET Têtes à aleser Utilisation universelle

3 TARAUDAGE FILETAGE PAR FRAISAGE CHANFREINAGE / LAMAGE Groupes d'articles GARANT Filetage HSS/E GARANT Filetage carbure monobloc GARANT Taraudage par déformation GARANT Filetage par fraisage Avantages Utilisation universelle Maniement aisé Choix et classement sûrs grâce aux bagues de couleur Filetage dur Filetage sans copeaux Filetage par fraisage d'avant-trous pour la réalisation de toutes les tailles de filetage également pour machines UGV Groupes d'articles GARANT Fraises à chanfreiner en HSS GARANT Fraises à chanfreiner en carbure GARANT Fraises à lamer DIN Fraises à lamer modulaires Avantages Utilisation universelle Dans matières trempées lamage fontes et aluminium Utilisation universelle Réalisation de trous étagés et de chanfreinages hors norme Arrosage central

4 OUTILS D'USINAGE ROBUSTES DE A à Z ALÉSAGE SCIAGE Groupes d'articles GARANT Alésoirs en HSS/E GARANT Alésoirs CN en HSS/E et carbure monobloc GARANT Alésage carbure monobloc Avantages Utilisation universelle Exécution adaptée CN Utilisation dans des mandrins expansibles hydrauliques ou HG Précision de concentricité élevée Alésage dans matières trempées fontes et aluminium Groupes d'articles GARANT Sciage circulaire à métaux HSS GARANT Sciage circulaire à carbure rapporté RÖNTGEN Lames de scie bimétal et HSS RÖNTGEN Lames de scie en carbure Avantages Utilisation universelle Denture très puissante pour machines rapides pour le sciage de l'aluminium Utilisation universelle Dentures et forme de dent suivant utilisation. Pour plastiques / métaux non ferreux jusqu'aux aciers fortement alliés Sciage hautes performances

5 FRAISAGE TOURNAGE Groupes d'articles GARANT Fraisage HSS et HSS/E GARANT Fraises en acier fritté GARANT Fraises en carbure monobloc SECO Système de fraisage Minimaster GARANT Fraises à plaquettes SECO Fraises à plaquettes GARANT Fraises à plaquettes Avantages Egalement pour matières difficilement usinables Fraisage à sec et mat. difficilement usinables HPC, fraisage UGV et dur, fraisage à sec, fraisage par copiage et fraisurage Combinaison optimale queue/tête de coupe Utilisation universelle pour le fraisage en plongée / surfaçage / dressage. Plaquettes ISO Porte-outils avec arrosage interne Surfaçage et dressage Fraisage de rainures en T Fraisage 3 tailles Utilisation universelle Angle progressivement réglable de 10 à 80 Groupes d'articles GARANT Tournage ISO GARANT/SECO Tronçonnage SECO Usinage de gorges MDT SECO Tournage ISO KOMET Tournage de finition Uni Turn GARANT Filetage au tour Avantages Utilisation universelle Plaquettes polies pour aluminium Tournage dur avec CBN Tournage dur et de fontes avec céramique Tournage de finition Utilisation universelle Système pour le tournage longitudinal, le dressage, le copiage, le rainurage et le tronçonnage Utilisation universelle Géométrie Wiper Tournage d'extrême finition pour alésages à partir de Ø 3 mm Filetage intérieur et extérieur avec plaquettes de 11, 16 et 22

6 OUTILS D'USINAGE ROBUSTES DE A à Z MOLETAGE SERRAGE Groupes d'articles Avantages Groupes d'articles Avantages Moletage par déformation Utilisation universelle Porte-outils SA Pour usinage traditionnel et UGV Moletage par fraisage Porte-molettes réglables Pour tours conventionnels Pour tours CNC Porte-outils HSK Porte-outils de précision GARANT Mandrins de précision Mandrins expansibles hydrauliques Mandrins de haute précision HG Mandrins de frettage Pour usinage de précision et UGV Concentricité optimale, durée de vie maximale de l'outil, pour usinage UGV

7 Sommaire 1. Groupes de matières Matières ferreuses, métaux non ferreux, plastiques 2. Principes de base Matières, usinabilité, techniques de fabrication modernes, matières de coupe et revêtements 3. Perçage avec arêtes fixes et avec arêtes amovibles Valeurs d'usinage, efforts, temps machine, profondeurs de perçage / préperçage, résultat de perçage, acier rapide, carbure monobloc, plaquettes, valeurs indicatives d'utilisation 4. Filetage Calculs, filetage, taraudage par déformation, filetage à la fraise,valeurs indicatives d'utilisation 5. Lamage Valeurs d'usinage, efforts, temps machine, exécutions, valeurs indicatives d'utilisation 6. Alésage Valeurs d'usinage, efforts, temps machine, exécutions, tolérances de surfaces, valeurs indicatives d'utilisation 7. Sciage Calculs, sciage circulaire, sciage ruban, valeurs indicatives d'utilisation 8. Fraisage Calculs, acier rapide, carbure monobloc, plaquettes, valeurs indicatives d'utilisation 9. Tournage/moletage Calculs, tournage extérieur, tournage intérieur, filetage au tour, tronçonnage, usinage de gorges, valeurs indicatives d'utilisation 10. Serrage Equilibrage, serrage d'outils, porte-outils SA, porte-outils HSK, porte-outils VDI Informations Liste de formules, index Toutes les indications de ce manuel d'usinage doivent être prises sous toutes réserves et considérées comme recommandations d'utilisation. Groupes de matières Serrage Tournage/moletage Fraisage Sciage Alésage Lamage Filetage Perçage Principes de base Informations

8 MANUEL D USINAGE GARANT Sommaire Groupes de matières Répartition dans les groupes de matières GARANT Dénomination des matières Systèmes de désignation des aciers et des fontes Systèmes de désignation des métaux non ferreux Identification des matières à mouler thermoplastiques 50 Matières ferreuses Aciers Classification des aciers Influence de l'usinabilité des aciers Usinabilité en fonction de la teneur en carbone Usinabilité en fonction des éléments d'alliage Usinabilité en fonction du traitement thermique Usinabilité de divers types d'aciers Fontes Classification des fontes Usinabilité des fontes 61 Métaux non ferreux Aluminium et alliages d'aluminium Classification des alliages d'aluminium Usinabilité des alliages d'aluminium Magnésium et alliages de magnésium Titane et alliages de titane Cuivre et alliages de cuivre Alliages à base de nickel Alliages à base de cobalt 75 Plastiques Classification des plastiques Thermoplastiques Résines thermodurcissables Elastomères Elastomères thermoplastiques (TPE) Plastiques renforcés de fibres (FVK) Plastiques renforcés de fibres de verre (GFK) Plastiques renforcés de fibres de carbone (CFK) Identification, propriétés et désignations des plastiques Usinabilité des plastiques Usinabilité des thermoplastiques et des résines thermodurcissables Usinabilité des plastiques renforcés de fibres (FVK) 85 8

9 Matières Matières 5 Evaluation des propriétés par essai de dureté des matières Essai de dureté des métaux Procédures d'essai de dureté statiques Comparaison des duretés Essai de dureté des plastiques Dureté à la pénétration de la bille pour les plastiques durs Dureté Shore pour les plastiques tendres 90 Tableau des désignations DIN / AFNOR DIN AFNOR DIN AFNOR St 37-2 E 24-2 X36 CnMo 17 Z30 CDV17 St 50-2 A 50-2 X100 CnMo V51 Z100 CDV5 St 60-2 A CnMo 55 NCDV7 9 S 20 S 250 X210Cr12 Z200 C12 9 S MnPb 28 S 250 Pb X40 CnMo V51 Z40 CDV5 35 S MFG X155Cr VMo12 1 Z160 CDV12 45 S MF4 X210 CrW 12 Z210 CW S MnPb 36 S 300 Pb 45 NiCr 6 45 NCD6 60 S MF4 50 NiCr NCD13 C22 XC 25 X 45 NiCrMo 4 Z45 NCD4 C35 XC 38 S Z80 WKCV Ck 35 XC 32 S6-5-2 (DMo 5) Z90 WDKCV C 45 XC St7 38 S7 Ck 45 XC CrV 4 51 CV4 36 Mn 5 35 M5 X14 Cr Mo S17 Z13 CF17 Ck 60 XC 60 X8 Cr Mi S 18-9 Z6 CN Cr2 38 Cr2 X6 Cr13 Z8 C12 28 Cr4 28 Cr4 X6 CrAl 13 Z8 CA12 25 CrMo 4 25 CD4 X6 Cr 17 Z8 C17 34 CrNiMo 6 35 NCD 6 X6 CrMo 17-1 Z8 CD CrMo 4 35 CD4 X6 Cr Ti 17 Z3 CT CrMo 4 42 CD4 X6 Cr Ti 12 Z3 CT 12 C 15 XC 18 X 5 CrNi Z7 CN Ck 15 XC 15 X5 CrNl Z5 CN FF 15CrNi6 16 NC6 X2 CrNi Z3 CN MoCr 5 20 NC5 X5CrNiMo Z7 CND (316) 15 CrMo 5 12 CD4 GX2 CrNiMo Z3 CND (316L) 34 CrAlMo 5 30 CAD 6.12 X2CrNiMo Z3 CND (316L) 31 CrMo V9 30 CD9 X5CrNiMo Z6 CND (316) 40 CrMnMoS CD4 X2CrNiMo Z3 CND (317L) 9

10 MANUEL D USINAGE GARANT 1. Groupes de matières 1.1 Répartition dans les groupes de matières GARANT Le tableau 1.1 dresse un aperçu de la répartition des matières dans différents groupes. Le tableau 1.2 en page suivante présente les caractéristiques des matières, leur composition chimique, leurs domaines d'utilisation et des données permettant de calculer l'effort de coupe. Groupe Remarque Page Aciers de construction généraux jusqu'à 500 N/mm 2 12 Aciers de construction généraux de N/mm 2 12 Aciers de décolletage jusqu'à 850 N/mm 2 12 Aciers de décolletage de N/mm 2 13 Aciers pour traitement thermique non alliés jusqu'à 700 N/mm 2 Aciers pour traitement thermique non alliés de N/mm 2 Aciers pour traitement thermique non alliés de N/mm 2 Aciers pour traitement thermique alliés de N/mm 2 14 Aciers pour traitement thermique alliés de N/mm Aciers de cémentation non alliés jusqu'à 750 N/mm Aciers de cémentation alliés jusqu'à 1000 N/mm 2 16 Aciers de cémentation alliés supérieurs à 1000 N/mm 2 16 Aciers nitrurés jusqu'à 1000 N/mm 2 16 Aciers nitrurés supérieurs à 1000 N/mm 2 17 Aciers à outils jusqu'à 850 N/mm 2 Aciers à outils de N/mm 2 Aciers à outils supérieurs à 1100 N/mm Aciers rapides de N/mm Aciers trempés de HRC Aciers trempés de HRC Aciers trempés de HRC Tableau 1.1 Répartition des matières dans les groupes GARANT

11 Matières Tableau 1.1 Répartition des matières dans les groupes GARANT (suite) Groupe Remarque Page Acier inoxydable résistant aux acides de 1350 N/mm 2 20 Acier inoxydable résistant aux acides de 1800 N/mm Aciers à ressorts jusqu'à 1500 N/mm Aciers inoxydables sulfurés jusqu'à 700 N/mm 2 Aciers inoxydables austénitiques jusqu'à 700 N/mm 2 Aciers inoxydables austénitiques jusqu'à 850 N/mm 2 Aciers inoxydables martensitiques/ferritiques jusqu'à 1100 N/mm Alliages spéciaux jusqu'à 1200 N/mm Fonte jusqu'à 180 HB (GG) Fonte à partir de 180 HB (GG) Fonte (graphite sphéroïdal, fonte malléable) à partir de 180 HB (GGG, GT) Fonte (graphite sphéroïdal, fonte malléable) à partir de 260 HB Titane, alliages de titane jusqu'à 850 N/mm 2 29 Titane, alliages de titane de N/mm 2 30 Aluminium, alliages d'aluminium jusqu'à 530 N/mm 2 Aluminium, alliages de fonte d'aluminium < 10 % Si jusqu'à 600 N/mm 2 Aluminium, alliages de fonte d'aluminium > 10 % Si jusqu'à 600 N/mm Magnésium, alliages de magnésium Cuivre faiblement allié jusqu'à 400 N/mm 2 Laiton à copeaux courts jusqu'à 600 N/mm 2 Laiton à copeaux longs jusqu'à 600 N/mm 2 Bronze à copeaux courts jusqu'à 600 N/mm 2 Bronze à copeaux courts de N/mm 2 Bronze à copeaux longs jusqu'à 850 N/mm 2 Bronze à copeaux longs de N/mm Graphite Thermoplastiques et résines thermodurcissables Plastiques renforcés de fibres

12 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m 1.0 Aciers de construction généraux jusqu'à 500 N/mm² Résistance Composition chimique [%] Utilisation E , ,17 C ; 1,4 Mn ; 0,045 P ; 0,045 S ; 0,009 N Acier de construction général 1.1 Aciers de construction généraux de N/mm² A , ,17 C ; 1,4 Mn ; 0,045 P ; 0,045 S ; 0,009 N Acier de construction général A , ,17 C ; 1,4 Mn ; 0,045 P ; 0,045 S ; 0,009 N 2.0 Aciers de décolletage jusqu'à 850 N/mm² Acier de construction général S , ,13 C ; 0,05 Si ; 0,6-1,2 Mn ; 0,1 P ; 0,18-0,25 S Pièces cémentées fabriquées en grande série pour l'industrie automobile S 250 Pb , ,14 C ; 0,9-1,3 Mn ; 0,27-0,33 S ; 0,15-0,35 Pb Pièces fabriquées en grande série pour l'industrie automobile (usinage idéal avec ajout de Pb) MFG , ,32-0,39 C ; 0,1-0,3 Si ; 0,7-1,1 Mn ; 0,18-0,25 S Pièces fabriquées en grande série de résistance moyenne pour l'industrie automobile MF , ,42-0,5 C ; 0,1-0,3 Si ; 0,7-1,1 Mn ; 0,18-0,25 S Pièces fabriquées en grande série de résistance supérieure pour l'industrie automobile S 300 Pb , ,15 C ; 0,1-0,3 Si ; 1,1-1,5 Mn ; 0,1 P ; 0,34-0,4 S ; 0,15-0,35 Pb Pièces fabriquées en grande série pour l'industrie automobile (usinage idéal avec ajout de Pb) 12

13 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc Aciers de décolletage de N/mm² Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation MF , ,57-0,65 C ; 0,1-0,3 Si ; 0,7-1,1 Mn ; 0,06 Pmax ; 0,18-0,25 S Pièces fabriquées en grande série de résistance maximale, industrie automobile, construction mécanique, d'appareils et d'instruments 3.0 Aciers pour traitement thermique non alliés jusqu'à 700 N/mm² XC , ,17-0,24 C ; 0,4 Si ; 0,4-0,7 Mn ; 0,4Cr ; 0,4 Ni ; Pièces faiblement sollicitées XC , ,32-0,39 C ; 0,4 Si ; 0,5-0,8 Mn ; Pièces plus fortement sollicitées 0,4 Cr ; 0,4 Ni XC , ,32-0,39 C ; 0,4 Si ; 0,5-0,8 Mn ; 0,4 Cr ; 0,4 Ni 3.1 Aciers pour traitement thermique non alliés de N/mm² XC , ,42-0,5 C ; 0,4 Si ; 0,5-0,8 Mn ; 0,4 Cr ; 0,4 Ni Pièces plus fortement sollicitées dans la construction mécanique et automobile générales Pièces moyennement sollicitées XC , ,42-0,5 C ; 0,5-0,8 Mn ; 0,1 Mo ; 0,4 Ni Pièces moyennement sollicitées dans la construction mécanique et automobile générales 13

14 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance 3.2 Aciers pour traitement thermique non alliés de N/mm² Composition chimique [%] Utilisation M , ,32-0,4 C ; 0,4 Si ; 1,2-1,5 Mn ; 0,035 P ; 0,035 S XC , ,57-0,65 C ; 0,4 Si ; 0,6-0,9 Mn ; 0,4 Cr ; 0,4 Ni 4.0 Aciers pour traitement thermique alliés de N/mm² CR , ,35-0,42 C ; 0,5-0,8 Mn ; 0,4-0,6 Cr ; 0,4 Simax ; 0,035 Pmax ; 0,035 Smax CR , ,24-0,31 C ; 0,6-0,9 Mn ; 0,9-1,2 Cr ; 0,4 Simax ; 0,035 Pmax ; 0,030 Smax 4.1 Aciers pour traitement thermique alliés de N/mm² CD , ,22-0,29 C ; 0,6-0,9 Mn ; 0,9-1,2 Cr ; 0,15-0,3 Mo NCD , ,3-0,38 C ; 0,4 Si ; 0,5-0,8 Mn ; 0,035 P ; 0,035 S ; 1,3-1,7 Cr ; 0,15-0,3 Mo ; 1,3-1,7 Ni Pièces de résistance supérieure pour la construction mécanique générale Pièces pour contrainte élevée dans la construction mécanique et automobile générales Pièces fortement sollicitées dans la construction mécanique, automobile et de moteurs, par ex. organes de transmission, axes, arbres Petites pièces plus fortement sollicitées dans la construction mécanique, automobile et de moteurs, par ex. roues d'engrenage, arbres d'entraînement Pièces dans la construction automobile, fusées d'essieu, corps d'essieu, pièces de turbine Pièces très résistantes à l'usure dans la construction automobile et de moteurs, vilebrequins, pièces de commande et organes de transmission 14

15 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 4.1 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance 4.1 Aciers pour traitement thermique alliés de N/mm² Composition chimique [%] Utilisation CD , ,3-0,37 C ; 0,6-0,9 Mn ; 0,9-1,2 Cr ; 0,15-0,3 Mo Pièces de ténacité élevée dans la construction automobile, vilebrequins et corps d'essieu, fusées d'essieu, bielles CD , ,38-0,45 C ; 0,6-0,9 Mn ; 0,9-1,2 Cr ; 0,15-0,3 Mo CrMoV , ,26-0,34 C ; 0,4 Si ; 0,4-0,7 Mn ; 0,035 P ; 0,035 S ; 2,3-2,7 Cr ; 0,15-0,25 Mo ; 0,1-0,2 V Pièces de ténacité élevée dans la construction automobile, vilebrequins et corps d'essieu, fusées d'essieu, bielles Pièces de ténacité élevée dans la construction automobile, vilebrequins, boulons, vis CrV , ,47-0,55 C ; 0,7-1,1 Mn ; 0,9-1,2 Cr ; 0,1-0,25 V Pièces très résistantes à l'usure dans la construction automobile et d'engrenages, roues dentées, pignons d'entraînement, arbres, pièces articulées 5.0 Aciers de cémentation non alliés jusqu'à 750 N/mm² XC , ,12-0,18 C ; 0,4 Si ; 0,3-0,6 Mn ; 0,045 P ; 0,045 S ; 0,009 N XC , ,12-0,18 C ; 0,4 Si ; 0,3-0,6 Mn ; 0,035 P ; 0,035 S Pièces mécaniques Petites pièces mécaniques avec faible dureté de la zone centrale 15

16 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m 6.0 Aciers de cémentation alliés jusqu'à 1000 N/mm² Résistance Composition chimique [%] Utilisation NC , ,14-0,19 C ; 0,4 Si ; 0,4-0,6 Mn ; 0,035 Pmax ; 1,4-1,7 Cr ; 1,4-1,7 Ni ; 0,035 Smax Cr , ,1-0,16 C ; 0,15-0,35 Si ; 0,4-0,6 Mn ; 0,035 Pmax ; 0,3-0,5 Cr ; 4,25-4,75 N ; 0,035 Smax MnCr , ,14-0,19 C ; 0,4 Si ; 1,0-1,3 Mn ; 0,035 P ; 0,8-1,1 Cr 6.1 Aciers de cémentation alliés supérieurs à 1000 N/mm² NC , ,17-0,22 C ; 0,4 Si ; 1,1-1,4 Mn ; 0,035 P ; 0,035 S ; 1,0-1,3 Cr CD , ,15-0,35 C ; 0,15-0,35 Si ; 0,8-1,1 Mn ; 1,0-1,3 Cr ; 0,2-0,3 Mo 7.0 Aciers nitrurés jusqu'à 1000 N/mm² CAD , ,3-0,37 C ; 0,4 Si ; 0,5-0,8 Mn ; 1,0-1,3 Cr ; 0,8-1,2 Al Pièces dans la construction automobile, de moteurs et d'appareils, par ex. pignons d'entraînement, axes de piston, arbres de transmission Pièces plus petites dans la construction mécanique et automobile avec résistance à l'usure nécessairement élevée, telles que arbres à cames, axes de piston, cylindres Roues dentées, couronnes et roues d'engrenage, arbres, boulons, tourillons Organes de transmission et pièces articulées, roues dentées, couronnes et roues coniques, arbres, boulons, pièces pour dureté de la zone centrale supérieure Couronnes et roues d'engrenage fortement soumises à l'usure, roues dentées, vilebrequins, boulons, douilles Pièces de robinetterie pour vapeur surchauffée, de haute résistance à la rupture sous charge permanente, pièces jusqu'à 80 mm d'épaisseur 16

17 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 7.0 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc Aciers nitrurés jusqu'à 1000 N/mm² Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation Cr Al ,26 < 780 0,3-0,37 C ; 0,15-0,35 Si ; 0,6-0,9 Mn ; 0,035 Pmax ; 0,035 Smax ; 0,8-1,1 Al ; 1,2-1,5 Cr Cr Al S ,26 < 930 0,3-0,37 C ; 0,15-0,4 Si ; 0,6-0,9 Mn ; 0,1 Pmax ; 0,07-0,11 S ; 0,8-1,2 Al ; 1,0-1,3 Cr 7.1 Aciers nitrurés supérieurs à 1000 N/mm² CD , ,26-0,34 C ; 0,4 Si ; 0,4-0,7 Mn ; 0,025 Pmax ; 0,03 Smax ; 2,3-2,7 Cr ; 0,15-0,25 Mo ; 0,1-0,2 V 8.0 Aciers à outils jusqu'à 850 N/mm² C 45 W ,26 < 190 HB 0,4-0,5 C ; 0,15-0,4 Si ; 0,6-0,8 Mn ; 0,035 P ; 0,035 S Cr ,39 < 223 HB 0,95-1,1 C ; 0,15-0,35 Si ; 0,25-0,45 Mn ; 0,03 Pmax ; 0,03 Smax ; 1,35-1,65 Cr 8.1 Aciers à outils de N/mm² CD , ,34-0,45 C ; 0,3-0,5 Si ; 1,4-1,6 Mn ; 0,03 P ; 0,05-0,1 S ; 1,8-2,0 Cr ; 0,15-0,25 Mo Pièces de robinetterie pour vapeur surchauffée, tiges de soupape et de piston Pièces d'usure présentant une dureté de surface élevée Pièces de robinetterie pour vapeur surchauffée, tiges de soupape, vilebrequins, pièces d'usure Acier à outil non allié, roues d'engrenage, arbres d'entraînement, matériel de montage pour la découpe et l'estampage Outils de coupe, cylindres à froid, mandrins d'étirage, outils à fileter Acier à outils pour travail à froid, outils de plasturgie, cadres de moulage, bonne usinabilité 17

18 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 8.1 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc Aciers à outils de N/mm² Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation Z30 CDV ,26 < 285 HB 0,33-0,43 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; Cr ; 1,0-1,3 Mo ; 1,0 Ni ; 1,0 Ti Z100 CDV ,26 < 231 HB 0,95-1,05 C ; 0,35-0,65 Mn ; 4,5-5,5 Cr ; 0,9-1,4 Mo NCDV , ,30-0,37 C ; 0,15-0,35 Si ; 0,6-0,9 Mn ; 0,035 Pmax ; 0,035 Smax ; 1,2-1,5 Cr ; 0,8-1,1 Al 8.2 Aciers à outils supérieurs à 1100 N/mm² Z200 C ,26 < 248 HB 1,9-2,2 C ; 0,1-0,4 Si ; 0,15-0,45 Mn ; Cr ; 0,1-0,4 Ti Z40 CDV , ,37-0,43 C ; 0,9-1,2 Si ; 0,25-0,55 Mn ; 4,5-5,5 Cr ; 1,2-1,7 Mo Z160 CDV ,26 < 255 HB 1,5-1,6 C ; 0,15-0,45 Mn ; Cr ; 0,9-1,1 V Z210 CW ,26 < 255 HB 2,0-2,25 C ; 0,15-0,45 Mn ; Cr ; 0,6-0,8 W Acier à outils pour le travail à froid, acier spécial résistant à la corrosion pour moules destinés au pressage de masses chimiquement corrosives Acier à outils pour travail à froid, outils de coupe et d'estampage, mâchoires à filet Acier à outils pour travail à froid, moules en plastique pour la nitruration des surfaces Acier à outils pour travail à froid, outils de coupe et d'estampage hautes performances, poinçons, mâchoires de couteaux, broches à pousser, matrices et mandrins d'étirage Acier à outils pour travail à chaud, broches et mandrins sur les presses à profiler les barres métalliques, moules de coulée sous pression en alliage léger Acier à outils pour travail à froid, coupes fragiles, mâchoires et galets à filet, lames de cisaille, broches à pousser, fraises Acier à outils pour travail à froid, outils de coupe et d'estampage hautes performances, poinçons, mâchoires de couteaux, broches à pousser, mandrins d'étirage, fraises à bois 18

19 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 8.2 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc Aciers à outils supérieurs à 1100 N/mm² Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation NCD , ,4-0,5 C ; 0,15-0,35 Si ; 0,5-0,8 Mn ; 0,035 P ; 0,035 S ; 1,2-1,5 Cr ; 1,5-1,8 Ni NCD ,27 < 250 HB 0,45-0,55 C ; 0,15-0,35 Si ; 0,4-0,6 Mn ; 0,035 P ; 0,035 S ; 0,9-1,2 Cr ; 3,0-3,5 Ni Z45 NCD ,26 < 262 HB 0,4-0,5 C, 0,1-0,4 Si ; 0,15-0,45 Mn ; 0,03 P ; 0,03 S ; 1,2-1,5 Cr ; 0,15-0,35 Mo ; 3,8-4,3 Ni MnMoCr ,26 > 58 HRC 0,65-0,75 C ; 0,1-0,5 Si ; 1,8-2,5 Mn ; 0,03 Pmax ; 0,03 Smax ; 0,9-1,2 Cr ; 0,9-1,4 Mo 9.0 Aciers rapides de N/mm² Z80 WKCV , HB 0,75-0,83 C ; 0,45 Si ; 0,4 Mn ; 0,03 P ; 0,03 S ; 3,8-4,5 Cr ; 0,5-0,8 Mo ; 17,5-18,5 W ; 1,4-1,7 V ; 4,5-5,0 Co S , HB 0,72-0,8 C ; 0,45 Si ; 0,4 Mn ; 0,03 P ; 0,03 S ; 3,8-4,5 Cr ; 0,5-0,8 Mo ; 17,5-18,5 W ; 1,4-1,7 V ; 9-10 Co Z90 WDKCV , HB 0,86-0,94 C ; 0,45 Si ; 0,4 Mn ; 0,03 P ; 0,03 S ; 3,8-4,5 Cr ; 4,5-7,2 Mo ; 6,0-6,7 W ; 1,7-2,0 V Acier à outils pour travail à froid, lames de cisaille à froid tenaces, axes pour cylindres d'appui Acier à outils pour travail à froid, tous types de matrices à refouler à froid, outils d'estampage, lames de cisaille Acier à outils pour travail à froid, outils à estamper et à cintrer, barres de pression sur presses plieuses, lames de cisaille pour les pièces à couper les plus épaisses Acier à outils allié pour travail à froid Lames profilées, de tour et de rabot, fraises ébauche, force de coupe et ténacité exceptionnelles Lames de tour et de rabot, fraises présentant une meilleure dureté à chaud pour l'usinage d'aciers Alésoirs, forets hélicoïdaux et tarauds, fraises, broches à pousser, lames profilées, de tour, de rabot et pour roues dentées 19

20 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR 10.0 Aciers trempés de HRC 10.1 Aciers trempés de HRC 10.2 Aciers trempés de HRC Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m 11.0 Acier inoxydable résistant aux acides de 1350 N/mm² Résistance Composition chimique [%] Utilisation Hardox Suivant indications du fabricant Pièces d'usure 11.1 Acier inoxydable résistant aux acides de 1800 N/mm² Hardox Suivant indications du fabricant Pièces d'usure 12.0 Aciers à ressorts jusqu'à 1500 N/mm² , ,35-0,42 C ; 1,5-1,8 Si ; 0,5-0,8 Mn ; 0,03 Pmax ; 0,03 Smax Cr , ,52-0,59 C ; 0,25-0,5 Si ; 0,7-1,1 Mn ; 0,03 Pmax ; 0,03 Smax CV , ,47-0,55 C ; 0,4 Si ; 0,7-1,1 Mn ; 0,035 Pmax ; 0,03 Smax ; 0,9-1,2 Cr ; 0,1-0,2 V Ressorts à lames, plateaux et rondelles élastiques Ressorts formés à chaud, barres de torsion, ressorts cylindriques pour la construction automobile Acier à outils et à ressorts, pièces fortement sollicitées dans la construction aéronautique, mécanique et de moteurs, par ex. pièces articulées et organes de transmission, axes 20

21 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m 13.0 Aciers inoxydables sulfurés jusqu'à 700 N/mm² Résistance Composition chimique [%] Utilisation Z13 CF , ,1-0,17 C ; 1,0 Si ; 1,5 Mn ; 0,04 P ; 0,15-0,35 S ; 15,5-17,5 Cr ; 0,2-0,6 Mo Z6 CN , ,1C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,15-0,35 S ; Cr ; 8-10 Ni ; 0,11 N ; 1,0 Cu 13.1 Aciers inoxydables austénitiques jusqu'à 700 N/mm² (évaluation de l'usinabilité à l'aide du facteur PRE, page 58) Pièces de construction pour traitement automatisé (vis, axes) Pièces inoxydables pour l'industrie alimentaire, photographique, textile, papetière, des colorants, des huiles et du savon Z8 C , ,08 C, 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; Cr Pièces de construction dans l'eau et la vapeur, ferrures, revêtements Z8 CA , ,08 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; Cr ; 0,1-0,3 Al Construction d'appareils de l'industrie pétrolière (p. ex. installations de craquage), pièces soudées dans la construction de centrales hydrauliques Z8 C , ,08 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; Cr Vis et pièces moulées, présence de corrosion Z8 CD , ,08 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; Cr ; 0,9-1,3 Mo Enjoliveurs, pare-chocs, calandres, poignées Z3 CT , ,05 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; Cr Construction d'appareils chimiques, industrie alimentaire, de la teinturerie et du savon Z3 CT , ,03 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,04 P ; 0,015 S ; 10,5-12,5 Cr Z7 CN , ,07 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; Cr ; 0,5 Mo ; 9-11,5 Ni Silencieux Appareils et instruments pour l'industrie alimentaire 21

22 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 13.1 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation 13.1 Aciers inoxydables austénitiques jusqu'à 700 N/mm² (évaluation de l'usinabilité à l'aide du facteur PRE, page 58) Z5 CN FF , ,06 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; Cr ; Ni Z3 CN , ,03 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; Cr ; 10-12,5 Ni Z7 CND (316) , ,07 C ; 1 Si ; 2 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; 0,11 N ; 16,5-18,5 Cr ; 2-2,5 Mo ; Ni Z3 CND (316L) , ,03 C ; 1 Si ; 2 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; 16,5-18,5 Cr ; 2-2,5 Mo ; Ni ; 0,11 N X2CrNiMoSi ,19 >650 0,03 C ; 1 Si ; 1,5 Mn ; 0,03 P ; 0,02 S ; Cr ; 3-4 Mo ; 6-8,5 Ni ; 0,15-0,25 N ; 1 Cu ; 1 W Z3 CND (316L) , ,03 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; Cr ; 2,5-3 Mo ; 12,5-15 Ni ; 0,11 N Z6 CND (316) , ,05 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; 16,5-18,5 Cr ; 2,5-3 Mo ; 10,5-13 Ni ; 0,11 N Z3 CND (317L) , ,03 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; 17,5-19 Cr ; 3-4 Mo ; Ni ; 0,11 N Industrie chimique, vis, écrous, pièces d'extrusion à froid Industrie alimentaire, industrie du savon et des fibres synthétiques Pièces et appareils pour l'industrie chimique et textile Pièces pour l'industrie chimique, textile, des colorants et des huiles Aciers résistants à la corrosion et aux acides Pièces soudées présentant une résistance chimique élevée dans l'industrie textile et de la cellulose Pièces soudées présentant une résistance chimique élevée dans l'industrie textile et de la cellulose Appareils de l'industrie chimique 22

23 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 13.1 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation 13.1 Aciers inoxydables austénitiques jusqu'à 700 N/mm² (évaluation de l'usinabilité à l'aide du facteur PRE, page 58) X 6 CrNiNb , ,08 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; Pièces de l'industrie alimentaire Cr ; 9-12 Ni X 12 CrNi , ,1 C ; 1,5 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; Cr ; Ni ; 0,11 N 13.2 Aciers inoxydables austénitiques jusqu'à 850 N/mm² (évaluation de l'usinabilité à l'aide du facteur PRE, page 58) X 12 CrS , ,08-0,15 C ; 1,0 Si ; 1,5 Mn ; 0,04 P ; 0,15-0,35 S ; Cr ; 0,6 Mo X 10 Cr , ,08-0,15 C ; 1,0 Si ; 1,5 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; 11,5-13,5 Cr ; 0,75 Ni X 20 Cr , ,16-0,25 C ; 1,0 Si ; 1,5 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; Cr X 38 Cr , ,36-0,42 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; 12,5-14,5 Cr X 46 Cr , ,43-0,5 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; 12,5-14,5 Cr Pour pièces de fours industriels, chaudières, installations pétrolières Tous types de pièces, telles que vis, écrous, boulons, pièces de construction dans l'eau et la vapeur Pièces de construction dans l'eau et la vapeur ainsi que milieux modérément actifs de l'industrie alimentaire, principalement à l'état traité Axes, arbres, pièces de pompe, tiges de piston, cônes de soupape, aiguilles d'injection, hélices de navire, instruments chirurgicaux Coutellerie, billes de roulements à billes, ressorts, tiges de piston Coutellerie, billes de roulements à billes, ressorts, tiges de piston 23

24 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 13.2 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation 13.2 Aciers inoxydables austénitiques jusqu'à 850 N/mm² (évaluation de l'usinabilité à l'aide du facteur PRE, page 58) X20CrMoWV , ,17-0,25 C ; 0,1-0,5 Si ; 0,3-0,8 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; 11,0-12,5 Cr ; 0,8-1,2 Mo ; 0,3-0,8 Ni ; 0,25-0,35 V ; 0,4-0,6 W X 2 CrNiN , ,03 C ; 1 Si ; 2 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; 16,5-17 Cr ; 8,5-11,5 Ni ; 0,12-0,22 N X 2 CrNiN , ,03 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,035 P ; 0,015 S ; Cr ; 0,1-0,6 Mo ; 3,5-5,5 Ni ; 0,05-0,2 N ; 0,1-0,6 Cu X12CrMnNi , ,03 C ; 1 Si ; 6-8 Mn ; 0,045P ; 0,015 S ; 0,15-0,2 N ; Cr ; 3,5-5,5 Ni X2CrNiMoN , ,03 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; 16,5-18,5 Cr ; 2,5-3 Mo ; Ni ; 0,12-0,22 N X2NiCrMoCu , ,02 C ; 0,7 Si ; 2,0 Mn ; 0,03 P ; 0,01 S ; Cr ; 4-5 Mo ; Ni ; 0,15 N ; 1,2-2,0 Cu X 6 CrNiTi (V4A) , ,08 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; Cr ; 9-12 Ni ; 0,7 Ti X 10 CrNiTi , ,08 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,035 P ; 0,025 S ; Cr ; 9-11,5 Ni Pièces d'installations thermiques, dans la construction de chaudières et de turbines, échangeurs thermiques Cuves sous pression pour la construction d'appareils, industrie alimentaire Matière très résistante pour la construction d'appareils chimiques Aciers résistants à la corrosion et aux acides Récipients sous pression présentant une résistance chimique élevée Industrie chimique et pétrochimique, industrie de la cellulose et papetière Pièces de la navigation aérienne et spatiale ainsi que de l'industrie alimentaire Pièces de la navigation aérienne et spatiale 24

25 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 13.2 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation 13.2 Aciers inoxydables austénitiques jusqu'à 850 N/mm² (évaluation de l'usinabilité à l'aide du facteur PRE, page 58) X 5 CrNiNb , ,08 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; Cr ; 9-11,5 Ni ; 1,0 Nb X6CrNiMoTi , ,08 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; 16,5-18,5 Cr ; 2-2,5 Mo ; 10,5-13,5 Ni X 10 CrNiMoTi , ,1 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; 16,5-18,5 Cr ; 2,5-3 Mo ; 12-14,5 Ni X 10 CrNiMoNb , ,1 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; 16,5-18,5 Cr ; 2,5-3 Mo ; 12-14,5 Ni X 15 CrNiSi , ,2 C ; 1,5-2 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; Cr ; Ni, 0,11 N X 15 CrNiSi , ,2 C ; 1,5-2,5 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; Cr ; Ni X 12 NiCrSi , ,15 C ; 1-2 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; Cr ; Ni ; 0,11 N X 12 CrNiTi , ,12 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,045 P ; 0,03 S ; Cr ; 9-11,5 Ni Pour exigences élevées en termes de résistance à la corrosion et déformabilité à froid avec une résistance réduite Appareils de l'industrie chimique Appareils de l'industrie chimique, textile, photographique, des colorants, des résines et des caoutchoucs Pièces d'usure pour l'industrie textile, des colorants et des carburants Pour réchauffeurs d'air Pour pièces de fours de traitement thermique Pour pièces dans la construction de fours et d'appareils, destinées à des températures de fonctionnement élevées Pour pièces soumises à une forte contrainte mécanique 25

26 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation 13.3 Aciers inoxydables martensitiques/ferritiques jusqu'à 1100 N/mm² (évaluation de l'usinabilité à l'aide du facteur PRE, page 58) X 30 Cr , ,26-0,35 C ; 1,0 Si ; 1,5 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; Cr X 17 Cr Ni , ,12-0,22 C ; 1,0 Si ; 1,5 Mn ; 0,04 P ; 0,03 S ; Cr ; 1,5-2,5 Ni X22CrMo V , ,17-0,23 C ; 0,5 Si ; 1,0 Mn ; 0,03 P ; 0,03 S ; 10-12,5 Cr ; 0,8-1,2 Mo ; 0,3-0,8 Ni ; 0,25-0,35 Ti X 12 CrNi , ,05-0,15 C ; 2 Si ; 2 Mn ; 0,045 P ; 0,015 S ; Cr ; 0,8 Mo ; 6-9,5 Ni ; 0,11 N X 8 CrNiMo , ,05 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,035 P ; 0,015 S ; Cr ; 1,3-2 Mo ; 4,5-6,5 Ni ; 0,05-0,2 N X 2 CrNiMoN , ,03 C ; 1,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,035 P ; 0,015 S ; Cr ; 2,5-3,5 Mo ; 4,5-6,5 Ni ; 0,1-0,22 N X 5 NiCrTi ,19 <1100 0,08 C ; 2,0 Si ; 2,0 Mn ; 0,03 P ; 0,03 S ; 1,35-16 Cr ; 1,0-1,5 Mo ; Ni ; 1,9-2,3 Ti ; 0,1-0,5 V ; 0,35 Al Coutellerie, billes de roulements à billes, ressorts, tiges de piston Pièces mécaniques fortement sollicitées, vis, écrous dans la construction de pompes et de compresseurs, construction navale Pièces pour technique des réacteurs, industrie chimique, construction de turbines, de chaudières et de canalisations Tôles de résistance supérieure pour la construction automobile, ressorts Pièces pour contraintes chimiques et mécaniques élevées, p. ex. dans la construction navale Industrie chimique et pétrochimique Pour outils pour presses à filer 26

27 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 13.3 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation 13.3 Aciers inoxydables *martensitiques/ferritiques jusqu'à 1100 N/mm² (évaluation de l'usinabilité à l'aide du facteur PRE, page 58) NiCr 20 TiAl ,29 >=1030 0,04-0,1 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,02 P ; 0,015 S ; Cr ; 65 Ni ; 1,8-2,7 Ti ; 1,0-1,8 Al ; 2,0 Co ; 0,2 Cu ; 1,5 Fe NiCr 20 Co 18 Ti ,29 >=1080 0,1 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,03 P ; 0,015 S ; Cr ; 1,0-2,0 Al ; Co ; 0,2 Cu ; 2,0 Fe ; reste Ni 14.0 Alliages spéciaux jusqu'à 1200 N/mm² Utilisation pour les aubes, bagues et disques des turbines à gaz Pour pièces à contrainte maximale, par ex. aubes de turbines à gaz, outils pour le travail à chaud, outils à sertir, marteaux de forgeron, lames de cisaille, ressorts Nimonic 105 (NiCo20Cr15MoAlTi) Hastelloy C22 (NiCr21Mo14W) Monel 400 (NiCu30Fe) Inconell 718 (NiCr19NbMo) , ,12-0,17 C ; 1,0 Si ; 1,0 Mn ; 0,015 S ; 4,5-4,9 Al ; 0,003-0,01 B ; Co ; 14-15,7 Cr , ,01 C ; 0,08 Si ; 0,5Mn ; 0,025 P ; 0,01 S ; 2,0-6,0 Fe ; 2,5 Co ; 20-22,5 Cr ; 12,5-14,5 Mo ; 2,5-3,5 W ; 0,35 V ; 50 Ni min , Ni min 1,0 Co ; Cu ; 1,0-2,5 Fe ; 0,15 C ; 0,5 Al ; 2,0 Mn ; 0,02 S ; 0,5 Si ; 0,3 Ti , Ni ; Cr ; 2,8-3,3 Mo ; 0,02-0,08 C ; 0,35 Si ; 0,35 Mn ; 0,015 P ; 0,015 S ; 0,2 Cu ; 4,8-5,5 Nb ; 1,0 Co ; 0,3-0,7Al ; 0,7-1,15bTi ; 0,002-0,006 B ; 11,3 Fe min Matière pour la navigation aérienne, dans les turbines à gaz pour les aubes, disques, arbres Résistance exceptionnelle dans les milieux oxydants, mélangeurs, échangeurs thermiques, systèmes d'évacuation des gaz, industrie chimique pour les centrifugeuses Matière pour la navigation aérienne présentant d'excellentes propriétés mécaniques et chimiques anticorrosion, construction de récipients sous pression, centrifugeuses, vannes de navires Matière pour la navigation aérienne, propriétés exceptionnelles dans les températures minimales, excellente résistance à la corrosion, propulseurs de fusées, turbines à gaz, pompes 27

28 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR 15.0 Fonte jusqu'à 180 HB (GG) Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance GG , ( HB) GG , ( HB) 15.1 Fonte à partir de 180 HB (GG) GG , ( HB) GG , ( HB) GG , ( HB) GG , ( HB) 15.2 Fonte (graphite sphéroïdal, fonte malléable) à partir de 180 HB (GGG, GT) GGG , ( HB) Composition chimique [%] Utilisation 3,0-3,5 C ; 1,5-2,5 Si ; 0,5-1,0 Mn ; 0,5-0,7 P ; 0,15 S 3,0-3,5 C ; 1,5-2,5 Si ; 0,5-1,0 Mn ; 0,5-0,7 P ; 0,15 S 3,0-3,5 C ; 1,5-2,5 Si ; 0,5-1,0 Mn ; 0,5-0,7 P ; 0,15 S 3,0-3,5 C ; 1,5-2,5 Si ; 0,5-1,0 Mn ; 0,5-0,7 P ; 0,15 S 3,0-3,5 C ; 1,5-2,5 Si ; 0,5-1,0 Mn ; 0,5-0,7 P ; 0,15 3,0-3,5 C ; 1,5-2,5 Si ; 0,5-1,0 Mn ; 0,5-0,7 P ; 0,15 La composition chimique dépend dans la plupart des cas du fabricant. Carters d'engrenages, montants de machines-outils, carters de turbines, glissières Carters d'engrenages, montants de machines-outils, carters de turbines, glissières Carters d'engrenages, montants de machines-outils, carters de turbines, glissières Carters d'engrenages, montants de machines-outils, carters de turbines, glissières Carters d'engrenages, montants de machines-outils, carters de turbines, glissières Carters d'engrenages, montants de machines-outils, carters de turbines, glissières Vilebrequins, cylindres, roues dentées, pièces soumises aux chocs dans la construction automobile 28

29 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 15.2 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance 15.2 Fonte (graphite sphéroïdal, fonte malléable) à partir de 180 HB (GGG, GT) GGG , ( HB) GTW , (220 HB) 15.3 Fonte (graphite sphéroïdal, fonte malléable) à partir de 260 HB GGG , ( HB) GTS , ( HB) 16.0 Titane, alliages de titane jusqu'à 850 N/mm² Composition chimique [%] Utilisation 3,5-3,8 C ; 2-3 Si ; 0,4 Mn ; 0,1 P ; 0,01 S ; 0,06-0,12 Mg Vilebrequins, cylindres, roues dentées, pièces soumises aux chocs dans la construction automobile 3,0-3,4 C ; 0,4-0,8 Si ; 0,4-0,6 Mn ; 0,12-0,25 S Carters d'engrenages, tambours de frein, vilebrequins, bielles, fourchettes d'embrayage, leviers 3,5-3,8 C ; 2-3 Si ; 0,4 Mn ; 0,1 P ; 0,01 S ; 0,06-0,12 Mg 2,3-2,6 C ; 1,2-1,5 Si ; 0,4-0,5 Mn ; 0,1 P ; 0,1-0,15 S Vilebrequins, cylindres, roues dentées, pièces soumises aux chocs dans la construction automobile Pièces de trains d'atterrissage, telles que arbres à cames, moyeux, articulations, paliers d'articulation, pièces de serrurerie Ti , ,15 Fe ; 0,12 O ; 0,05 N ; 0,06 C ; 0,013 H Construction d'appareils chimiques, galvanotechnique, construction aéronautique et spatiale Ti Cu , ,0-3,0 Cu ; 0,2 Fe ; 0,2 O ; 0,1 C ; 0,05 N ; 0,01 H ; 96,4 Ti min Ti Al 5 Sn 2, , ,5-5,5 Al ; 2,0-3,0 Sn ; 0,5 Fe ; 0,2 O ; 0,08 C ; 0,05 N ; 0,015 H ; 90,3 Ti min. Matière pour la navigation aérienne, pièces complexes, pièces de carters de transmission Matière pour la navigation aérienne 29

30 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m 16.1 Titane, alliages de titane de N/mm² Résistance Composition chimique [%] Utilisation Ti Al 5 Sn ,21 >=830 4, Al ; 2..3 Sn ; reste Ti Construction aéronautique et spatiale, robinetterie, construction mécanique Ti Al 6 V ,21 >=900 5,5..6,75 Al ; 3,5..4,5 V ; reste Ti Construction aéronautique et spatiale, robinetterie, construction mécanique 17.0 Aluminium, alliages d'aluminium jusqu'à 530 N/mm² G Al Mg , ,5-5,5 Mg ; 0,001-0,4 Mn ; 0,001-0,2 Ti Pièces en fonte dans l'industrie chimique et alimentaire Al Mg , ,6-3,6 Mg ; (Mn+Cr 0,1-0,6) Industrie alimentaire, construction automobile, navale et d'appareils Al Mg 2 Mn 0, , ,6-2,5 Mg ; 0,5-1,1 Mn Pour températures plus élevées, construction automobile, navale et d'appareils Al Mg 4,5 Mn 780 0, ,0-4,9 Mg ; 0,4-1,0 Mn ; 0,05-0,25 Cr Construction automobile et navale, récipients sous pression 17.1 Aluminium, alliages de fonte d'aluminium <10 % Si jusqu'à 600 N/mm² G Al Si 6 Cu , ,0-7,5 Si ; 3,0-5,0 Cu ; 0,1-0,6 Mn ; 0,1-0,5 Mg G Al Si 5 Mg 830 0, ,8 Al [suivant AFNOR : Al reste] ; 5-6 Si ; 0,001-0,4 Mn ; 0,001-0,20 Ti ; 0,4-0,8 Mg ; 0,05 Cu ; 0,5 Fe ; 0,10 Zn Applications multiples dans la construction mécanique, culasses Pièces pour l'industrie alimentaire et chimique, ferrures G Al Si 10 Mg 830 0, Si ; 0,2-0,5 Mg ; 0,001-0,4 Mn Pièces en fonte de faible épaisseur, résistant à la pression et aux vibrations, carters de moteurs 30

31 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 17.1 (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc1.1 Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance 17.1 Aluminium, alliages de fonte d'aluminium <10 % Si jusqu'à 600 N/mm² G Al Si 7 Mg wa Composition chimique [%] Utilisation 830 0, ,5-7,5 Si ; 0,25-0,45 Mg ; 0,001-0,2 Ti ; reste Al 17.2 Aluminium, alliages de fonte d'aluminium >10 % Si jusqu'à 600 N/mm² Pièces en fonte d'épaisseur moyenne, résistance et ténacité élevées, construction aéronautique G Al Si , ,5-13,5 Si ; 0,001-0,4 Mn ; reste Al Pièces en fonte de faible épaisseur, résistant à la pression et aux vibrations G-Al Si 12 Cu 830 0, ,1 Asl min. ; 10,5-13,5 Si ; 0,001-0,4 Mn ; 0,05 Cu ; 0,5 Fe ; 0,05 Mg ; 0,15 Ti ; 0,1 Zn 18.0 Magnésium, alliages de magnésium Mg Al 3 Zn 390 0, ,5-3,5 Al ; 0,7-1,3 Zn ; 0,28-0,4 Mn ; 0,05 Si ; 0,15 Cu ; 94,4 Mg min Mg Mn , ,2-2,0 Mn ; 0,1 Si ; 0,05 Cu ; 0,05 Al ; 0,03 Zn ; 97,7 Mg min Mg Al 8 Zn 390 0, ,8-9,2 Al ; 0,2-0,8 Zn ; 0,12-0,3 Mn ; 0,1 Si ; 0,05 Cu ; 0,005 Fe ; 89,2 Mg min 19.0 Cuivre, faiblement allié jusqu'à 400 N/mm² Pièces en fonte de faible épaisseur, soumises aux chocs, difficilement moulables pour la construction mécanique, aéronautique, navale et d'appareils, carters, roues à ailettes Matière pour l'aéronautique pour pièces de forme complexe Matière pour l'aéronautique, réservoirs à carburant, revêtements, anodes Pièces soumises à une contrainte mécanique élevée SE-Cu 780 0, ,9 Cu min. ; 0,003 P Electrotechnique, tous types de produits semi-finis Cu Sn , ,7 Cu min. ; 5,5-7 Sn ; 0,01-0,35 P ; 0,1 Fe ; 0,3 Ni ; 0,05 Pb ; 0,3 Zn Construction navale et mécanique, tous types de ressorts, électroindustrie 31

32 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc Laiton à copeaux courts jusqu'à 600 N/mm² Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation Cu Zn 39 Pb , ,5-60 Cu ; 1,5-2,5 Pb ; 0,1 Al ; 0,4 Fe ; 0,3 Ni ; 0,2 Sn ; 36,3 Zn min Cu Zn 39 Pb , Cu ; 2,5-3,5 Pb ; 0,1 Al ; 0,5 Fe ; 0,5 Ni ; 35,8 Zn min 19.2 Laiton à copeaux longs jusqu'à 600 N/mm² Cu Zn , ,5 Zn min. ; Cu ; 0,02 Al ; 0,05 Fe ; 0,2 Ni ; 0,05 Pb ; 0,05 Sn Cu Zn , Zn min. ; 66-68,5 Cu ; 0,02 Al ; 0,05 Fe ; 0,2 Ni ; 0,05 Pb ; 0,05 Sn Cu Zn 37 Pb 0, , Cu ; 0,1-0,7 Pb ; 34,6 Zn min. ; 0,5 Al ; 0,2 Fe ; 0,3 Ni ; 0,1 Sn 19.3 Bronze à copeaux courts jusqu'à 600 N/mm² G-Cu Sn 7 Zn 640 0, Cu ; 3-5 Zn ; 5-7 Pb ; 6-8 Sn ; 2 Ni ; 0,3 Sb ; 0,25 Fe ; 0,05 P G-Cu Pb 5 Sn 780 0,23 > Cu ; 4-6 Pb ; 9-11 Sn ; 1,5 Ni ; 0,35 Sb ; 2,0 Zn ; 0,25 Fe ; 0,05 P 19.4 Bronze à copeaux courts de N/mm² Cu Ni18 Zn19 Pb , Cu ; Ni ; 15,1 Zn min. ; 0,3 Fe ; 0,3-1,5 Pb ; 0,7 Mn Pièces pour la mécanique de précision, construction mécanique et d'appareils Pièces profilées au tour pour automates Electricité automobile, manomètres Emboutis profonds, objets métalliques, pièces d'horlogerie Profilés filés de grande précision, industrie horlogère Coquilles de paliers lisses dans la construction mécanique générale Paliers de laminoirs à chaud, guides d'outils et de tables Mécanique de précision et construction d'instruments, construction navale, bâtiment 32

33 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Numéro de matière Désignation AFNOR Valeur principale de l'effort de coupe spécif. kc Bronze à copeaux longs jusqu'à 850 N/mm² Montée de la tangente (v. fig et éq. 2.6) m Résistance Composition chimique [%] Utilisation Cu Al , Cu ; 5 Al Construction navale et d'appareils, industrie chimique Cu Al 9 Mn , ,9 Cu min. ; 8-10 Al ; 1,5 Fe ; 1,5-3 Mn ; 0,8 Ni ; 0,05 Pb ; 0,5 Zn 19.6 Bronze à copeaux longs de N/mm² 20.0 Graphite Pièces de palier fortement sollicitées, roues d'engrenage et hélicoïdales, sièges de soupapes, arbres de navire Cu Be , ,8 Cu min. ; 1,8-2,1 Be Paliers, membranes, roues dentées et hélicoïdales résistant à l'usure, pièces pleines fortement sollicitées 33

34 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique à R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières DIN DIN DIN DIN DIN Utilisation Huile minérale Essence Acides dilués Bases diluées 21.0 Thermoplastiques et résines thermodurcissables PA T d'utilisation Trichloréthylène Thermoplastiques Polyamide Nylon, Durethan, Vestamid R R R RR RR PA 6 Ertalon 6SA 1, ) Matériau universel pour la construction et la réparation PA 66 PC Polycarbonate Ertalon 66SA Macrolon, Lexan, Plastocarbon 1, ) Idéal pour l'usinage sur tours automatiques 1,2 60 2) RR I I R I Extrêmement résistant aux chocs, très solide, excellente thermorésistance 1) Effort de tension 2) Résistance à la traction ++ mesuré jusqu'à saturation dans des conditions ambiantes normales (23 C / 55 % HR) des échantillons stockés Plastiques techniques Roues dentées, poulies, paliers lisses, carters Plastique technique Pièces mécaniques, vitrages de sécurité 34

35 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 21.0 (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique aux R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières DIN DIN DIN DIN DIN Utilisation Huiles minérales Essence Acides dilués Bases diluées 21.0 Thermoplastiques et résines thermodurcissables PE Polyéthylène Hostalen, Lupolen, Vestolen RR R R R R Poids spécifique faible, physiologiquement inoffensif, pas d'absorption d'eau PE-HD 0, ) * Emboutissable, résistant aux chocs et aux coups T d'utilisation Trichloréthylène Thermoplastiques PE- HMW 0, ) * Hautement macromoléculaire, résilience très élevée PE- UHMW 0, ) 790 4) 2* Hautement macromoléculaire, résilience maximale, très résistant à l'abrasion PEEK Polyétheréthercétone 1, ) , R R RR R R Solide, rigide, résistant aux produits chimiques, difficilement inflammable 1) Effort de tension 4) Echantillon non brisé Construction d'appareils chimiques, galvanotechnique, installations frigorifiques, etc. Revêtement de silos et de réservoirs, industrie papetière, technique frigorifique, installations de remplissage, industrie alimentaire Paliers, disques de démarrage, roues dentées, joints 35

36 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 21.0 (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique aux R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières Utilisation Huiles minérales Essence T d'utilisation Trichloréthylène Acides dilués Bases diluées DIN DIN DIN DIN DIN Thermoplastiques et résines thermodurcissables PP PP-H PP-C Thermoplastiques Polypropylène Homopolymère Copolymère PS Polystyrène ABS Acrylonitrilebutadiènestyrène PMMA Polyméthyl méthacrylate Hostalen PP, Novolen, Vestolen P 0,903 Hostyren N., Polystyrol, Vestyron Degulan, Deglas, Plexiglas, Resarit 0, ) 27 1) ) 4 ) RR RR RR R R Plastique standard 1, ) RR I I R R Dur, indéformable, cassant, excellentes propriétés diélelectriques 1, ), 37 2) (vieillissement à la température) R R I R R Très résistant aux chocs, bonne rigidité, résistance aux produits chimiques 1, ) RR I I R R Très rigide, résistant aux intempéries, sensible aux chocs Carters, ventilateurs Plastique standard ; articles d'usage courant, objets domestiques, secteur de l'emballage Utilisation technique (demiplaques), pièces de carters Plastique transparent ; oculaires, lentilles optiques 1) Effort de tension 2) Résistance à la traction 4) Echantillon non brisé 36

37 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 21.0 (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique aux R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières DIN DIN DIN DIN DIN Thermoplastiques PTFE Polytétrafluoroét hylène PI Polyimide POM - C Polyoxyméthylène copolymère Hostaform, Ultraform Hostaflon TF, Teflon 1, ) Vieillissement à la température 2,17 28,5 3) (traction) R R I R R Résistance au frottement faible, résistant à l'abrasion, bon pouvoir élastique R R R R R Thermoplastique non injectable, thermorésistance élevée, résistant à la lumière et aux intempéries Résistance mécanique élevée Température d'utilisation très élevée Excellente résistance à l'essai de fluage Bonnes propriétés de glissement Utilisation Plastique technique ; roues dentées, cames porte-butées, douilles de glissement Plastique technique, revêtements dans le secteur chimique, gaines, pièces isolantes, joints, etc. Plastique hautes performances, coussinets, joints, pistons, sièges de soupapes, billes de soupapes, isolateurs therm. et électr. Huiles minérales Essence T d'utilisation Trichloréthylène Acides dilués Bases diluées 21.0 Thermoplastiques et résines thermodurcissables 1) Effort de tension 3) Résistance à l'arrachement 37

38 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 21.0 (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique aux R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières DIN DIN DIN DIN DIN Thermoplastiques PI Polyimide PEI Polyétherimide Vespel SP- 1 Vespel SP-211 Vespel SP- 3 1, ) , ) (court terme) 1, (court terme) 1, ) 3000 Non chargé, propriétés phys. optimales, isolation électr. et therm. Ajout de 15 % de graphite, 10 % de Teflon Coefficient de frottement minimal Taux d'usure optimal Ajout de 15 % de bisulfure de molybdène 4 ) R R RR R R Thermoplastique amorphe, non renforcé Résistance mécanique élevée Temp. d'utilisation supérieure élevée Résistance à l'hydrolyse exceptionnelle Utilisation Industrie automobile, électronique, aéronautique, spatiale et des semiconducteurs, ainsi que dans les appareils militaires Plastique hautes performances Electrotechnique, industrie alimentaire Technique médicale (pour objets à stériliser plusieurs fois) Huiles minérales Essence T d'utilisation Trichloréthylène Acides dilués Bases diluées 21.0 Thermoplastiques et résines thermodurcissables 1) Effort de tension 2) Résistance à la traction 4) Echantillon non brisé 38

39 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 21.0 (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique aux R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières DIN DIN DIN DIN DIN PA 66- GF30 Polyamide +30 % fibres de verre Ertalon 66 GF 30 1, ) R R R RR RR Excellente résistance à l'usure, utilisation à des températures supérieures élevées POM GF 25 PP GF 20 PP GF 30 Polyoxyméthylène +25 % fibres de verre Polypropylène + 20 % fibres de verre Polypropylène +30 % fibres de verre Ultraform N2200 G53 1, ) R R I R R Bonne résistance au frottement, résistant à l'abrasion, bon pouvoir élastique, rigidité diélectrique 1, ) R R RR R R Faible densité, excellente résistance aux produits chimiques 1, ) R R RR R R Faible densité, excellente résistance aux produits chimiques Utilisation Plastique technique Roues dentées, pièces de guidage et de couplage, pièces de carters Cames robustes et bagues d'étanchéité, pièces automobiles, roues dentées, paliers, carters Roues de ventilateur, pièces de pompes Roues de ventilateur, pièces de pompes Huiles minérales Essence T d'utilisation Trichloréthylène Acides dilués Bases diluées 21.0 Thermoplastiques et résines thermodurcissables 1) Effort de tension 2) Résistance à la traction 3) Résistance à l'arrachement 39

40 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 21.1 (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique aux R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières DIN DIN DIN DIN DIN Utilisation Huiles minérales Essence T d'utilisation Trichloréthylène Acides dilués Bases diluées 21.1 Plastiques renforcés de fibres PA 66- GF30 POM GF 25 PP GF 20 PP GF 30 Polyamide +30 % fibres de verre Polyoxyméthylène +25 % fibres de verre Polypropylène +20% fibres de verre Polypropylène +30% fibres de verre Ertalon 66 GF 30 Ultraform N2200 G53 1, ) R R R RR RR Excellente résistance à l'usure, utilisation à des températures supérieures élevées 1, ) R R I R R Bonne résistance au frottement, résistant à l'abrasion, bon pouvoir élastique, rigidité diélectrique 1, ) R R RR R R Faible densité, excellente résistance aux produits chimiques 1, ) R R RR R R Faible densité, excellente résistance aux produits chimiques 1) Effort de tension 2) Résistance à la traction Plastique technique Roues dentées, pièces de guidage et de couplage, pièces de carters Cames robustes et bagues d'étanchéité, pièces automobiles, roues dentées, paliers, carters Roues de ventilateur, pièces de pompes Roues de ventilateur, pièces de pompes 40

41 Matières Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 21.1 (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique aux R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières DIN DIN DIN DIN DIN PVDF GF 20 PEEK - GF30 Fluorure de polyvinylidène +20 % fibres de verre 1, ) R R R R R Solide, résistant à l'essai de fluage, chargeable en permanence Polyétheréthercétone +30 % fibres de verre Victrex 1, ) R R RR R R Résistance mécan. élevée, rigidité Température d'utilisation supérieure très élevée Bonne résistance à l'essai de fluage à haute température Utilisation Roues et carters de pompes Plastique hautes performances Roues dentées, pompes, pièces de compresseurs, joints, racleurs, sièges de soupapes, paliers lisses (dans la technique médicale, l'industrie nucléaire, pharmaceutique, automobile, etc.) Huiles minérales Essence T d'utilisation Trichloréthylène Acides dilués Bases diluées 21.1 Plastiques renforcés de fibres 2) Résistance à la traction 41

42 MANUEL D USINAGE GARANT Tableau 1.2 Répartition dans les groupes de matières GARANT (suite) Groupe de matières GARANT 21.1 (suite) Groupe de matières Symbole Désignation Ex. de désignations comm. Densité [g/cm 3 ] Résistance Module E Résilience [kj/m 2 ] Coefficient de dilatation linéique [10-6 /K] [ C] Résistance chimique aux R... résistant, RR... résistance limitée, I... instable Propriétés particulières DIN DIN DIN DIN DIN PEEK - CF30 Polyétheréthercétone +30 % fibres de carbone Victrex 1, ) R R RR R R Plast. htes perform. Roues dentées, pompes, pièces de compres., joints, racleurs, sièges soupapes, paliers lisses ( techn. médic.) PTFE +25 % de verre Polytétrafluoroé thylène 2, ) R R R R R Joints résist. pression, paliers, sièges soupapes, segments pistons, bagues d'étanch., garnit. tiges pist. PTFE +25 % carbone Polytétrafluoroé thylène 2, ) R R R R R Segments pistons, bagues guidage pist., paliers, garnit. étanch., sièges soupapes rapportés Utilisation Plastique hautes performances Roues dentées, pompes, pièces de compresseurs, joints, racleurs, sièges de soupapes, paliers lisses (dans la technique médicale) Joints résistants à la pression, paliers, sièges de soupapes, segments de pistons, bagues d'étanchéité, garnitures de tiges de pistons Segments de pistons, bagues de guidage de pistons, paliers, garnitures d'étanchéité, sièges de soupapes rapportés Huiles minérales Essence T d'utilisation Trichloréthylène Acides dilués Bases diluées 21.1 Plastiques renforcés de fibres 1) Effort de tension 2) Résistance à la traction 3) Résistance à l'arrachement 4) Echantillon non brisé ++ mesuré jusqu'à saturation dans des conditions ambiantes normales (23 C / 55 % HR) des échantillons stockés 42

43 Matières 1.2 Dénomination des matières Les différentes matières peuvent être classées suivant la norme DIN comme suit (tableau 1.3) : Dénomination des matières en fonction de la composition chimique DIN Symbole des fontes Lettre d'identification pour les aciers fortement alliés Indication de la composition chimique 1 er voire 2 e état de traitement avec des propriétés particulières sur la base du traitement Niveau de qualité des aciers à outils Symbole des fontes Indication de la composition chimique G- Fonte coulée C Pour aciers non alliés GG- Fonte à graphite lamellaire (également GGL-) Cf Acier pour trempe au chalumeau et par induction GGG Fonte à graphite sphéroïdal Ck Acier spécial non allié avec faible GH- Fonte dure teneur en P et S GS- Fonte d'acier Cm Acier spécial non allié avec limitation inférieure GT- Fonte malléable générale et supérieure de la teneur en S GTS- Fonte malléable à cœur noir Cq Acier apte au formage à froid GTW- Fonte malléable à cœur blanc Lettre d'identification pour les aciers fortement alliés Etat de traitement (extrait) X Parts en masse des composants caractéristiques A Revenu HJ Surface trempée par de l'alliage > 5 % B Usinabilité optimale (HI) induction Niveaux de qualité des aciers à outils E Cémenté N Normalisé W1 Qualité 1 F Résistance à la traction minimale S Recuit léger de détensionnement W2 Qualité 2 G Recuit de coalescence U Non traité W3 Qualité 3 H Trempé V Traité WS Qualité spéciale Dénomination en fonction des numéros de matières DIN Numéro des groupes de matières principaux Numéros de nuances Classe de nuance + numéro de comptage Nombres annexes Groupes de matières principaux Numéros de nuances 0 Fonte brute et ferro-alliages Les tableaux suivants présentent les classes de nuances 1 Acier des différentes matières 2 Métaux lourds (métaux non ferreux) 3 Métaux légers (métaux non ferreux) Tableau 1.3 Dénomination et numéros de matières 43

44 MANUEL D USINAGE GARANT Systèmes de désignation des aciers et des fontes L'on distingue des systèmes de désignation des aciers et des fontes symboliques et numériques. Les tableaux 1.4 à 1.8 ci-après en dressent un aperçu. Système de désignation symbolique des aciers DIN EN DIN Symboles principaux Symboles supplémentaires ou ou Lettre correspondant au groupe d'acier Lettre C Teneur en carbone Propriétés Teneur en carbone Eléments d'alliage Domaine d'application Acier de construction métallique Acier de construction mécanique Domaine d'application Acier non allié Teneur en Mn<1 % Domaine d'application Acier non allié Teneur en Mn<1 % Acier allié Teneur des différents éléments d'alliage <5 % Acier allié Min. un élément d'alliage 5 % Lettre Propriétés Symbole supplémentaire pour les aciers S Limite élastique minimale R e en N/mm 2 Energie de choc à des températures d'essai différentes (ex. : Ex. : S 355 J2 (auparavant, St 52) J2 : 27J à 20 C) E Limite élastique minimale R e en N/mm 2 G Autres qualités (évent. avec chiffre) Ex. : E 355 Lettre Propriétés Symbole supplémentaire pour les aciers C 100 x teneur moyenne en C E Sauf aciers de décolletage R Ex. : C 35 E (auparavant, Ck 35) D C S U Lettre Propriétés Eléments d'alliage Teneur en S max. spécifiée Fourchette spécifiée pour la teneur en S Pour tréfilage Avec déformabilité à froid particulière Pour ressorts Pour outillage Aucune 100 x teneur moyenne en C Lettres pour les éléments d'alliage caractéristiques, classés par teneurs décroissantes Ex. : 28 Mn 6 (acier non allié) 42 CrMo 4 (acier allié) Chiffres séparés par un tiret, qui correspondent à la teneur moyenne en % des éléments x facteur, G... = Fonte d'acier classés dans l'ordre de grandeur des éléments d'alliage Ex. : G 20Mo 5 Cr, Co, Mn, Ni, Si, W Facteur 4 Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr Facteur 10 C, Ce, N, P, S Facteur 100 B Facteur 1000 X 100 x teneur moyenne en C Ex. : X 22 CrMoV 12-1 GX = Fonte d'acier Ex. : GX 7 CrNi Mo 12-1 Lettre Eléments d'alliage Domaine d'application Aciers rapides HS Chiffres séparés par un tiret, indiquant la teneur en % des éléments d'alliage dans l'ordre suivant : W Mo V - Co Ex. : HS Tableau 1.4 Système de désignation symbolique des aciers 44

45 Matières Système de désignation numérique des aciers DIN EN Numéro des groupes de matières principaux Acier Numéro des groupes d'acier Numéro supplémentaire (act. uniquem. 2 e n ) Numéros des groupes d'aciers Aciers non alliés Aciers alliés 00, 90 Aciers ordinaires Aciers de qualité Aciers de qualité 08, 98 Aciers avec propriétés phys. partic. 01, 91 Aciers de construction généraux, Rm < 500 N/mm 2 09, 99 Aciers pour divers domaines d'application 02, 92 Autres aciers de construction, non prévus pour le traitement à chaud, Rm < 500 N/mm 2 Aciers spéciaux Aciers à outils 03, 93 Aciers avec C < 0,12 %, Rm < 400 N/mm 2 29 Libre 04, 94 Aciers avec 0,12 % C < 0,25 % ou 30, 31 Libre 400 N/mm 2 Rm < 500 N/mm 2 32 Aciers rapides avec Co 05, 95 Aciers avec 0,25 % C < 0,55 % ou 33 Aciers rapides sans Co 500 N/mm 2 Rm < 700 N/mm 2 06, 96 Aciers avec C 0,55 %, Rm 700 N/mm 2 34 Libre 07, 97 Aciers avec teneur en P ou S plus élevée 35 Aciers pour roulements à billes Aciers spéciaux 36, 37 Aciers avec propriétés magnétiques partic. 10 Aciers avec propriétés physiques 38, 39 Aciers avec propriétés physiques partic. particulières 11 Aciers à réservoirs, de construction et mécaniques Aciers inoxydables avec C < 0,5 % 12 Aciers de construction mécanique avec C 0,5 % 46 Alliages de Ni résistants aux hautes temp. et aux produits chim. 13 Aciers à réservoirs, de construction et mécaniques 47, 48 Aciers réfractaires avec exigences partic. 14 Libre 49 Matières résistant aux hautes températures Aciers à outils Aciers à réservoirs, de construction et mécaniques. Classés en fonction des éléments d'alliage 19 Libre 85 Aciers nitrurés 86 Libre Aciers non destinés au traitement à chaud, aciers aptes au soudage et très résistants Tableau 1.5 Système de désignation numérique des aciers Exemples de désignations d'aciers : Groupe de matières GARANT (cf. chapitre «Matières», section 1.1) C 22 Acier pour traitement thermique Cr 5 Acier de construction-acier pour 8.0 roulements à billes CrMo 12 Acier nitruré

46 MANUEL D USINAGE GARANT Le tableau 1.3 présente le système de désignation des fontes suivant la norme DIN Les tableaux 1.6 et 1.7 ci-après présentent les systèmes de désignation symbolique et numérique suivant la norme européenne. Le tableau 1.8 présente le système numérique de désignation des fontes suivant la norme DIN Système de désignation symbolique des fontes suivant la norme européenne DIN EN 1560 Norme européenne EN - GJ - Exigences supplémentaires G - Fonte J - Fer Structure du graphite Macro ou micro-structure Propriétés mécaniques (résistance à la traction ou dureté) Composition chimique Structure du graphite Macro ou micro-structure Propriétés mécaniques L Lamellaire A Austénitique Indication de la résistance à la traction et d'une S Sphéroïdale F Ferritique lettre pour décrire l'échantillon S Echantillon coulé séparément M Graphite de recuit P Perlitique V Vermiculaire M Martensitique Indications supplémentaires éventuelles U C Echantillon attenant Echantillon prélevé sur une pièce N Absence de graphite (fonte dure) Température d'essai pour la L Lédeburique Allongement en % résilience Y Structure spéciale Q Etat trempé Dureté T Etat trempé et revenu B Malléable à cœur noir * ) W Malléable à cœur blanc * ) uniquement pour fonte malléable Ex. : EN-GJS S-RT Exigences supplémentaires Fonte à graphite sphéroïdal, résistance à la traction minimale Rm=400 N/mm 2, allongement A=18 %, résilience à température D Pièce coulée brute H Pièce coulée traitée à chaud ambiante mesurée sur un échantillon coulé séparément W Apte au soudage Z Exigences supplémentaires Ex. : EN-GJS-HB 150 Tableau 1.6 Système de désignation symbolique des fontes Fonte à graphite sphéroïdal et d'une dureté de 150 HB Composition chimique Lettre X et indication des principaux éléments d'alliage et de leur teneur classés par ordre de grandeur décroissant Ex. : EN-GJL-XniMn 13-7 Fonte alliée à graphite lamellaire avec 13 % de Ni et 7 % de Mn 46

47 Matières Système de désignation numérique des fontes suivant la norme européenne DIN EN 1560 Caractéristique principale Exigences particulières 0 Réservé 0 Néant 5 Résilience à basse température 1 Résistance à la traction 1 Echantillon coulé séparément 6 Aptitude au soudage 2 Dureté 2 Echantillon attenant 7 Pièce coulée brute 3 Composition chimique 3 Echantillon prélevé 8 Pièce coulée traitée à chaud Réservé 4 Résilience à température ambiante 9 Exigences supplémentaires Ex. : EN-JL Fonte à graphite lamellaire, caractéristique principale dureté, sans exigences particulières (désignation abrégée de la matière EN-GJL-HB 195) Tableau 1.7 Système de désignation numérique des fontes - EN J Norme européenne J - Fer Structure du graphite Caractéristique principale de la fonte Exigences particulières Numéro actuel ( ) Système de désignation numérique des fontes DIN Numéro des groupes de matières principaux Numéros de nuances Classe de nuance + numéro de comptage Classes de nuances du groupe de matières principal Fonte brute pour la production d'acier Fonte à graphite lamellaire, non alliée Fonte brute pour la production de fonte Fonte à graphite lamellaire, alliée Fonte brute spéciale Fonte à graphite sphéroïdal, non alliée Alliages mères Fonte à graphite sphéroïdal, alliée Réservé Fonte malléable, non alliée 82 Fonte malléable, alliée Fonte malléable, réservé Fonte spéciale, non alliée Fonte spéciale, alliée Tableau 1.8 Système de désignation numérique des fontes suivant la norme DIN Exemples de désignations de fontes : Norme européenne Jusqu'à présent Groupe de matières GARANT N de matière Nom abrégé N de matière Nom abrégé (cf. chap. 1, section 1.1) EN-JL 1020 EN-GJL GG EN-JS 1030 EN-GJS GGG EN-JM 1180 EN-GJMB GTS EN-JM 1030 EN-GJMW GTW

48 MANUEL D USINAGE GARANT Systèmes de désignation des métaux non ferreux Les systèmes de désignation des métaux non ferreux se distinguent de la même manière que les métaux ferreux. Les tableaux 1.9 et 1.10 présentent les systèmes de désignation numériques. Système de désignation numérique des métaux non ferreux DIN Numéro des groupes de matières principaux Numéros de nuances Nombre annexe Groupe de matières principal 2 Métaux lourds 3 Métaux légers Numéros de nuances Nombre annexe Cu 0 Non traité Réservé 1 Doux Zn, Cd 2 Ecroui (duretés intermédiaires) Réservé 3 Ecroui («dur» et au-delà) Pb 4 Recuit de mise en solution, sans reprise mécan Sn 5 Recuit de mise en solution, repris à froid Ni, Co 6 Durci à chaud, repris à froid Métaux nobles 7 Durci à chaud, sans reprise mécan Métaux réfractaires 8 Non chargé, sans écrouissage préalable Réservé 9 Traitements spéciaux Al Mg Réservé Ti Réservé Tableau 1.9 Système de désignation numérique des métaux non ferreux suivant la norme DIN Fig. 1.1 Boîtier en métal léger d'une caméra d'imagerie thermique 48

49 Matières Système de désignation numérique des métaux non ferreux suivant la norme européenne DIN EN 573, DIN EN 1412, DIN EN 1754 Norme européenne Lettre correspondant à la matière EN (-) Forme du produit 5 chiffres pour identifier la composition chim. ou Groupes principaux et sous-groupes de l'alliage + lettre d'identification ou Numéros de comptage à 3 chiffres + lettre d'identification Lettre de la matière (extraits) Forme du produit A Aluminium A Anodes M Magnésium B Lingotières Cu Cuivre C Matières en fonte F Métaux d'apport et métaux d'apport de brasage fort M Alliages mères R Cuivre raffiné S Matière en forme de grenaille W Matières corroyées X Matières non normalisées Tableau 1.10 Système de désignation numérique des métaux non ferreux suivant la norme européenne Exemples de désignations de fontes : Norme européenne Jusqu'à présent Groupe de matières GARANT N de matière Nom abrégé N de Nom abrégé (cf. chap. 1, matière section 1.1) Aluminium et alliages d'aluminium EN AW 5754 EN AW-5754 [AlMg3] Al Mg EN AC EN AC [AlSi10Mg] G-Al Si 10 Mg 17.1 EN AC EN AC [AlSi12] Al Si Magnésium et alliages de magnésium EN MC EN-MC Mg Al 8 Zn G-Mg Al 8 Zn Cuivre et alliages de cuivre CC 491 K CuSu5ZnPb5-C G-CuSu5ZnPb 19.0 CC 750 S CuZn33Pb2-C G-CuZn33Pb 20.0 CC 495 K CuSn10Pb10-C G-CuPb10Sn

50 MANUEL D USINAGE GARANT Identification des matières à mouler thermoplastiques Identification des matières à mouler thermoplastiques Polyéthylène (PE) Polypropylène (PP) Polycarbonate (PC) DIN : DIN : DIN : B C D E F G H K L M Q R S T X Y H B R Q Utilisation Additif Densité en g/cm 3 (PE) Soufflage sur matrice Calandrage Fabrication de disques Extrusion (tubes) Extrusion (films) Usage général Revêtement Isolation de câbles et de fils Extrusion monofil Moulage par injection Moulage Moulage par rotation Frittage par poudre Fabrication de bandes Aucune indication Fabrication de fibres Identification supplémentaire (PP) Homopolymère du polypropylène Copolymère en masse thermoplastique Copolymère statique thermopl. Mélange des groupes H, B, R Résilience a n en kj/m 2 A B C D E F G H K L N P R S T W X Y Z N d'ident Stabilisateur de traitement Antibloquant Colorant Poudre Agent moussant Agent ignifuge Granulat Stabilisant thermique Désactivateur de métaux Stabilisant UV Colorant naturel Modifiant choc Agent de démoulage Lubrifiants internes et externes Transparence accrue Stabilisant d'hydrolyse Réticulable Conductivité accrue Antistatique Indice d'isotacticité (PP) Charge et renfort (PE et PP) N de à Type Forme d'ident Part en masse en % > > > > > ,917 0,922 0,927 0,932 0,937 0,942 0,947 0,952 0,957 0,962 Viscosité (PC) en cm 3 /g 0,917 0,922 0,927 0,932 0,937 0,942 0,947 0,952 0,957 0,962 A B C G K L M S T W X Z Amiante Bore Carbone Verre Craie (CaCO 3 ) Cellulose Minéraux, métal Mat. organ. synth. Talc Bois non spécifié autre B D F G H S X Z Charges (PC) Part en masse en % Billes Poudre Fibres Matière moulue Trichite (monocristaux fibreux) Feuilles Non spécifié Autre N de à N de à N de à N d'ident. d'ident. d'ident. d'ident. de ,5 12,5 17,5 22,5 27,5 32,5 7,5 12,5 17,5 22,5 27,5 32,5 37, ,5 42,5 47,5 52,5 57,5 62,5 67,5 Résilience Indice de fluidité en g/10 min Conditions d'essai a k en kj/m 2 PE, PP PC indice de fluidité a n a k N de à N de à L'indice de fluidité MFI d'ident. d'ident. indique la quantité Symbole de à Symbole A0 A1 A3 A5 A7 A Polyéthylène PE Polypropylène PP Polycarbonate PC Identification supplémentaire (PP uniquement) Utilisation Additif Densité (PE) Indice d'isotacticité (PP) Viscoélasticité (PC)* * Séparation par un tiret pour le PC B0 B1 B3 B5 B7 B9 de à Désignation d'une matière à mouler PE pour l'extrusion de films avec un lubrifiant interne d'une densité de 0,981 g / cm 3 et un indice de fluidité MFI à 190 C / 2,16 kg de 4,2g / 10 min. : Matière à mouler DIN PE, FS, 20 D ,,, ,1 0,2 0,4 0,8 1,5 3,0 6, ,1 0,2 0,4 0,8 1,5 3,0 6, Tableau 1.11 Identification des matières à mouler thermoplastiques Part en masse en % Forme de charge et de renfort Type de charge et de renfort Indice de fluidité (PE et PP) Résilience (PC)* Conditions d'essai indice de fluidité (PE et PP) Indice de fluidité (PC)* D T G M - 42, 5 47, 5 52, 5 57, 5 62, 5 67, 5 72, , 5 77, 5 82, 5 87, 5 extrudée par un orifice dans des conditions données. 190 C / 2,16 kg 190 C / 5 kg 190 C / 21,6 kg 230 C / 2,16 kg 300 C / 1,2 kg à 77, 5 82, 5 87, 5 50

51 Matières 2 Matières ferreuses Les alliages fer-carbone présentant une teneur en carbone max. de 2% sont qualifiés d'aciers ; les matières dont la teneur en carbone est supérieure à 2% sont des fontes. A l'exception de certains alliages de fonderie et de la fonte à graphite sphéroïdal, la fonte ne présente qu'une résistance à la traction moyenne. En revanche, l'acier est tenace, toujours déformable à chaud et également à froid dans le cas d'une teneur en carbone faible. Un traitement thermique (trempe ainsi que trempe et revenu) permet d'augmenter considérablement la résistance de l'acier, mais la déformabilité diminue sensiblement. 2.1 Aciers Classification des aciers Les aciers sont regroupés en fonction de leurs éléments d'alliage, leurs constituants de structure et leurs propriétés mécaniques. Selon la teneur en alliage, les distinctions suivantes sont établies : V Aciers non alliés V Aciers faiblement alliés (la teneur de chaque élément d'alliage est < 5%) V Aciers fortement alliés (la teneur de l'un des éléments d'alliage est d'au moins 5%) Les aciers non alliés sont classés en aciers non prévus pour un traitement thermique et aciers pour traitement thermique. Les aciers faiblement alliés possèdent essentiellement les mêmes propriétés que les aciers non alliés. Parmi les aspects techniquement importants, citons la trempabilité sensiblement améliorée, la résistance à la chaleur accrue et la résistance au revenu. Les aciers fortement alliés sont nécessaires pour obtenir des propriétés spéciales. Seuls les aciers fortement alliés permettent d'obtenir la résistance à l'oxydation à chaud ou des propriétés physiques particulières. Figure 1.2 Empileur 51

52 MANUEL D USINAGE GARANT Pour l'utilisateur, une identification est souvent utile afin de déterminer d'autres propriétés importantes. C'est pourquoi les aciers sont également différenciés en pratique par leurs domaines d'utilisation et leurs emplois, comme suit : V Aciers de décolletage V Aciers de cémentation V Aciers pour traitement thermique V Aciers nitrurés V Aciers à outils V Aciers inoxydables et résistants aux acides La section 1 de ce chapitre présente sous la forme de tableaux la classification des aciers dans les groupes de matières ainsi que leurs propriétés et domaines d'application. Figure 1.3 Découpe-joints Influence de l'usinabilité des aciers L'usinabilité d'une matière doit toujours être évaluée en rapport avec le procédé d'usinage utilisé, la matière de coupe et les conditions de coupe. Du point de vue de la matière, l'usinabilité des aciers est déterminée par la structure et les propriétés mécaniques (dureté, résistance) Usinabilité en fonction de la teneur en carbone Les aciers au carbone (aciers de qualité non alliés) présentant une teneur en carbone C < 0,8% sont appelés «hypoeutectoïdes» (relativement au diagramme fer-carbone cf. également figure 1.5). Les principaux constituants de structure sont la perlite (mélange de ferrite et de cémentite, dureté élevée) et la ferrite (faible dureté, grande déformabilité). Lors de l'usinage, la ferrite occasionne d'importantes difficultés : V Forte tendance à coller à l'outil, formation d'arêtes rapportées V Formation de copeaux longs et emmêlés indésirables (grande déformabilité) V Mauvaise qualité d'état de surface et formation de bavures sur les pièces à usiner La perlite engendre, lors de l'usinage, des difficultés concernant : V Forte usure abrasive V Efforts de coupe supérieurs L'usinabilité des aciers présentant une teneur en carbone C < 0,25% est essentiellement marquée par les propriétés susmentionnées de la ferrite. Des arêtes rapportées se forment à des vitesses de coupes faibles. L'usure de l'outil augmente lentement avec l'accroissement de la vitesse de coupe, de même que la température de coupe. Dans ces conditions, il convient de choisir des outils avec un angle de coupe le plus positif possible. 52 Figure 1.4 Structure ferrito-perlitique (ferrite claire)

53 Matières Température T Fe 0,8 2,06 % 4,3 Teneur en carbone Aciers Fontes Augmentation de la résistance, diminution modérée de la déformabilité. Grande résistance par trempe et trempe-revenu, mais cassant et sensible aux chocs. Lors d'un traitement thermique approprié, les matières sont déformables à chaud, parfois à froid, durcissables, aptes au traitement de trempe et revenu. Résistance modérée (sauf GGG et fontes alliées). Très cassant et très sensible aux chocs. La fonte lédéburique empêche toute application de chaleur Fer pur p. ex. aciers de construction généraux, DIN ,1 0,5 Aciers pour traitement thermique, 0,25 0,8 p. ex. DIN Aciers à outils Fonte (blanche, grise) Aciers hypo hypereutectoïdes Les aciers au carbone dans la plage 0,25% < C < 0,4%, les propriétés de la perlite influent sur l'usinabilité : V La tendance au collage diminue et donc la formation d'arêtes rapportées. V A la suite de l'augmentation de la charge sur la zone de contact, la température de coupe augmente lors de l'usinage, de même que l'usure de l'outil. V La structure influence positivement la qualité d'état de surface, la formation et la forme des copeaux. Une nouvelle augmentation de la teneur en carbone (0,4% < C < 0,8%) engendre une nouvelle augmentation de perlite, jusqu'à ce qu'il ne reste plus que de la perlite pour 0,8% de C. Les aciers au carbone à env. 0,25% C présentent une bonne usinabilité. La figure 1.5 présente une classification schématique des alliages fer-carbone et leurs propriétés. Figure 1.5 Classification schématique des alliages fer-carbone Usinabilité en fonction des éléments d'alliage Ce chapitre décrit l'influence de certains éléments d'alliage importants sur l'usinabilité des aciers. V Le chrome et le molybdène améliorent la trempabilité de l'acier et influencent ainsi l'usinabilité des aciers de cémentation et des aciers pour traitement thermique via la structure et la résistance. Pour les aciers présentant une teneur en carbone ou en alliage supérieure, ces éléments forment des carbures spéciaux et mixtes durs, qui peuvent nuire à l'usinage. Il en va de même pour le tungstène. V Le nickel influence également la résistance de l'acier et entraîne une augmentation de la ténacité, ce qui provoque généralement une mauvaise usinabilité, notamment pour les aciers Ni austénitiques (en particulier, en présence de teneurs en nickel plus élevées). V Le silicium forme, par ex. en association avec l'aluminium, des inclusions d'oxyde de silicium (silicate) dures. Il peut en résulter une augmentation de l'usure de l'outil. V L'ajout par alliage de phosphore permet d'obtenir des copeaux courts. En présence de teneurs maximales de 0,1%, le phosphore exerce une influence positive sur l'usinabilité. Des teneurs en phosphore plus élevées permettent d'obtenir de meilleures 53

54 MANUEL D USINAGE GARANT V V V V qualités d'état de surface, mais accroissent l'usure de l'outil. Le titane et le vanadium peuvent, déjà en petites quantités, entraîner une augmentation sensible de la résistance. Concernant l'effort de coupe et la formation de copeaux, l'on peut s'attendre à de mauvais résultats en raison de l'affinage important du grain. Le soufre ne possède qu'une faible solubilité dans le fer, mais forme, en fonction des composants de Figure 1.6 Inclusion de sulfure de manganèse l'alliage, des sulfures stables dans l'acier. Les sulfures de manganèse MnS (cf. figure 1.6) sont souhaitables, dans la mesure où ils influencent positivement l'usinage (copeaux courts, réduction de la formation d'arêtes rapportées, meilleur état de surface de la pièce). Le manganèse améliore la trempabilité et augmente la résistance des aciers. En raison de sa forte affinité avec le soufre, le manganèse forme des sulfures avec ce dernier. Des teneurs en manganèse maximales de 1,5% favorisent, pour les aciers à faible teneur en carbone, l'usinage à la suite de la bonne formation de copeaux. En présence d'une teneur en carbone supérieure, l'usure accrue de l'outil nuit toutefois à l'usinage. Le plomb possède un point de fusion relativement bas et est présent dans le fer sous la forme d'inclusions submicroscopiques. Lors de l'usinage, un film de plomb protecteur se forme entre l'outil et la pièce, réduisant ainsi l'usure de l'outil. Les copeaux sont courts. 54

55 Matières Usinabilité en fonction du traitement thermique Un traitement thermique ciblé permet d'influencer la structure de manière à ce qu'il soit possible non seulement de modifier les propriétés mécaniques, mais également d'adapter l'usinabilité aux exigences. Le tableau 1.12 ci-dessous résume l'influence de différents procédés de traitement thermique sur l'usinabilité d'aciers en ce qui concerne l'usure de l'outil et la formation de copeaux. Procédés de traitement thermique Recuit normal Recuit à gros grain Recuit de coalescence Influence de la structure Structure micrograin uniforme par recristallisation Structure à gros grain, limites en raison de l'altération des propriétés de résistance Perlite riche en ferrite avec cémentite globulaire (tendre, bonne déformabilité) Usinabilité Dépend de la teneur en carbone de l'acier (cf. section ) : Ferrite - mauvaise formation de copeaux, usure réduite Perlite - meilleure formation de copeaux, usure accrue Faible usure de l'outil, bonne formation de copeaux, qualités d'état de surface élevées Forte usure de l'outil, mauvaise formation de copeaux avec la croissance du pourcentage de ferrite dans la structure Trempe Martensite Importante usure abrasive de l'outil en cas d'utilisation de matières traditionnelles de coupe, bonne formation de copeaux Tableau 1.12 Usinabilité en fonction du traitement thermique Structure finale Recuit normal Recuit à gros grain Trempe Figure 1.7 Micrographie de l'acier C60, différents traitements thermiques 55

56 MANUEL D USINAGE GARANT Usinabilité de divers types d'aciers Type d'acier Particularités Usinabilité Effets Acier de décolletage p. ex. : S300 S300pb 35MFG 45MF4 Acier de cémentation p. ex. : XC15 16NC5 20NC5 18 CrNi 8 Acier pour traitement thermique p. ex. : XC CD4 30 CDV9 35NCD16 Principaux éléments de l'alliage : les éléments Pb, P, S, Mn en association avec le soufre forment le sulfure de manganèse MnS désiré Aciers de construction non alliés, aciers spéciaux et de qualité ainsi qu'aciers spéciaux alliés avec une teneur en carbone C < 0,2% Duretés : cémentation de la bordure à 0,6-0,9% C (duretés jusqu'à 60 HRC) Teneur en carbone 0,2% < C < 0,6% Principaux éléments de l'alliage : Chrome Cr Nickel Ni Vanadium V Molybdène Mo Silicium Si Manganèse Mn Tableau 1.13 Usinabilité de divers types d'aciers Possibilité de gain en terme de durée de vie en fonction de la vitesse de coupe, notamment par l'ajout de Pb (50 à 70%) Diminution possible de l'effort de coupe jusqu'à 50% Vitesses de coupe élevées pour réduire la formation d'arêtes rapportées, de préférence avec des tranchants d'outils en carbure Diminution de l'avance Géométrie d'outil adaptée (angle de coupe positif ) Usinage dur avec carbures micrograin, céramiques mixtes, matières de coupe CBN Copeaux courts Etat de surface des pièces propre Faible tendance à la formation d'arêtes rapportées Réduction de l'usure de l'outil Bonne qualité d'état de surface Bonne fragmentation de copeaux Excellente qualité d'état de surface L'usinabilité dépend largement des éléments d'alliage correspondants et du traitement à chaud Trempe et revenu essentiellement après l'ébauche et avant la finition ou la rectification Réduction des vitesses de coupe avec augmentation de la teneur en carbone (pourcentage de perlite) Ebauche essentiellement en raison des niveaux élevés d'enlèvement de copeaux dans l'état normalisé de la matière (recuit normal) Finition avec vitesses de coupe réduites, principalement avec des outils en carbure du groupe P (acier rapide uniquement pour perçage et taraudage) Utilisation d'outil céramique CBN uniquement pour les duretés supérieures à 45 HRC (cf. usinage dur de l'acier de cémentation) Excellente usinabilité Réduction de l'usure de l'outil Réduction de l'usure de l'outil 56

57 Matières Tableau 1.13 Usinabilité de divers types d'aciers (suite) Type d'acier Particularités Usinabilité Effets Acier nitruré p. ex. : 34 CrAlNi 7 31 CrMo CrAlS Acier de construction p. ex. : XC45 XC60 Aciers inoxydables et résistants aux hautes températures p. ex. : X5CrNiNb18-10 Teneur en carbone 0,2% < C < 0,45% Principaux éléments de l'alliage : Cr, Mo, Al, V Dureté de surface de la matière élevée en raison des nitrures métalliques cassants Teneur en C < 0,9% pour les aciers à outils non alliés Teneur en chrome > 12% Pourcentage de nickel supplémentaire global 10-13% L'usinage se déroule avant la nitruration en raison de la dureté très élevée de la surface de la matière Matière finale trempée et revenue : vitesses de coupe réduites Matière finale non trempée et revenue Teneur en Ni > 1% Addition de soufre S Utilisation de matières de coupe en carbure à base de titane et de carbure de titane (P 20) Trempe et revenu des aciers à outils Aciers essentiellement ferritiques Aciers austénitiques : vitesses de coupe réduites avances relativement élevées pour réduire le nombre de coupes Usure de l'outil acceptable Mauvaise évacuation des copeaux Formation de bavures Mauvaise usinabilité Bonne usinabilité Tendance au collage accrue Formation d'arêtes rapportées Usinabilité relativement mauvaise Surfaces de mauvaise qualité et rugueuses Amélioration de l'usinabilité Bonne usinabilité Mauvaise usinabilité Forte tendance au collage Formation d'arêtes rapportées Tendance à l'écrouissage Figure 1.8 Fraisage d'acier pour traitement thermique 57

58 MANUEL D USINAGE GARANT L'usinabilité d'aciers inoxydables (groupes de matières GARANT 13 et 14, tableaux 1.1 et 1.2) est évaluée à l'aide du facteur PRE (Pitting Resistance Equivalent) détaillé ci-après, qui décrit la résistance d'aciers inoxydables à la «corrosion par piqûres» («pitting» en anglais). Cr... Chrome Facteur PRE =% Cr + 3,3 % Mo + 30 % N Mo... Molybdène (éq. 1.1) N...Azote %... pourcentage d'éléments En particulier pour le tournage d'aciers inoxydables, les plages suivantes à appliquer pour évaluer l'usinabilité: Plage facteur PRE Evaluation de l'usinabilité Exemples de matières Désignation de la matière PRE < 16 Bonne Z8C12 (1.4000) Z10C13 (1.4006) Z33C13 (1.4028) 16 < PRE < 22 Moyenne Z7CN18-09 (309) (1.4301) < PRE < 34 Difficile Z6CNDT17-12 (316Ti) 13.1 (1.4571) PRE > 35 Très difficile Z5CND27-05 AZ (1.4460) 13.3 Tableau 1.14 Facteur PRE permettant d'évaluer l'usinabilité d'aciers inoxydables Groupe de matières GARANT : Exemple de calcul du facteur PRE Matière : Z5CND27-05 AZ (1.4460, groupe de matières GARANT 13.3) Analyse : Cr : 25, ,0 % Différence = 3,0% Cr = 1,5% Mo : 1,3... 2,0 % Différence = 0,7% Mo = 0,35% N: 0, ,2 % Différence = 0,15% N = 0,075% Facteur PRE = (25,0+ Cr)% + 3,3 (1,3+ Mo)% + 30 (0,05+ N)% = 26,5% + 3,3 1,65% ,125% Facteur PRE = 35,7 58

59 Matières Le tableau 1.15 dresse un aperçu type des paramètres de coupe réalisables pour le tournage de l'acier. Matières Vitesse de coupe 1) 240 à 400 m/min 180 à 320 m/min 130 à 250 m/min 120 à 220 m/min 110 à 190 m/min Aciers de construction généraux Acier de décolletage non traité Acier de décolletage trempé et revenu Acier de cémentation non allié Acier de cémentation allié Acier pour traitement thermique non allié Recuit de coalescence (G) Acier pour traitement thermique non allié Recuit normal (N) Acier pour traitement thermique non allié trempé et revenu (V) Acier pour traitement thermique allié recuit de coalescence (G) ou traité sur usinabilité améliorée (B) Acier pour traitement thermique allié trempé et revenu (V) jusqu'à 0,2% C p. ex. A50 2) plus de 0,2% C p. ex. A60 2) Aciers non destinés au traitement à chaud p. ex. S300pb jusqu'à 0,45% C p. ex. 35MF6 Traité sur structure ferrite-perlite (BG) p. ex. XC15 plus de 0,45% C p. ex. 60MF6 Traité sur structure ferrite-perlite (BG) p. ex. 16NC5S Traité sur résistance améliorée (BF) p. ex. 16CND6 Non traité 3) p. ex. 20NC6 jusqu'à 0,4% C p. ex. XC35G jusqu'à 0,45% C p. ex. XC45 plus de 0,4% C p. ex. XC60G plus de 0,45-0,55% C p. ex. XC50N jusqu'à 0,45% C ou jusqu'à 800 N/mm 2 p. ex. XC45V jusqu'à 0,3% C ou jusqu'à 200 HB p. ex. 25CD4B jusqu'à 0,4% C ou supérieur à HB p. ex. 24CD5B jusqu'à 0,4% C ou supérieur à N/mm 2 p. ex. 25CD4B 1) Vitesses de coupe en cas d'utilisation d'outils en carbure non revêtus 2) Possibilité d'une usinabilité différente en raison de fortes dispersions 3) Usinabilité différente en fonction du pourcentage de constituants de structure Indications de la résistance à la traction [HB] Indications de la dureté des matières Tableau 1.15 Vitesse de coupe réalisable pour les aciers plus de 0,6% C p. ex. XC70G plus de 0,55% C p. ex. XC60N plus de 0,45-0,6% C ou supérieur à 800 N/mm 2 p. ex. XC60V plus de 0,4% C ou plus de 230 HB p. ex. 25NCD4B jusqu'à 0,5% C ou supérieur à N/mm 2 p. ex. 42NC4V supérieur à 1000 N/mm 2 p. ex. 30NCD16V 59

60 MANUEL D USINAGE GARANT 2.2 Fontes Classification des fontes La catégorie fontes regroupe les alliages fer-carbone présentant une teneur en carbone C> 2% (généralement jusqu'à 4% cf. figure 1.5). Les éléments d'alliage sont généralement le silicium, le manganèse, le phosphore et le soufre. Il est possible d'améliorer la résistance à la corrosion et à la chaleur par l'addition de nickel, de chrome, de molybdène et de cuivre. L'ajout d'alliages aux fontes influence l'usinabilité, dans la mesure où ils font office de formateurs de carbure ou influent sur la résistance et/ou la dureté. La figure 1.9 présente la classification générale des fontes. Les désignations des fontes suivant la norme européenne sont reprises au tableau 1.6 (section 1.2). La fonte d'acier se trouve sous la forme d'acier moulé, qui ne sera plus usiné ultérieurement que comme procédé de fabrication. En raison de sa bonne ténacité, la fonte d'acier est utilisée dans toutes les applications impliquant des sollicitations diverses ainsi que des charges dynamiques et momentanées. La fonte dure possède une structure cassante, elle n'atteint pas les valeurs de résistance à la traction élevées comme la fonte d'acier. Dans la construction mécanique, la fonte dure pleine (solidification blanche sur toute la section) n'est utilisée que modérément et Fontes Fonte d'acier Fonte blanche Fonte grise Fonte spéciale Teneur en carbone : Aspect de la cassure : Eléments d'alliage : < 2 % 2,4 % - 4,5 % 2,5 % - 5,0 % 1,5 % - 3,5 % blanc blanc gris Fortement allié Faible addition avec de Mg Fonte dure Fonte brute malléable Fonte à graphite lamellaire Fonte à graphite vermiculaire Fonte à graphite sphéroïdalgraphite Si Al Cr Recuit sous différentes atmosphères (malléabilisation) Fonte Fonte malléable à malléable à cœur blanc cœur noir Désignation : Suivant la norme européenne : GS GH GTW GTS GG, GGL GGV GGG G-X 22CrNi17 EN-GJN EN-GJMW EN-GJMB EN-GJL EN-GJV EN-GJS Figure 1.9 Classification des fontes 60

61 Matières quasi exclusivement à l'état non traité. La fonte trempée revêt essentiellement une plus grande importance (refroidissement ciblé pour que la solidification blanche ne concerne que la couche superficielle) en raison de sa surface dure et résistante à l'usure pour une meilleure ténacité dans le noyau. Exemples d'application : cylindres, arbres à cames, poinçons, etc. La fonte malléable n'obtient ses propriétés caractéristiques que par un recuit (malléabilisation). Suivant le traitement thermique, l'on obtient de la fonte malléable à cœur noir ou blanc. Figure 1.10 Pièce de compresseur à vis Concernant la résistance, la fonte malléable se situe entre la fonte grise et la fonte d'acier. L'usinabilité de la fonte malléable à cœur blanc est, suivant l'épaisseur de paroi, plus difficile pour les pièces épaisses en raison du pourcentage élevé de perlite que pour les pièces minces (la couche carbonée atteint en général une épaisseur de 7 mm). C'est la raison pour laquelle la fonte malléable à cœur blanc est essentiellement utilisée pour les pièces minces. Pour la fonte malléable à cœur noir, contrairement à celle à cœur blanc, une structure uniforme en ferrite avec graphite de recuit intégré est présente sur l'ensemble de la section de la pièce en fonte. La fonte malléable à cœur noir est ainsi généralement plus facilement usinable que celle à cœur blanc. Elle est de préférence utilisée pour les pièces épaisses, qui devront être usinées à sec ultérieurement. Les différents types de fonte grise se distinguent essentiellement par la forme géométrique du graphite qu'elles contiennent. La fonte à graphite lamellaire (dite fonte grise ou GG ) possède des propriétés d'amortissement exceptionnelles, mais n'est pas aussi résistante que la fonte blanche. Même des modifications de structure minimes engendrent d'importantes variations de la durée de vie de l'outil. La fonte à graphite sphéroïdal (dite fonte sphéroïdale ou GGG) présente une capacité d'amortissement plus faible (env. d'un facteur 2), mais est relativement bien usinable. Matière récente, la fonte à graphite vermiculaire (dite GGV) allie les propriétés positives des fontes grise et sphéroïdale. Elle se situe ainsi entre la fonte grise et la fonte sphéroïdale. La fonte GGV croît sous la forme de doigts et de branches depuis une lamelle et ne contient pas plus de 20% de billes de graphite. Elle est notamment utilisée dans la construction de moteurs diesel. Ce type de fonte pose à l'heure actuelle encore problème au niveau de son usinabilité Usinabilité des fontes Les propriétés d'usinabilité des fontes sont fortement influencées par la quantité et la formation du graphite intégré. Les inclusions de graphite dans la fonte réduisent d'une part le frottement entre l'outil et la matière et d'autre part, interrompent la structure métallique de base. Il en résulte, comparativement à l'acier, une meilleure usinabilité, caractérisée par des copeaux courts, une réduction des efforts de coupe et une augmentation de la durée de vie des outils. 61

62 MANUEL D USINAGE GARANT Figure 1.11 Structure de la fonte grise à graphite lamellaire 62 Lors de l'usinage de fonte dure (fonte blanche), l'arête de coupe est fortement sollicitée en raison du pourcentage élevé de cémentite dans la structure de la matière. Pour atteindre une durée de vie économique, la vitesse de coupe devrait être réduite et la dureté de la matière augmentée. Une diminution de la profondeur de passe réduit à cet égard la charge sur les tranchants de l'outil. L'utilisation d'outil céramique de coupe permet, comparé aux carbures, de faire passer le facteur de la vitesse de coupe de 3 à 4. En raison de la bonne déformabilité plastique des nuances de fonte malléable, des copeaux continus indésirés se forment lors de l'usinage. Le graphite de recuit et le sulfure de manganèse intégré dans la structure de base entraînent toutefois une amélioration du bris de copeaux et donc des propriétés d'usinage. En raison de sa structure diverse, la fonte malléable à cœur noir est nettement plus usinable que celle à cœur blanc pour une dureté de matière identique. Pour la fonte à graphite lamellaire (cf. figure 1.11), la structure de base similaire à l'acier constituée de lamelles de graphite est coupée, ce qui engendre la formation de copeaux cisaillés ou fragmentés pendant l'usinage. Cela occasionne toujours des copeaux courts (généralement copeaux en poussière). Une usure frontale extrême des faces de dépouille est ainsi évitée. En outre, l'on peut constater une diminution des efforts de coupe. Lors de l'usinage, les arêtes de la pièce peuvent présenter des éclats. La qualité d'état de surface obtenue dépend du procédé de fabrication, des conditions de coupe ainsi que de la finesse et de l'uniformité de la structure de la fonte grise. En cas d'altération de la structure lamellaire (p. ex. lamelles en forme de rosettes «Bgraphite»), la durée de vie peut varier jusqu'à un facteur 10 à vitesses de coupe élevées et dans les mêmes conditions. Dans la fonte à graphite sphéroïdal (GGG), le graphite se présente sous la forme d'inclusions globulaires (cf. figure 1.12). La structure de base des nuances présentant une résistance moindre et une bonne ténacité (p. ex. fonte GGG 40 illustrée) est essentiellement composée de ferrite d'excellente usinabilité. Il se forme des copeaux en vrille, qui sont toutefois légèrement cassants en raison des inclusions de graphite. Lors de l'usinage dans des vitesses de coupe plus élevées, l'usure des faces de dépouille est problématique. Les copeaux présentent alors une caractéristique de cassure tenace et tendent, particulièrement lors de la coupe à sec, à former des copeaux apparents, c.-à-d. plastifier de la matière entre les faces de dépouille et la pièce. Dans le cas de la fonte vermiculaire (GGV), le graphite vermiculaire est ramifié comme un corail. Il peut ainsi offrir pour l'usinage des services aussi bons que le graphite lamellaire. La fonte GGV présente, pour des vitesses de coupe Figure 1.12 Micrographie de la fonte GGG 40 faibles, d'importants avantages par rapport à la fonte GGG et se différencie peu, par sa caractéristique d'usinage, de la

63 Matières fonte GG pour une dureté identique. Ainsi, l'usinabilité de la fonte GGV perlitique pour une vitesse de coupe de v c = 300 m/min, ressemble à celle de la fonte GG-25. A des vitesses de coupe supérieures à 300 m/min, une usure des faces de dépouille accrue se manifeste sur l'arête de coupe, qui est due à l'effet abrasif des inclusions de graphite. La zone extérieure des pièces coulées (peau de fonderie) présente, en raison des inclusions non métalliques, d'une structure modifiée et/ou d'un calaminage, une usinabilité pire que celle de la zone centrale. En conséquence, si les paramètres de coupe ne sont pas réduits, l'usure abrasive s'intensifie et des entailles d'usure se forment sur les tranchants de l'outil. (Cf. section 1.2) Le tableau 1.16 résume les valeurs de coupe types à atteindre en fonction du type de fonte à usiner. Matière Procédé Outil/ matière de coupe Avance par dent f z [mm/z] Vitesse de coupe v c [m/min] GG/GGG Fraisage Surfaçage/carbure rev. 0, Surfaçage/CBN 0, Perçage 10 mm/carbure monobloc 0, , Alésage/tournage de finition Outil à aléser/carbure 0, , GGV Valeurs de coupe légèrement supérieures à celles de la fonte GG/GGG Processus d'usinage pas encore stable (recherches encore nécessaires) Tableau 1.16 Vitesses de coupe types réalisables pour fontes S'exprimer sur l'usinabilité des fontes en association avec les indications de dureté Brinell (HB) est relativement incertain. Cette indication ne permet de tirer aucune conclusion sur la dureté d'abrasion de la fonte, qui a une influence particulièrement négative sur l'usinabilité en raison des inclusions de sable et de carbure libre. Ainsi, une fonte présentant une dureté Brinell de 180 HB et un nombre de carbure libre possède des propriétés d'usinage nettement plus difficiles qu'un type de fonte de même dureté, mais avec une structure 100% perlitique et sans carbure libre. 3 Métaux non ferreux 3.1 Aluminium et alliages d'aluminium Classification des alliages d'aluminium Les aluminiums se divisent en alliages de fonderie et de corroyage. Pour les alliages de corroyage, la déformabilité plastique est au premier plan, pour les alliages de fonderie, il s'agit de la fluidité. L'aluminium et ses alliages peuvent encore se subdiviser en fonction 63

64 MANUEL D USINAGE GARANT de la solidification d'alliage. L'on distingue ensuite les alliages d'aluminium durcissables par précipitation (solidification par formation de cristaux mixtes) et ceux non durcissables par précipitation ou autotrempants (solidification par précipitation des composants précédemment dissous). La figure 1.13 dresse un aperçu des nombreux alliages. Les principaux éléments d'alliage de l'aluminium sont le silicium, le magnésium, le zinc, le cuivre et le manganèse. Les alliages d'aluminium de corroyage durcissables par précipitation sont privilégiés lorsque leur excellent rapport résistance/densité ou leur grande résistance à la corrosion doivent être utilisés pour diverses applications dans la construction mécanique, automobile et aéronautique. Pour les alliages d'aluminium de fonderie, les valeurs de résistance ne viennent qu'après les propriétés de moulage. C'est pourquoi les alliages de fonderie peuvent, de par leur composition, être sensiblement différents des alliages de corroyage. Les alliages de fonderie Al-Si sont particulièrement importants sur le plan technique. Les alliages Al-Si eutectiques (teneur en Si proche de 12%) possèdent une bonne résistance et une fluidité exceptionnelle. Ils sont essentiellement utilisés pour les pièces minces, étanches à la pression et aux liquides dans la construction de machines et d'instruments. Leurs propriétés de moulage diminuent à mesure de la baisse de la teneur en Si. Le développement d'alliages d'aluminium pour pistons pour les moteurs a parfois engendré des compositions hypereutectiques (Si > 12%). L'augmentation de la teneur en Si permet de réduire le coefficient de dilatation des alliages d'aluminium. Alliages de fonderie Alliages de corroyage Al Si Mg Zn Cu AlSi AlMg AlSiCu AlSiMg AlMgSi AlCu AlZnMg Al Fe Si Mn Mg Zn Cu Li AlFeSi AlMg AlSi AlMn AlMgMn AlZn AlMgSi AlCu(Si,Mn) AlCuMg AlZnMg AlZnMgCu AlCu(Mg)Li Alliages durcissables par précipitation Alliages autotrempants Solidification par précipitation des composants précédemment dissous Solidification par formation de cristaux mixtes Figure 1.13 Classification schématique des alliages d'aluminium de fonderie et de corroyage 64

65 Matières Usinabilité des alliages d'aluminium L'aluminium est généralement considéré comme facilement usinable. Par rapport à l'acier de même résistance, les efforts de coupe présents sont nettement meilleurs (env. 30% de ceux de l'acier). La forme des copeaux est un critère essentiel pour l'aluminium, en raison du volume de copeaux proportionnellement important. Elle dépend de la matière proprement dite, des conditions de coupe et en partie également de la géométrie de l'outil. Lors de l'usinage de l'aluminium, la durée de vie varie parfois largement. L'importance décisive de l'usure est l'usure des faces de dépouille. L'usure en cratère n'existe pas lors de l'usinage de l'aluminium. Figure 1.14 Fraisage de poche de l'aluminium 65

66 MANUEL D USINAGE GARANT Valeurs technologiques GARANT pour l'usinage de l'aluminium : Fraisage de Al Mg 3g Outil Plaquette Système de serrage Valeurs de coupe Fraise à surfacer 90 ANMT Porte-fraise court v c = m/min Diamètre 50 SA 40 D22 n = tr/min f z = 0,17 mm/z v f = mm/min a e = 50 mm a p = 6 mm Fraise à copier avec arrosage interne Diamètre 42 VCTG 22 Fraise ébauche carbure monobloc Al Diamètre 16 Fraise semi-finition carbure monobloc Diamètre 16 Fraise UGV carbure monobloc Diamètre 16 Porte-fraise court SA 40 D22 Mandrin Weldon Mandrin Weldon Mandrin hydraulique HG v c = 790 m/min n = tr/min f z = 0,18 mm/z v f = mm/min a e = 35 mm a p = 3 mm v c = 400 m/min n = tr/min f z = 0,298 mm/z v f = mm/min a e = 16 mm a p = 15 mm v c = 390 m/min n = tr/min f z = 0,1 mm/z v f = mm/min a e = 0,2 mm a p = 20 mm v c = 400 m/min n = tr/min f z = 0,45 mm/z v f = mm/min a e = 15 mm a p = 1 mm 66

67 Matières Valeurs technologiques GARANT pour l'usinage de l'aluminium : Alésage / taraudage de Al Mg 3 Outil Revêtement Système de serrage Valeurs de coupe Foret hélicoïdal carbure TiAlN Mandrin hydraulique v c = 260 m/min monobloc HD n = tr/min Diamètre 10,2 f z = 0,23 mm/z v f = mm/min a e = 10,2 mm Taraud machine pour trous borgnes synchro Diamètre 12 TiCN Fraise à fileter universelle GARANT avec arrosage interne Diamètre 6,2 Mandrin hydraulique HD Mandrin hydraulique HG v c = 50 m/min n = tr/min f z = 1,75 mm/z v f = mm/min a e = 12 mm v c = 120 m/min n = tr/min f z = 0,02 mm/z v f = 400 mm/min Pour les alliages d'aluminium de corroyage, l'usure ne pose aucun problème. Ils s'usinent bien avec des outils en carbure ou HSS. Même lors de sollicitations d'outil relativement élevées, les durées de vie sont encore élevées. L'aluminium pur et les matières de corroyage durcissables par précipitation à l'état tendre tendent souvent, notamment à vitesses de coupe faibles, à former des copeaux apparents ou des arêtes rapportées. En raison de la modification ultérieure de la géométrie de coupe et de l'augmentation de la température par frottement, il faut souvent compter sur une surface de mauvaise qualité. Pour y remédier, il convient d'augmenter la vitesse de coupe, d'accroître l'angle de coupe (jusqu'à 40 ), voire d'utiliser un lubrifiant. Les matières d'aluminium de fonderie sans silicium sont à considérer, du point de vue de leur usinabilité, comme les matières de corroyage correspondantes. Les alliages de fonderie Al-Si durcissables par précipitation et hypoeutectiques (teneur en silicium jusqu'à 12%) présentent de mauvaises propriétés d'usinage à mesure de l'augmentation du pourcentage de Si. Des inclusions dures et cassantes comme le Si proprement dit ou l'al 2 O 3 améliorent la fragilité des copeaux, mais augmentent l'usure de l'outil. Les carbures conviennent bien comme matière de coupe pour l'usinage. Le choix doit toutefois s'effectuer en fonction des paramètres de coupe et de la méthode d'usinage (coupe intermittente ou adoucie). Les alliages de fonderie Al-Si hypereutectiques (teneur en Si supérieure à 12%) présentent une bonne usinabilité concernant la forme des copeaux et la qualité d'état de surface réalisable avec les carbures (HM) et les outils au diamant polycristallin (PCD). Les particules de Si grossières dans la structure de base relativement dure engendrent toutefois une réduction très nette de la durée de vie par rapport aux alliages de fonderie hypoeutectiques. Les zones centrale et extérieure des pièces coulées possèdent parfois des propriétés d'usinage très diverses. Cette différence n'est malheureusement pas déterminée pour les alliages Al-Si eutectiques. 67

68 MANUEL D USINAGE GARANT Le tableau ci-dessous présente quelques valeurs indicatives types pour différents procédés des alliages Al-Si techniquement intéressants. Matière Procédé Matière de coupe Alliages d'al hypo eutectiques (teneur en Si < 12%) Alliages d'al hypereutectiques (teneur en Si > 12%) Vitesse de coupe v c [m/min] 3.2 Magnésium et alliages de magnésium Avance par dent f z [mm/z] Tournage HSS < 400 < 0,5 1) < 6 Carbure < < 0,6 1) < 6 PCD < < 0,3 1) < 1 Fraisage HSS < 300 0,3 < 6 Carbure < 700 0,3 < 8 PCD < ,15 < 2,5 Perçage HSS ,1... 0,4 1) Carbure < 500 0,15 1) PCD Profondeur de coupe a p [mm] Moins approprié pour le perçage en raison des phénomènes d'écrasement dans la zone des arêtes transversales Tournage Carbure < 400 < 0,6 1) < 4 PCD < < 0,2 1) < 0,8 Fraisage Carbure < 500 0,25 < 8 PCD < ,15 < 2 Perçage Carbure ,15 1) PCD Moins approprié pour le perçage en raison des phénomènes d'écrasement dans la zone des arêtes transversales 1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent Tableau 1.17 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage de différents alliages d'aluminium Figure 1.15 Pièce porteuse en magnésium Le magnésium et ses alliages possèdent la densité la plus faible de toutes les matières métalliques pour des propriétés de résistance moyennes. Le magnésium présente une usinabilité exceptionnelle. La forte réactivité chimique nécessite toutefois des mesures de protection tout à fait particulières contre l'auto-inflammation. La grande affinité avec l'oxygène impose de prendre des mesures anticorrosion, et ce, malgré la couche d'oxyde protectrice. En raison du retrait très important lors de la solidification (env. 4%), le magnésium tend à être microporeux. Ces inconvénients 68

69 Matières peuvent être, dans la plupart des cas, évités par un alliage avec l'aluminium et le zinc. Etant donné que le manganèse améliore la résistance à la corrosion, les principaux alliages de magnésium contiennent ces trois additions. Le magnésium et ses alliages se distinguent des autres métaux notamment par leurs efforts de coupe réduits. Toutefois, par rapport à l'usinage d'alliages d'aluminium faiblement alliés, l'on observe de forts phénomènes adhésifs entre la plupart des matières de coupe et la matière à usiner. Une fois que des mesures de sécurité contre le risque d'incendie sont prises, l'usinage du magnésium à sec est possible avec des outils en PCD à des vitesses de coupe élevées (v c > m/min). Le risque provient notamment de l'usinage à faibles sections, des fins copeaux en poussières, facilement inflammables et contaminant aux alentours de la machine. Les carbures non revêtus et revêtus de TiN ne doivent être utilisés, à des vitesses de coupe v c > 600 m/min, qu'avec des lubrifiants. En outre, les outils doivent être choisis avec un angle de dépouille suffisamment important. Le tableau ci-dessous présente quelques valeurs indicatives types pour l'usinage d'alliages de magnésium. Matière Procédé Matière de coupe Alliages de Mg Tournage de finition Fraisage à queue cylindrique Vitesse de coupe v c [m/min] Avance par dent f z [mm/z] 1) Profondeur de coupe a p [mm] HSS , ,03 0, ,3 Carbure , ,04 0, ,4 PCD < 900 0, ,06 0, ,1 HSS , ,01 Carbure , ,1 PCD ,15 Perçage HSS 140 0, ,8 Carbure monobloc , ,16 1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent Tableau 1.18 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage de différents alliages de magnésium 69

70 MANUEL D USINAGE GARANT Figure 1.16 Support de coupe PCD en titane pour scies 3.3 Titane et alliages de titane Le titane allie résistance élevée, densité réduite et résistance exceptionnelle à la corrosion. Le titane et ses alliages doivent à cette combinaison de propriétés, malgré leur prix élevé, une vaste utilisation dans des domaines spéciaux, tels que la navigation aérienne et spatiale, dans les réacteurs et les moteurs hautes performances ainsi qu'en technique médicale. Les additions d'aluminium, d'étain, de zircon ou d'oxygène favorisent une structure hexagonale (alliage α modérément déformable à froid, pour applications à températures plus élevées, p. ex. réacteurs) ; les additions de vanadium, de chrome, de molybdène et de fer confèrent une structure cubique centrée (alliage β meilleure déformabilité à froid, résistance élevée, même pour une densité plus élevée). Il existe un compromis entre les deux structures : les alliages biphasés (α+β) (exemple : TA6V), qui se caractérisent par un excellent rapport résistance/densité. Ces alliages atteignent à l'état trempé les meilleures propriétés de résistance. Contrairement aux autres métaux légers, le titane occupe une position particulière concernant l'usinabilité, dans la mesure où ses propriétés mécaniques et physiques (p. ex. faible conductibilité thermique, module d'élasticité réduit) lui permettent de compter parmi les matières considérées comme difficilement usinables. La chaleur dégagée n'est évacuée qu'en faible proportion vers les copeaux et ceux-ci tendent à adhérer aux tranchants. Les outils subissent une charge alternée périodique, au cours de laquelle se forment des copeaux lamellaires et discontinus. L'on peut ainsi s'attendre, pour des temps de coupe plus longs, à des phénomènes de fatigue (écaillages, usure des faces de dépouille) au niveau des tranchants de l'outil. L'utilisation de lubrifiants est indispensable. La réactivité du titane, par ex. avec l'oxygène, peut entraîner une explosion ou une inflammation de poussière de titane. Le titane pur et les alliages α possèdent la meilleure usinabilité, les alliages β, la plus mauvaise. Le développement de matières de coupe en particulier a entraîné ces dernières années un changement considérable en termes des vitesses de coupe utilisables. Outre les carbures non revêtus des nuances K et P, les carbures K revêtus (p. ex. K10, TiCTiN revêtu) sont utilisés pour accroître davantage la plage de vitesses de coupe. La durée de vie des outils est déterminée de manière significative par la vitesse de coupe et l'usure des faces de dépouille qui en résulte essentiellement. Figure 1.17 Fraisage du titane 70

71 Matières Lors de l'usinage du titane, il convient de veiller aux points suivants : V Arêtes vives avec angle de dépouille suffisamment important V Angle de coupe positif pour les outils en HSS, plutôt négatif pour les fraises en carbure V Optimiser l'avance V Minimiser le risque de vibrations, veiller à des conditions stables et des pièces bien serrées V Privilégier le fraisage dans le sens de l'avance V Utiliser un lubrifiant en fonction de la procédure d'usinage V Contrôler la température d'usinage en limitant la formation d'usure Le tableau ci-dessous présente quelques valeurs indicatives types pour l'usinage. Matière Procédé Matière de coupe Titane pur (recuit) p. ex. : Ti 99,8 Ti 99,2 Ti 99,0 Alliages α (recuits) p. ex. : Ti Mn 8,Ti Al12 Sn11 Zr5 Mo1, Ti Al6 V4 Alliages (α+β) (recuit) p. ex. : Ti Al7 Mo4, Ti Al6 V6 Sn2 Cu1 Fe1 Alliages α (recuit de mise en solution et trempé) p. ex. : Ti Al6 V4, Ti Al6 Sn2 Zr4 Mo2 Alliages (α+β) (recuit de mise en solution et trempé) p. ex. : Ti Al 5 Sn2 Zr2 Mo4 Cr4, Ti Al8 Mo1 V1 Alliages β (recuit ou recuit de mise en solution) p. ex. : Ti V8 Cr6 Mo4 Zr4 Al3, Ti V8 Fe5 Al1 Alliages β (recuit de mise en solution et trempé) p. ex. : Ti Cr11 Mo7,5 Al3,5 Ti V8 Fe5 Al1 Vitesse de coupe v c [m/min] Avance par dent f z [mm/z] 1) Tournage HSS , ,4 1) Carbure , ,5 1) Fraisage en HSS ,1... 0,3 bout Carbure ,1... 0,4 Perçage HSS , ,45 1) Carbure Tournage HSS , ,4 1) Carbure , ,4 1) Fraisage en HSS , ,2 bout Carbure ,1... 0,2 Perçage HSS , ,40 1) Carbure ,1... 0,3 1) Tournage HSS , ,4 1) Carbure , ,4 1) Fraisage en HSS , ,15 bout Carbure ,1... 0,2 Perçage HSS , ,25 1) Carbure ,1... 0,3 1) Tournage HSS , ,4 1) Carbure , ,4 1) Fraisage en HSS , ,18 bout Carbure ,1... 0,2 Perçage HSS 8 0, ,20 1) Carbure Tournage HSS , ,4 1) Carbure , ,4 1) Fraisage en bout HSS , ,15 Carbure ,1... 0,2 Perçage HSS 6 0, ,15 1) Carbure 1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent Tableau 1.19 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage de différents alliages de titane 71

72 MANUEL D USINAGE GARANT 3.4 Cuivre et alliages de cuivre De faibles additions à l'alliage permettent d'augmenter considérablement la résistance du cuivre. Ceci intervient par formation de cristaux mixtes (argent, arsenic) ou durcissement (chrome, zircon, cadmium, fer ou phosphore). Plus de 37% de zinc dans la composition Figure 1.18 Pièces en laiton et maillechort d'alliages de cuivre-zinc (laiton) entraînent une diminution de la ténacité de l'alliage pour une dureté simultanément croissante. Ceci convient aux procédés par enlèvement de copeaux en raison de la formation de copeaux plus courts. Le maillechort est un alliage de cuivre-zinc dans lequel une partie du cuivre est remplacée par du nickel. L'addition de nickel confère la couleur blanche, similaire à l'argent. Les alliages de maillechort techniques contiennent de 10 à 25% de nickel. Les alliages de maillechort contenant du plomb présentent de meilleures propriétés de résistance que les laitons au plomb et sont utilisés en mécanique de précision et pour la fabrication de boîtes de compas. Les bronzes classiques sont des alliages de cuivre-étain avec une teneur en étain maximale de 8,5%. Pour les alliages de fonte, une addition d'étain de 14% maximum permet d'augmenter la résistance. Pour les pièces moulées, notamment dans la construction mécanique, il est nécessaire d'éliminer par traitement thermique la structure cassante avec ses conséquences néfastes sur la ténacité de la matière. Le bronze rouge désigne les bronzes contenant non seulement de l'étain, mais également du zinc et du plomb. Il est utilisé pour les pièces mécaniques et les appareils sensibles à la corrosion ou les coussinets. Les bronzes spéciaux désignent les alliages de cuivre et d'aluminium, de manganèse ou de silicium ou une combinaison de ces éléments. Ils sont aujourd'hui désignés à juste titre sous le nom d'alliages de cuivre. Le cuivre pur présente une mauvaise usinabilité en raison de sa forte ténacité et de sa grande déformabilité. Les alliages comprenant les éléments Zn, Sn, Al et Si ont généralement une meilleure forme de copeaux. Les alliages composés des éléments Pb, Se, Te sont comparables en termes d'usinabilité à l'acier de décolletage (cf. tableau 1.13). Le tableau 1.20 présente des valeurs indicatives types pour l'usinage. Figure 1.19 Pièces de robinetterie 72

73 Matières Procédé Matière de coupe Vitesse de coupe v c [m/min] Avance par dent f z [mm/z] 1) Profondeur de coupe a p [mm] Tournage HSS ,2... 0,45 1) 0, Carbure ,2... 0,45 1) 0, Fraisage HSS , ,2 0, Carbure , ,2 0, Perçage HSS ,1... 0,4 1) Carbure ,1... 0,4 1) 1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent Tableau 1.20 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage d'alliages de cuivre 3.5 Alliages à base de nickel L'alliage NiCr20 constitue la base de nombreux alliages résistant à la chaleur. L'addition de chrome permet d'augmenter la température de fusion et d'améliorer la résistance à l'oxydation à chaud. Les alliages résistant aux hautes températures sur cette base (cf. également le chapitre «Matières», section 1, goupe de matières 13.3) contiennent des additions de titane et d'aluminium. Grâce à ces éléments, les alliages deviennent durcissables par précipitation. L'utilisation d'alliages de ce genre à hautes températures limite la durée d'utilisation en raison du vieillissement de la matière (surveillance particulière requise). L'addition de cobalt permet d'accroître la résistance à la chaleur. D'autres additions d'alliage sont le molybdène et le tungstène. Les alliages de nickel résistant à la corrosion sont mélangés à des additions de chrome, de molybdène et de cuivre. Ces alliages dépassent également la résistance à la corrosion des aciers austénitiques du point de vue de la résistance chimique. Les alliages de nickel résistant à la corrosion sont transformés quasi exclusivement par le secteur de la construction d'appareils pour l'industrie chimique. Le tableau 1.21 présente la classification des alliages de nickel ainsi que des valeurs indicatives types d'usinage pour le tournage et le fraisage. 73

74 MANUEL D USINAGE GARANT Niveau de difficulté de l'usinabilité Matière de coupe Alliages de corroyage / de fonderie All. Ni-Cu Exemples Monell 400 Monell 401 Monell 404 Monell R 405 All. Ni-(Cr)-Mo Non durcissables par précipitation All. Ni-Fe-Cr ou all. Ni-Cr-Fe Hastelloy B Hastelloy X Inconel 625 Incoloy 825 Inconel 600 Inconel 601 All. Ni-Fe-Cr ou Ni-Cr-Fe ou Ni-Cr-Co durcissables par précipitation Incoloy 901 Incoloy 903 Inconel 718 Inconel X-750 Nimonic 80 Waspaloy Nimonic 90 Nimonic 95 Rene 41 Udimet 500 Udimet 700 Astralloy Valeurs indicatives recuit recuit recuit recuit de mise en solution Tournage HSS Carburbure bure 2) 2) HSS Car- HSS Car- HSS Carbure 2) Alliages de fonderie Alliages spéciaux (alliages de fonderie résistant aux très hautes températures) IN 100 Inconell 713 C Mar M 200 Nimocast 739 coulé, durci HSS Carbure 2) v c [m/min] , , f z [mm/z] 1) 0,18 0,18 0, ,18 0, ,18 a p [mm] 1 1 0,8... 2,5 0,8... 2,5 Fraisage à queue cylindrique Matière de coupe HSS HSS Carbure Carbure 0, ,18 0,8... 2,5 0, ,18 0,8... 2,5 0, ,18 0, ,18 0,13 0,13 0,8... 2,5 0,8... 2,5 0,8... 2,5 0,8... 2,5 HSS Carbure Carbure Carbure HSS Carbure v c [m/min] , , , f z [mm/z] 0, , , , , , , , , , ,07 3) 0,07 3) 0,06 3) 0,04 3) 0,06 3) 0,05 3) 0,06 3) 0,05 3) 0,05 3) 0,04 3) 0, , , , , , , , , , ,10 4) 0,10 4) 0,07 4) 0,04 4) 0,07 4) 0,06 4) 0,07 4) 0,06 4) 0,07 3) 0,05 4) a e [mm] d/2 d/4 d/2 d/4 d/2 d/4 d/2 d/4 d/2 d/4 1) 2) 3) 4) Pour le procédé de tournage, l'avance f [mm] remplace l'avance par dent Carbure de nuance K Pour diamètre de fraise de 10 à 18 mm Pour diamètre de fraise de 25 à 50 mm Tableau 1.21 Classification des alliages à base de nickel et valeurs indicatives pour l'usinage 74

75 Matières Les alliages à base de nickel font généralement partie des matières difficilement usinables. Pour les alliages durcissables par précipitation, la finition ne devrait être effectuée qu'à l'état durci. Les alliages de fonderie sont difficilement usinables en raison de la structure à gros grain et de la faible résistance des joints de grains. Pour la qualité d'état de surface, les particules de matière produites et les fissures des joints de grains posent souvent problème. Les alliages à base de nickel exigent, en raison de la température de coupe élevée en résultant, un usinage avec des outils optimisés et à arêtes vives, en carbure ou céramique. Etant donné que ces alliages s'encrassent souvent fortement lors de l'enlèvement de copeaux et tendent à la formation d'arêtes rapportées par les vitesses de coupe désormais proportionnellement faibles, les outils devraient posséder un angle de coupe γ relativement important (env. 5 à 15 ) et d'un angle de dépouille α suffisant (6 à 10 ). 3.6 Alliages à base de cobalt Les alliages à base de cobalt sont utilisés comme matériaux de construction en raison de leur bonne résistance à la chaleur et à l'oxydation à chaud pouvant aller jusque 950 C. Etant donné les ressources limitées du cobalt, la tendance va à l'utilisation d'alliages à base de nickel avec ou sans cobalt (p. ex. Nimonic), par ex. dans la construction de mécanismes d'entraînement. Les alliages à base de cobalt sont actuellement utilisés dans de nombreux secteurs industriels (stellite) pour le revêtement de surfaces de pièces fortement sollicitées (p. ex. matrices d'estampage). Les principaux éléments d'alliage sont le fer et le carbone (jusqu'à 1%), mais également d'autres métaux réfractaires tels que le chrome, le nickel, le tungstène, le tantale et le niobium. Des données comparatives concernant l'usinabilité des alliages à base de cobalt n'existent que dans une moindre mesure. En général, ces alliages doivent être usinés le plus possible à l'état durci ou les alliages non durcissables à l'état étiré à froid. Les carbures de la nuance K sont généralement utilisés comme nuances de coupe. Pour l'usinage de la stellite, le CBN est de plus en plus utilisé grâce à la possibilité de vitesses de coupe accrues. Le tournage est dans ce cas possible à une vitesse de coupe trois fois plus élevée pour une durée de vie similaire. Pour le fraisage, il convient d'utiliser des outils à denture oblique pour améliorer l'usinage. Pour percer, la taille du chanfrein ne représente que la moitié de celle des forets courants en raison de la forte charge de l'outil dans la zone des arêtes transversales. Des affûtages spéciaux (p. ex. affûtage en croix) doivent être prévus. Des huiles de coupe contribuent dans ce cas particulièrement à l'usinabilité de ces alliages. L'alésage doit être évité en raison de l'écrouissage associé. Figure 1.20 Matrice d'estampage avec couche de protection contre l'usure (stellite) sur les arêtes fortement sollicitées 75

76 MANUEL D USINAGE GARANT Le tableau ci-dessous présente des valeurs indicatives types dépendant du procédé pour le travail par enlèvement de copeaux d'alliages à base de cobalt. Procédé Matière de coupe Vitesse de coupe v c [m/min] Avance par dent f z [mm/z] 1) Tournage HSS ,1... 0,3 Carbure 2) ,1... 0,3 CBN ,1... 0,3 Fraisage HSS ,1... 0,2 Carbure 2) ,1... 0,2 CBN ,1... 0,2 Profondeur de coupe a p [mm] 0,2... 2,0 Lubrifiant Emulsion ou huile de coupe contenant du soufre Perçage Carbure 2) , ,12 Huile de coupe contenant du soufre 1) Pour les procédés de tournage et de perçage, la valeur d'avance f [mm] remplace l'avance par dent 2) Carbure de nuance K Tableau 1.22 Valeurs indicatives dépendant du procédé pour l'usinage d'alliages à base de cobalt 4 Plastiques 4.1 Classification des plastiques Les plastiques sont classés en fonction de leur structure, des propriétés en résultant et de leur comportement à l'échauffement. L'on distingue généralement trois comportements types des plastiques : V Comportement thermoplastique (le plastique devient ductile à haute température thermoplastiques ou plastomères), V Comportement thermodurcisseur (le plastique se décompose à haute température sans devenir ductile au préalable résines thermodurcissables) V Comportement élastomérique (le plastique présente déjà à température ambiante un comportement caoutchouc élastique élastomères). Thermoplastiques ž Polypropylène (PP) ž Polyéthylène (PE) ž Polyamide (PA) ž Polystyrène (PS) ž Polychlorure de vinyle (PVC) ž etc. Polymères Elastomères Résines thermodurcissables ž Résines époxy et polyester (UP) ž Résines phénoliques et amino-résineso ž etc. Elastomères thermoplastiques ž Copolymères en masse thermoplastiqueo ž etc. Caoutchouc synthétique Caoutchouc naturel (NR) ž Caoutchouc styrène-butadiène (SBR) ž Caoutchouc acrylonitrile-butadiène (NBR) ž Siliconeo ž etc. Figure 1.21 Aperçu de polymères 76

77 Matières 4.2 Thermoplastiques Les thermoplastiques se présentent sous la forme de polymères amorphes et partiellement cristallins. Ils se composent de macromolécules linéaires ou ramifiées, s'amollissent à l'échauffement de manière répétée jusqu'à la fusion et se solidifient par refroidissement. Les thermoplastiques sont soudables. Des produits semi-finis en thermoplastiques durs peuvent largement être formés à chaud. Suivant le domaine d'application, les thermoplastiques se divisent en : V «plastiques de masse», par ex. V polyéthylène (PE), polystyrène (PS), polychlorure de vinyle rigide ou souple (PVC-H, PVC- W) et polypropylène (PP), polycarbonate (PC), V plastiques techniques, tels que polyamide (PA), polyoxyméthylène (POM), V polymères hautes performances, tels que le polyacryléthercétone (PAEK) D'autres thermoplastiques importants sont, par ex., le polyméthylméthacrylate (PMMA verre acrylique, Plexiglas) et le polytétrafluoréthylène Figure 1.22 Pièce de pompe (PTFE Teflon). 4.3 Résines thermodurcissables Si les résines thermodurcissables sont chauffées, leur comportement mécanique ne change que modérément. Ces plastiques ne sont pas réticulés avant le traitement (généralement liquides) et durcissent ensuite par chauffage ou adjonction d'un durcisseur sous leur forme définitive. Ils deviennent alors particulièrement résistants à la chaleur et aux produits chimiques et ne sont plus ductiles. Le phénomène n'est pas reproductible. Ils sont plus durs et plus cassants que les thermoplastiques. Les résines thermodurcissables ne sont pas soudables, solubles sous la forme durcie dans des solvants organiques et parfois gonflables. Les produits en amont thermodurcissables sont d'une part disponibles comme «matières à mouler» pour traitement via la fusion, puis durcissement thermique, d'autre part, comme «résines composites ou à couler», liquides qui peuvent être traitées à température ambiante et durcies catalytiquement. Exemples de résines thermodurcissables : V résines phénoliques (PF), amino-résines V résines polyuréthane (PUR) V résines époxy (EP), souvent renforcées de fibres de verre, transformées en plastiques renforcés de fibres de verre (GFK, cf. section 4.6.1, chapitre Matières) V résines polyester insaturées (UP) résines à couler 4.4 Elastomères Les élastomères sont des plastiques qui se caractérisent par une grande élasticité au sein d'une large plage de températures. En fonction du type, ils sont plus ou moins élastiques durs ou tendres. Après l'allongement, l'élastomère reprend quasi complètement son état ainsi que sa longueur d'origine. 77

78 MANUEL D USINAGE GARANT Le traitement des élastomères précède généralement la réticulation à l'état plastique sous adjonction d'un agent de vulcanisation ou d'un accélérateur de réticulation. Exemples : V Caoutchouc naturel (NR) V Caoutchouc chloroprène (CR) V Caoutchouc acrylonitrile-butadiène (NBR) V Terpolymère d'éthylène-propylène-diène (EPDM) V Caoutchouc styrène-butadiène (SBR) 4.5 Elastomères thermoplastiques (TPE) Les élastomères thermoplastiques sont des polymères transformables thermoplastiquement avec des propriétés élastomériques. Ils ne sont pas réticulés chimiquement. Les TPE sont généralement des copolymères en masse avec des zones «dures» et «tendres». Audelà d'une température déterminée par la structure chimique, ces polymères sont thermoplastiquement aptes au fluage. 4.6 Plastiques renforcés de fibres Les matériaux composites sont composés de plusieurs matériaux, constituant un seul matériau. Les propriétés désirées des différents matériaux sont ainsi réunies dans un seul matériau. La matière qui dans l'assemblage permet une augmentation de la résistance ou de la dureté, s'appelle renfort, l'autre matière, qui assure la cohésion du corps, s'appelle matrice ou liant. Si le renfort est composé de fibres, il s'agit de matériau composite renforcé de fibres. Grâce au renforcement, les matériaux composites sont améliorés sur le plan de la résistance, rigidité et dureté. En outre, il est également possible d'augmenter en fonction de la combinaison, d'autres propriétés, telles que la conductibilité thermique et électrique, la thermorésistance et la résistance à l'usure. L'effet renforçateur des fibres ainsi que les propriétés mécaniques du matériau composite sont déterminés d'une part par la longueur, le diamètre et la structure chimique des fibres, et d'autre part par la quantité et la position des fibres. Tous les thermoplastiques et résines durcissables peuvent être utilisés comme matrice, dont les élastomères et les dispersions. Dans la catégorie des thermoplastiques, le polypropylène (PP) et le polyamide (PA) ainsi que PC, PS, PE sont essentiellement utilisés. Pour les résines thermodurcissables, les résines époxy (EP), polyester, de silicone et d'ester de vinyle sont essentiellement utilisées en raison de leurs propriétés mécaniques et électriques exceptionnelles ainsi que leurs excellentes propriétés de mouillage. Un grand avantage des matériaux composites fibreux réside dans le fait que l'utilisateur peut former une matière spécialement pour son application grâce à une intégration appropriée des fibres dans la matrice. Outre le verre, fibre classique, les fibres de carbone, comparativement plus onéreuses, sont essentiellement ajoutées au polymère de base. 78

79 Matières Plastiques renforcés de fibres de verre Les plastiques renforcés de fibres de verre sont essentiellement composés des résines thermodurcissables polyester ou époxy ainsi que de fibres de verre. Etant donné la manipulation difficile des différentes fibres de verre (densité réduite), on peut les retrouver sous forme d'écheveaux (rovings), tissées, nattées ou en couche. Pendant la fabrication des pièces moulées, le plastique est liquide, puis durci. Les propriétés des plastiques sont déterminées par la résine utilisée et le type de fibres de verre, par le pourcentage de fibres de verre sur le volume global ainsi que par leur disposition. La résistance augmente parallèlement à la teneur en fibres et l'orientation des fibres dans un sens donné. Type de renfort Teneur en verre [poids-%] Module d'élasticité Fibre de verre-natté Fibre de verre-tissé Fibre de verre-roving Tableau 1.23 Relation entre le module d'élasticité de la teneur en verre et le type de renfort pour les résines polyester renforcées de fibres de verre Figure 1.23 Disque de compresseur CFK 79

80 MANUEL D USINAGE GARANT Plastiques renforcés de fibres de carbone (CFK) Les pièces en plastique renforcé de fibres de carbone se composent d'une fibre thermorésistante, très dure et déterminant la résistance (renforts) basée sur du carbone, qui est intégrée dans une matrice ductile présentant une résistance moindre à la température. Les différentes fibres de carbone peuvent ensuite être associées de diverses manières aux matrices polymères en question. Cela engendre une diversité de combinaisons de matières avec des propriétés partiellement très différentes l'une de l'autre. Ces matières sont résumées sous l'abréviation «CFK». Pour utiliser de manière optimale les propriétés exceptionnelles, les fibres de carbone sont aujourd'hui normalement utilisées comme filament, pour une teneur volumétrique en fibres de 50 à 65%. D'abord, les plastiques renforcés de fibres de carbone sont utilisés dans le secteur de la l'aéronautique (p. ex. boîtiers de dérives, entretoises, volets de freinage) ou également dans la construction mécanique, où des tâches doivent être remplies, telles que la réduction de l'inertie de masse ou un bon comportement d'amortissement (composants mécaniques hautement dynamiques). Ces matières sont également utilisées dans le secteur des loisirs et des articles de sport (p. ex. raquettes de tennis, planches de surf, cadres de vélos). 4.7 Identification, propriétés et désignations des plastiques L'identification des plastiques en fonction de caractéristiques externes est essentiellement plus difficile que celle des métaux. Les métaux ont une couleur propre caractéristique, contrairement aux plastiques en raison de leur aptitude à la coloration avec différentes couleurs. Le tableau ci-dessous dresse un aperçu de quelques caractéristiques permettant d'identifier les plastiques. Abréviation Désignation Thermoplastiques PA PA 6PA 66 PC PE Exemples de marques et de noms commerciaux Polyamide Polycarbonate Macrolon, Lexan, Plastocarbon Polyéthylène Nylon, Grilon, Grilamid, Akulon, Ultramid, Trogamid, Vestamid Ertalene, Hostalen, Lupolen Apparence Blanc laiteux Laiteux, translucide Propriétés mécaniques Dur, résistant, épais Ductile et flexible Evaluation du comportement au feu Inflammable Type et couleur de la flamme S'enflamme difficilement, crépite, dégoutte, file, continue à brûler une fois enflammé Fume, brûle dans la flamme, s'éteint à l'extérieur Dégoutte en étant brûlant Bleuâtre, contour jaune Incandescent Jaune avec cœur bleu Odeur des vapeurs Corne brûlée Phénol Paraffine Tableau 1.24 Caractéristiques d'identification des plastiques 80

81 Matières PMMA POM PTFE PP PS PVC Polyméthyl méthacrylate Polyoxyméthyle Polytétr afluoréthylène Blanc laiteux, opaque Polypropylène Polystyrène Dur et cassant Polychlorure de vinyle Plexiglas, Perspex, Diakon, Lucite Delrin, Ertacetal, Polyfyde Teflon, Hostaflon, Fluon Hostalen PP, Vestolen, Luparen Trolitul, Styron, Styropor Vestolit tendre, Mipolam tendre, Soflex, Hostalit, Vinnol, Vinoflex Résines thermodurcissables EP MF PF PUR UP Abréviation Désignation Résines époxy Formaldéhydemélami ne Résines phénoliques, aminorésines Polyuréthane réticulé Jaune incandescent Polyester insaturé Exemples de marques et de noms commerciaux Araldit, Grilonit, Epikote, Trolon Madurit, Melan, Supraplas Bakélite, Durophen, Novolac Vulkollan, Contilan, Moltop Leguval, Vestopal, Artrite, Acrest Apparence Incolore, clair comme le verre Incolore, clair comme le verre Trouble, translucide, incolore Jaunâtre à brun Incolore translucide jusqu'à jaunâtre Jaunâtre à brun Propriétés mécaniques Résistant, incassable Résistant et épais Dur et résistant Dur et épais Dur, cassant Tenace à caout chouteux Dur, cassant Evaluation du comportement au feu Inflammable Type et couleur de la flamme Crépite, continue à brûler une fois enflammé Brûle, dégoutte, continue à brûler une fois enflammé Charbonne Dégoutte en brûlant, continue à brûler une fois enflammé Fume beaucoup (flocons) Incandescent Bleu clair Jaune avec cœur bleu Jaune vif et vacillante Fruité, douceâtre Formaldéhyde âcre Acre Paraffine Styrol, douceâtre Fume Jaune vif Acre après acide chlorhydrique Fume, continue à brûler une fois enflammé Charbonne, bords blancs, peu enflammable ou brûle dans la flamme, s'éteint à l'extérieur Fume, peu enflammable ou brûle dans la flamme, s'éteint à l'extérieur Mousse, continue à brûler une fois enflammé Fume, continue à brûler une fois enflammé Jaune S'éteint S'éteint Jaune vif Odeur des vapeurs Incolore translucide jusqu'à jaunâtre Indéfinissable selon le durcisseur Odeur de poisson, lait brûlé Phénol Acre Styrol, fort Tableau 1.24 Caractéristiques d'identification des plastiques 81

82 MANUEL D USINAGE GARANT Le comportement à la chaleur permet de distinguer les résines thermodurcissables des thermoplastiques. Les propriétés des premières ne changent généralement pas sous l'effet de la chaleur. En revanche, les thermoplastiques voient leurs propriétés mécaniques changer, ils s'amollissent et commencent à couler, généralement longtemps avant la décomposition. Le graphique suivant montre la modification de résistance des plastiques lors du chauffage. Résines thermodurcissables Résistance Thermoplastiques Elastomères et thermoplastiques Décomposition Température en C Figure 1.24 Modification de la résistance des plastiques sous l'effet de la chaleur La figure 1.25 dresse un aperçu de la résistance et de la rigidité des différents matériaux métalliques et des plastiques. Si l'on prend en considération des valeurs du module d'élasticité, il apparaît que la découpe des plastiques est encore moins bonne par rapport à la résistance. Leur module d'élasticité est, par exemple, bien inférieur à celui de l'aluminium. En raison du faible module d'élasticité, il convient de compter, particulièrement en présence de sollicitations à la flexion et au flambage, sur d'importantes déformations par rapport aux métaux. Résistance à la traction [MPa ou N/mm 2 ] Figure 1.25 Résistance et rigidité de différents matériaux Dans de nombreux cas, un manque de rigidité ou la déformabilité en résultant ne joue toutefois pas un rôle critique. Les plastiques supportent un travail de déformation élevé et présentent à cet égard un bon comportement d'amortissement (l'amortissement des plastiques est de 9 à 10 fois plus important que celui des métaux). Cet aspect est notamment décisif pour la réduction du bruit en présence de pièces mobiles (p. ex. roues dentées) Elastomères a) Caoutchouc souple b) PVC tendre c) El. PUR Thermoplastiques Partiellement cristallins d) PE e) PTEE f ) PA Etat du verre g) PC Résines thermodurcissables h) Matières à mouler i) Plast. renforcé de fibres, résines époxy, UP 1 a) b) c) d)e) f) g) h) i) Alliages d'aluminium Module d'élasticité (E) [MPa ou N/mm 2 ] Diamant

83 Matières En raison de l'orientation adaptée des fibres dans les pièces moulées, les caractéristiques mécaniques ne sont comparables entre elles que de manière limitée. La figure 1.26 cidessous présente la résistance spécifique par rapport au potentiel de construction légère, qui est obtenu par le quotient du module d'élasticité et de la densité au cube. Pour une résistance spécifique comparable, la variation des fibres utilisées permet d'obtenir d'importantes augmentations du potentiel de construction légère. Résistance spécif. en Mpa * cm 3 /g LFT GF / PA LFT... Thermoplastiques renfor. fibres longues GMT... Thermoplastiques renfor. nattes verre Combinaisons de matière des granulats: GF/PA Fibre de verre / Polyamide - Matrice GF/PP Fibre de verre / Polypropylène - M. CF/PA Fibre de carbone / Polyamide - M. CF/PP Fibre de carbone / Polypropylène - M. Thermoplastiques renf. tissu GF / PA GMT et LFT GF / PP LFT CF / PA LFT CF / PP Potentiel de construction légère en GPa * (cm 3 /g) 3 Figure 1.26 Classification de différentes matières à mouler selon la résistance spécifique et le potentiel de construction légère 4.8 Usinabilité des plastiques Usinabilité des thermoplastiques et des résines thermodurcissables Comparativement aux métaux, les plastiques présentent une excellente usinabilité. Les propriétés matérielles des plastiques permettent toutefois de dégager quelques particularités, décrites ci-après. En raison de la mauvaise conductibilité thermique et des températures de fusion relativement basses de la plupart des plastiques, il convient de veiller à ce qu'une quantité minimale de chaleur se dégage lors de l'usinage et qu'elle soit transférée à la pièce à usiner. Pour éviter les conséquences d'une sollicitation thermique excessive (décoloration, fonte de la surface, étirage) du plastique, il convient de respecter les critères suivants : V Les arêtes de l'outil doivent toujours être bien affûtées et en parfait état. V L'angle de dépouille doit être suffisamment important pour que seuls les tranchants reposent sur la pièce pour éviter tout frottement (cf. également tableau 1.24). V Veiller à une bonne évacuation des copeaux pour éviter toute accumulation de chaleur. V Les lubrifiants ne sont normalement pas nécessaires, mais ils peuvent être utilisés en cas de fort dégagement de chaleur et pour l'évacuation des copeaux (p. ex. lors du perçage et du taraudage). [13] Les lubrifiants courants ou des émulsions de perçage peuvent être utilisés. Pour les plastiques tendant à la formation de fissures de contrainte, par ex. PC, il convient plutôt d'utiliser de l'eau ou de l'air comprimé pour le refroidissement. 83

84 MANUEL D USINAGE GARANT Concernant les machines à utiliser, les découpes, lattes et profilés longs ou grosses ébauches sont de préférence fabriqués sur des machines à travailler le bois. Pour la fabrication de pièces fraisées ou tournées, les machines-outils ont fait leurs preuves pour l'usinage des métaux légers. Les plaquettes en carbure et les outils en HSS courants sont particulièrement appropriés comme outils de coupe pour l'usinage. La dureté relativement faible ne pose aucune exigence particulière quant à la qualité des matières de coupe. La géométrie de coupe existant pour l'usinage du métal et du bois est utilisable sans problème. Une usure des arêtes de coupe est à peine perceptible dans ces conditions et la durée de vie est ainsi quasi illimitée. Les efforts de coupe présents sont nettement plus faibles que lors de l'usinage du métal. Ainsi, même des forces de serrage plus faibles suffisent. Des forces de serrage trop élevées engendrent souvent des déformations des pièces (important notamment pour les pièces minces). Les tolérances d'usinage pour les pièces en thermoplastique sont nettement plus importantes que celles appliquées aux pièces métalliques. Les raisons résident dans les coefficients de dilatation thermique généralement importants des plastiques, les modifications de volume dues à l'absorption d'humidité et les déformations issues de la libération de tensions résiduelles survenant pendant l'usinage. Tournage Fraisage Perçage Sciage Scie à ruban Scie circulaire Matière de coupe HSS HSS HSS HSS Carbure HSS Carbure Angle de dépouille α [ ] Angle de coupe γ [ ] Angle de direction de l'outil κ r [ ] Angle au sommet du foret σ [ ] (110) Pas T [mm] Vitesse de coupe v c [m/min] Avance [mm/tr] 0,1... 0,5 1) 0,05 2) 0,1... 0,5 1)... Profondeur de coupe a p jusqu'à 6 mm 2)... Avance par dent [mm/z] Tableau 1.25 Géométrie d'outil, vitesses de coupe et avances pour l'usinage des plastiques 84

85 Matières Le taraudage est possible sans problème avec des outils courants. L'angle de coupe de 0 ne doit pas être dépassé. Les pas peuvent toutefois être endommagés en cas de desserrage fréquent des vis. Les vis autotaraudeuses (petites vis à tôle) ont fait leurs preuves pour les raccords rarement à desserrer Usinabilité des plastiques renforcés de fibres (FVK) Comme tâches d'usinage types dans le domaine des matériaux composites fibreux, citons notamment les travaux de finition et la réalisation de surfaces fonctionnelles. Limités par la multiplicité des combinaisons possibles de fibres et de matrices en relation avec les facteurs d'inflluence spécifiques au composite, quelques aspects ne peuvent généralement être considérés pour l'usinage qu'en combinaison avec une variante du matériau composite. Contrairement aux résines durcissables, qui demeurent à l'état solide jusqu'à leur température de décomposition, les thermoplastiques s'amollissent à partir d'une température de 200 C. Dans ce cas, la température déjà basse de la matrice continue à diminuer. En outre, la matière de matrice fondue peut entraîner des collages sur les tranchants de l'outil, qui en augmentent alors l'usure. Comparé aux tissus en fibres, l'usinage de feuilles renforcées de nattes de fibres est très aisé. Alors que pour les nattes, seule la résistance à la traction et à la flexion des fibres doivent être surmontés, la structure textile des tissus vient s'ajouter comme élément de renforcement. Les matières de coupe offrent une résistance élevée à l'usure abrasive et doivent donc être utilisées pour l'usinage de plastiques renforcés de fibres. Parmi les matières de coupe, citons les carbures (nuances K), le nitrure de bore cubique (CBN) et le diamant polycristallin (PCD) (cf. également chapitre Principes de base). Les carbures possèdent une grande flexibilité concernant leur géométrie d'outil et leur fabrication est économique, mais leur durée de vie lors de l'usinage de plastiques renforcés de fibres est généralement bien plus courte que celle du diamant polycristallin. Grâce à sa dureté nettement plus élevée que celle du carbure et du nitrure de bore cubique et sa conductibilité thermique, cette matière de coupe est privilégiée pour l'usinage de plastiques renforcés de fibres. En raison des coûts d'achat comparativement élevés du PCD, les outils en carbure revêtus de diamant représentent une alternative. Parmi les formes d'usure, citons notamment l'usure des faces de dépouille, le chanfreinage des arêtes et, dans une moindre mesure, l'usure en cratère lors de l'utilisation de carbure non revêtu (cf. également chapitre Principes de base). Le carbure non revêtu s'use fortement en raison de l'importante charge abrasive, ce qui accroît les surfaces de frottement entre la pièce et l'outil. Ceci engendre une augmentation de la température d'usinage et une décomposition de la matrice de plastique. Les outils en diamant ou revêtus de diamant s'usent par chanfreinage des arêtes et des microcassures jusqu'à la «mort» du tranchant par éclats sur une grande surface. Concernant la géométrie de coupe de précision, il convient de respecter une légère rugosité des arêtes et un petit rayon d'arête. En raison de la forte caractéristique cassante des fibres de carbone et de verre, les géométries d'outil peuvent quasi correspondre à celles des outils utilisés pour l'usinage des métaux (cf. également tableau 1.25). 85

86 MANUEL D USINAGE GARANT Pour le fraisage de pièces en fibres longues droites orientées, il convient d'utiliser des fraises à deux dents non hélicoïdales avec des dents très affûtées, dans la mesure où seuls ces outils permettent une découpe propre des fibres. Un angle de bec β d'env. 75 pour un angle de coupe γ de 0 se sont avérés des angles de travail favorables. Une diminution de l'angle de coupe, et donc un arêtes plus affûtée, n'est avantageuse qu'à court terme, qui agit contre une usure accrue. Comparé aux métaux, les efforts de coupe sont très faibles. La qualité d'usinage dépend toutefois fortement de l'orientation des fibres. En principe, il convient de signaler les difficultés liées à la matière lors de l'usinage de CFK, qui résultent de l'inhomogénéité de la strucutre de la matière et de la forte abrasivité des fibres de carbone. Il en résulte un comportement d'usinage très différent de l'usinage du métal. Dans le cas des fibres de carbone, le comportement à la rupture (cassant) et très dur influence l'usinabilité. Tournage Fraisage Perçage Sciage Scie à ruban Scie circulaire Matière de coupe Carbure / PCD Carbure / PCD Carbure / PCD Carbure / PCD Carbure / PCD Angle de dépouille α [ ] Angle de coupe γ [ ] Angle de direction de l'outil κ r [ ] Angle au sommet du foret σ [ ] Pas T [mm] Vitesse de coupe v c [m/min] Avance [mm/tr] 0, ,5 1) 0,05 2) 0,1... 0,3 Remarque : toutes les valeurs doivent être considérées à titre indicatif uniquement. Les paramètres de coupe dépendent dans une large mesure du type et de l'orientation des fibres. 1)... Profondeur de coupe a p jusqu'à 10 mm 2)... Avance par tranchant [mm/z] Tableau 1.26 Géométrie d'outil, vitesses de coupe et avances pour les plastiques renforcés de fibres 86

87 Matières 5 Evaluation des propriétés par essai de dureté des matières Dans tous les procédés, les duretés sont indiquées par des valeurs chiffrées pures, sans unités. Le symbole de la méthode d'essai remplace l'unité de mesure derrière le chiffre. Parfois, les indications de dureté sont accompagnées de l'unité N/mm 2. Cette méthode d'écriture n'est pas conforme aux méthodes d'essai de dureté DIN couramment utilisées. 5.1 Essai de dureté des métaux Procédures d'essai de dureté statiques Dans les procédures statiques, la charge est appliquée sans à-coups pendant un certain temps sur l'échantillon. Après la décharge, l'empreinte permanente est mesurée. Désignation Norme Symbole Description Utilisation Mesure de la surface de l'empreinte Méthode BRINELL DIN EN ISO HB Méthode VICKERS DIN ISO 4516, DIN EN ISO HV Mesure de la profondeur de l'empreinte Méthode ROCKWELL B DIN EN ISO HRB Méthode ROCKWELL C HRC Détermination du diamètre de l'empreinte d'une bille en carbure Détermination de la diagonale de l'empreinte d'une pyramide de diamant Détermination de la profondeur de l'empreinte d'une bille en carbure Détermination de la profondeur de l'empreinte d'un cône de diamant Tableau 1.27 Méthodes d'essai de dureté des métaux suivant DIN Uniquement pour les matières tendres, duretés maximales de 450 HB Utilisation universelle Pour matières tendres, très dures, couches et pièces minces Duretés entre 3 HV (p. ex. plomb), 1800 HV (carbure) et 3599 HV (CBN) Pour les matières de dureté moyenne, p. ex. aciers avec une faible teneur en carbone ou laiton Duretés entre 35 et 100 HRB Essentielement pour aciers trempés et revenus Très répandu pour le contrôle d'uniformité des traitements thermiques Valeurs admissibles entre 20 et 70 HRC 87

88 MANUEL D USINAGE GARANT Figure 1.27 Comparaison des duretés suivant DIN Comparaison des duretés Ne sont exactement comparables que les duretés calculées à l'aide du même procédé et dans les mêmes conditions. Une comparaison des duretés de méthodes différentes est éventuellement admissible pour les matières similaires. La figure 1.27 met en parallèle les échelles de valeurs de 4 méthodes courantes. Cette présentation concerne les aciers et correspond aux tableaux comparatifs de dureté suivant la norme DIN. La norme DIN prévoit également pour l'acier une évaluation de la résistance à la traction selon la dureté Vickers. Pour les matières présentant une dureté comprise entre 80 et 650 HV, la résistance à la traction R m (en N/mm 2 ) est en moyenne la suivante : R m = c HV (oder HB) (Eq. 1.2) Le facteur c pour l'évaluation de la résistance à la traction R m généralement proposé est : c 3,5 pour l'acier c 5,5 pour le cuivre et les alliages de cuivre recuits c 4,0 pour le cuivre et les alliages de cuivre travaillés à froid c 3,7 pour l'aluminium et les alliages d'aluminium 5.2 Essai de dureté des plastiques Les principaux essais de dureté des plastiques se basent, comme pour les métaux, sur l'évaluation de la dureté à la pénétration. Les essais utilisés pour les plastiques sont dérivés de ceux développés à l'origine pour les métaux Dureté à la pénétration de la bille pour les plastiques durs Comparé aux métaux, les plastiques possèdent un composant de déformation visco-élastique important. Si le pénétrateur est ôté, la part élastique de la déformation diminue momentanément, puis la part visco-élastique diminue progressivement. Ainsi, la profondeur de l'empreinte mesurée (ou la dureté calculée) dépendrait non seulement du temps de charge, mais également de la durée écoulée après la décharge. 88

89 Matières Pour les plastiques, il est donc préférable de charger le pénétrateur pendant un certain temps, puis de mesurer la profondeur d'empreinte totale sous charge (élastisque, viscoélastique et viscosité). Ce principe permet de calculer tant la dureté Rockwell κ modifiée que la dureté à la pénétration de la bille courante (DIN 53456). Il convient de tenir compte du fait que les résultats des méthodes d'essai qui permettent de calculer l'empreinte totale (dureté Rockwell, dureté à la pénétration de la bille) ne peuvent pas être comparés aux résultats ayant pour fondement l'empreinte permanente (duretés ROCKWELL, BRINELL, VICKERS). Il s'agit là de deux méthodes d'essai tout à fait différentes. Le tableau suivant présente la dureté à la pénétration de la bille de différents thermoplastiques et résines durcissables. A titre comparatif, la dureté BRINELL de quelques métaux est indiquée. Groupe de matières GARANT Symbole Plastique Dureté à la pénétration de la bille Thermoplastiques 21.0 PA 6/6 Polyamide 60 à 80 PE de faible densité Polyéthylène 14 à 20 PE de haute densité Polyéthylène 18 à 30 PP Polypropylène 65 à 80 PS Polystyrène 110 PVC dur Polychlorure de vinyle 120 Résines thermodurcissables 21.1 EP Résine époxy 150 à 180 PF (pièces moulées) Résine phénolique 130 UP Résine polyester 130 à 200 Métaux 17.0 Alliages d'aluminium 900 à et 19.2 Laiton 700 à à 19.6 Bronze 600 à à 15.3 Fonte 1400 à à 10.2 Acier trempé 1300 à 2500 Tableau 1.28 Dureté à la pénétration de la bille de différents plastiques et métaux 89

90 MANUEL D USINAGE GARANT Dureté Shore pour les plastiques tendres Simple, mais pas toujours précis, l'essai de dureté Shore (DIN 53505) est généralement utilisé pour les plastiques tendres ou similaires au caoutchouc. Il emploie une pointe en acier comme pénétrateur (forme A, C ou D). La profondeur de l'empreinte est lue sur un comparateur (dureté Shore de zéro = pas de résistance, c.-à-d. empreinte maximale, à 100 = résistance très élevée, c.-à-d. pas d'empreinte). Une conversion précise et une classification des valeurs mesurées et des échelles de dureté en fonction des différentes méthodes d'essai sont impossibles. Le tableau suivant présente toutefois à des fins indicatives une comparaison des duretés. Dureté Shore forme A (cône tronqué) DIN De préférence pour les plastiques tendres Dureté Shore forme C (cône tronqué) DIN Dureté Shore forme D (cône) DIN Pour les plastiques tendres, mais proportionnellement plus rigides, notamment pour affiner la différenciation des duretés Dureté ROCKWELL κ Forme B ASTM D 785 Dureté à la pénétration de la bille DIN De préférence pour les plastiques durs , , , Tableau 1.29 Mise en parallèle des duretés 90

91 Matières Dureté Shore forme A (cône tronqué) DIN De préférence pour les plastiques tendres Dureté Shore forme C (cône tronqué) DIN Dureté Shore forme D (cône) DIN Pour les plastiques tendres, mais proportionnellement plus rigides, notamment pour affiner la différenciation des duretés Dureté ROCKWELL κ Forme B ASTM D Tableau 1.29 Mise en parallèle des duretés Dureté à la pénétration de la bille DIN De préférence pour les plastiques durs 91

92 MANUEL D USINAGE GARANT Sommaire 1 2 Usinabilité Processus de formation des copeaux Modèle de formation de copeaux Fragmentation du copeau Types de copeaux Formes de copeaux Formation d'arêtes rapportées Usure de l'outil Causes de l'usure Formes d'usure Usure en dépouille Usure en cratère Déformation plastique Usure en entaille Fissuration de l'arête de l'outil Bris d'arête Paramètres de vie de l'outil Durée de vie Diagramme et équation de durée de vie Facteurs influençant la durée de vie Effort de coupe et critères de performances Effort de coupe Composantes de l'effort de coupe Effort de coupe et effort de coupe spécifique Facteurs influençant l'effort de coupe et l'effort de coupe spécifique Efforts d'avance et passif Puissance et couple Débit de copeaux et volume de copeaux spécifique Calcul de la puissance absorbée Qualité de surface 124 Techniques de fabrication modernes Usinage grande vitesse (UGV) Définition et potentiels Exigences relatives au processus Usinage hautes performances (HPC) Objectifs de l'usinage hautes performances Usinage hautes performances - exemple du fraisage Usinage à sec Nécessité, effets et particularités Outils conçus pour l'usinage à sec Lubrification à quantité minimale

93 Matières Usinage dur Particularités, exigences et potentiels Usinage dur - exemple du fraisage 138 Matières de coupe et revêtements Classification des matières de coupe Aciers rapides (HSS) Carbures (simples ou monoblocs) Cermets Nitrure de bore cubique (CBN) Diamant polycristallin (PCD) Revêtements Procédés de revêtement Couches Aperçu des matières de coupe 151 Principes de base 93

94 MANUEL D USINAGE GARANT 1 Usinabilité Un ensemble de facteurs, issus de l'interaction entre pièce, outil, machine-outil et processus de formation de copeaux proprement dit, sont déterminants pour le résultat d'un travail d'usinage par enlèvement de copeaux. La figure 2.1 résume quelques-uns de ces facteurs d'influence possibles. 1.1 Processus de formation des copeaux Modèle de formation de copeaux Lors de la formation des copeaux, le taillant pénètre dans la matière de la pièce, qui subit alors une déformation élastique et plastique. En principe, lors de l'enlèvement de copeaux, la matière est cisaillée en fines lamelles. Ces lamelles glissent dans la «zone de cisaillement», qui inclut l'angle de cisaillement Φ dans le sens de coupe de l'outil. Pendant la formation de copeaux, les cristaux sont réorientés dans le sens du glissement. Ils se présentent sous la forme de lignes de structure dans l'origine du copeau (figure 2.2, à droite). Ces lignes de structure intègrent l'angle de structure Ψ dans la zone de cisaillement. Pièce Procédé d'usinage Productivité - Précision de travail - Influence sur les zones extérieures - Topographie des surfaces - Matière - Vitesse de coupe - Avance - Effort de coupe total - Lubrifiant - Formation de copeau - Température - Usure - Frottement Usinage - Type - Propriétés - Géométrie de coupe - Coûts de fabrication - Optimisation des coûts - Paramètres de coupe - Comportement thermique - Précision de la machine - Evacuation des copeaux Paramètres d'usinage Matière de coupe Machine-outil Figure 2.1 Facteurs d'influence sur le processus de travail par enlèvement de copeaux 94

95 Principes de base Angle de structure Angle de cisaillement Zone de cisaillement Outil Modèle de Merchant Origine du copeau Figure 2.2 Représentation schématique de la formation de copeaux Fragmentation du copeau La fragmentation du copeau est idéale pour évaluer ou comparer le processus de formation de copeaux, étant donné sa relation avec toutes les autres conséquences du processus de formation de copeaux (p. ex. effort de coupe, qualité de surface), et est influencée tant par les propriétés de la matière que par les conditions de coupe. La valeur de déformation du copeau dépend ainsi de la déformabilité de la matière et des conditions géométriques au niveau du taillant. A la suite des processus de déformation appliqués lors de l'usinage, le copeau est plus haut, plus large et plus court que les grandeurs de coupe correspondantes. Par conséquent, de manière générale : Epaisseur de coupe h < Epaisseur de copeau h 1 Largeur de coupe b < Largeur de copeau b 1 Longueur de coupe l < Longueur de copeau l 1 Section de coupe A < Section de copeau A 1 Figure 2.3 Fragmentation de copeau 95

96 MANUEL D USINAGE GARANT Types de copeaux Après l'influence du processus de formation de copeaux sur le copeau à former, l'on distingue trois types de copeaux, qui dépendent essentiellement de la matière et des conditions de coupe. Les types de copeaux (à ne pas confondre avec les formes de copeaux section 1.1.4) se superposent fréquemment. Copeau continu Evacuation Caractéristiques : Continu Surface irrégulière Face inférieure toujours lisse Formation du copeau : Ecoulement continu de la matière Les éléments du copeau ne sont pas séparés dans la zone de cisaillement, mais déformés de manière continue Conditions : Matière tenace dans des conditions de coupe favorables (Vitesse de coupe élevée, angle de coupe accru) Copeau cisaillé Cisaillement Soudure Caractéristiques : Eléments de copeau individuels, non continus Surface fortement dentelée Formation du copeau : Les lamelles de copeaux ne sont que légèrement déformées dans la zone de cisaillement, sont séparées les unes des autres, mais de nouveau soudées par la suite Conditions : Forme anormale du copeau continu Causes : Inégalités dans la matière, vibrations, angle de coupe trop faible, profondeur de coupe élevée, vitesse de coupe faible Copeau fragmenté (copeau en poussière) Déchirement Caractéristiques : Eléments de copeau individuels, non continus Surface rugueuse en raison de la structure brisée Formation du copeau : Les matières cassantes se déchirent déjà après une légère déformation dans la zone de cisaillement (p. ex. fonte, fonte dure, bronze coulé, laiton) ; pour les matières très cassantes, décomposition complète des lamelles de copeau Conditions : Matières présentant un comportement plastique faible Mauvaises conditions de coupe 96

97 Principes de base Formes de copeaux La forme du copeau obtenu est influencée par tous les facteurs impliqués dans le processus de coupe. Ils peuvent être en principe classés comme suit : Catégorie Forme du copeau Appréciation 1 Copeau long Mauvais / 2 Copeau emmêlé 3 Copeau hélicoïdal Satisfaisant. 4 Copeau fragmenté hélicoïdal Bon - Tableau 2.1 Catégories de formes de copeaux Suite en page 98 97

98 MANUEL D USINAGE GARANT Catégorie Forme du copeau Appréciation 5 Copeau fragmenté en spirale Bon - 6 Morceaux de copeaux en spirale 7 8 Morceaux de copeaux fragmentés Soudure partielle Satisfaisant. La pratique industrielle exige des copeaux courts, dans la mesure où des copeaux longs représentent un risque d'accident, où les copeaux emmêlés peuvent rendre l'outil et la pièce inutilisables, où un transport des copeaux parfait ne peut être assuré qu'en présence de copeaux courts en raison de l'espace de travail réduit. Le tableau 2.2 et la figure 2.4 résument l'influence des conditions de coupe sur la forme du copeau. 98

99 Principes de base Conditions de coupe Vitesse de coupe Avance Profondeur de coupe Angle de coupe Angle de positionnement Brise-copeaux Influence sur la forme du copeau A mesure de l augmentation de la vitesse de coupe, la forme du copeau se détériore en fonction de la matière A mesure de l'augmentation de l'avance, le bris de copeau s'améliore ; toutefois, une avance élevée implique une détérioration de la qualité de surface Aucune influence directe Un angle de coupe négatif entraîne un bon bris de copeau, mais une détérioration de la qualité de surface Plus l'angle de positionnement est important, meilleur est le bris de copeau Les brise-copeaux améliorent le bris de copeau de manière précise (adaptation au processus nécessaire) Tableau 2.2 Influence des conditions et de la géométrie de coupe sur la forme du copeau Figure 2.4 Forme des copeaux en fonction de la profondeur de coupe (a p ) et de l'avance (f ) 99

100 MANUEL D USINAGE GARANT Formation d'arêtes rapportées Pendant la formation des copeaux, les couches de matières formant la limite entre les faces de coupe et la partie inférieure du copeau après la séparation subissent une importante déformation plastique. Lors de l'usinage, des soudures par compression peuvent se former dans de mauvaises conditions. Il existe un risque de formation intensive d'arêtes rapportées notamment à des vitesses de coupe faibles. Les arêtes rapportées sont dues à une importante déformation et solidification de la matière de la pièce, qui fait office d'arête par collage. En fonction des conditions de coupe, les composants de la matière au niveau de la face inférieure du copeau migrent périodiquement à partir de l'arête rapportée. Ce phénomène a des conséquences négatives sur les arêtes de l'outil (éclats) et sur la pièce (qualité de surface, précision). La figure 2.5 représente schématiquement la formation d'arêtes rapportées. Pour empêcher le frottement inutile au niveau des surfaces de contact et donc l'augmentation des températures, il est possible d'utiliser une géométrie de coupe optimale adaptée à l'un des différents processus d'usinage et d'optimiser les paramètres de coupe. Les mesures suivantes permettent notamment d'éviter la formation d'arêtes rapportées : V Augmentation de la vitesse de coupe V Augmentation de l'angle de coupe V Utilisation de revêtements V Utilisation d'une lubrification efficace Arêtes rapportées sur la face de coupe de l'outil Figure 2.5 Schéma de la formation périodique d'arêtes rapportées 100