nouvelles de l'entreprise Tiges en carbure cémenté avec trous de refroidissement : une solution efficace pour les problèmes de chaleur en usinage

Dans des scénarios industriels comme la fabrication de moules, le perçage de trous profonds et le fraisage à grande vitesse, les barres en carbure cémenté servent de matériau de base pour les outils de coupe et de formage. Cependant, les barres en carbure massif traditionnelles présentent un inconvénient majeur : la chaleur générée pendant l'usinage ne peut pas être dissipée rapidement, ce qui entraîne un ramollissement et une usure accélérée du tranchant de l'outil, et compromet même la précision de la pièce. Les barres en carbure cémenté avec des trous de refroidissement résolvent ce problème en pré-conception de canaux de refroidissement traversants ou semi-traversants à l'intérieur de la barre, permettant au liquide de refroidissement d'atteindre directement le tranchant ou la zone d'usinage, contrôlant ainsi la chaleur à la source.Cette conception permet non seulement de prolonger la durée de vie des barres en carbure cémenté de 30 % à 60 %, mais aussi d'augmenter l'efficacité d'usinage de plus de 20 %. Elle réduit également la déformation de la pièce causée par les températures élevées, ce qui la rend particulièrement adaptée à l'usinage de matériaux durs (tels que l'acier inoxydable et les alliages de titane) et aux scénarios de traitement complexes.Cet article détaille la valeur fondamentale, les types structurels, les scénarios d'application et les points clés d'utilisation des barres en carbure cémenté avec des trous de refroidissement. Tout le contenu est basé sur l'expérience pratique industrielle pour vous aider à maîtriser rapidement cette solution d'amélioration d'outil.

Bien que les barres en carbure massif traditionnelles aient une dureté élevée, les températures élevées limitent leurs performances dans les scénarios d'usinage à vitesse moyenne à élevée ou de matériaux difficiles à usiner. Les points faibles spécifiques peuvent être résumés en trois catégories :

Le frottement entre la barre en carbure et la pièce pendant la coupe ou le formage génère des températures locales de 300 à 800 °C. Même si le carbure cémenté lui-même est résistant à la chaleur, les températures élevées prolongées ramollissent la phase liante (par exemple, le cobalt) au niveau du tranchant de l'outil, réduisant ainsi la résistance à l'usure. Par exemple : lors de l'usinage de l'acier inoxydable 304 avec des barres en carbure traditionnelles, le tranchant s'use 2 à 3 fois plus vite que lors de l'usinage de l'acier au carbone ordinaire, ce qui nécessite le remplacement de l'outil après avoir traité en moyenne seulement 50 pièces.

Dans l'usinage traditionnel, le liquide de refroidissement n'est appliqué que par pulvérisation externe. Cependant, en raison des trajectoires d'usinage (par exemple, trous profonds, trous borgnes) ou des structures d'outils, le liquide de refroidissement a du mal à pénétrer le tranchant. Par exemple, lors du perçage de trous profonds, le liquide de refroidissement externe chauffe avant d'atteindre le fond du trou, ce qui réduit considérablement son effet de refroidissement et provoque un écart de précision de la paroi du trou supérieur à 0,02 mm.

La chaleur non dissipée est transférée à la pièce, provoquant une déformation thermique locale. Par exemple : lors de l'usinage de pièces de moules à parois minces, la chaleur générée par les barres en carbure traditionnelles déforme les bords de la pièce, ce qui nécessite de multiples corrections ultérieures et augmente les coûts et les cycles de traitement.

Les barres en carbure cémenté avec des trous de refroidissement résolvent les problèmes ci-dessus à la racine en utilisant des canaux intégrés pour acheminer le liquide de refroidissement « directement vers la zone problématique », réalisant ainsi des améliorations triples en termes de « refroidissement, résistance à l'usure et précision ».

Par rapport aux barres solides traditionnelles, la conception des trous de refroidissement n'est pas seulement un simple processus de « perçage » : elle optimise les structures des canaux en fonction des besoins d'usinage, ce qui permet d'obtenir quatre principaux avantages :

Le liquide de refroidissement atteint directement le tranchant de l'outil par des canaux intégrés, dissipant rapidement plus de 70 % de la chaleur de friction et contrôlant la température du tranchant entre 200 et 400 °C (la plage stable pour la phase liante du carbure). Les cas pratiques montrent :

• Lors de l'usinage d'alliages de titane, les barres en carbure avec des trous de refroidissement durent 80 à 120 pièces, tandis que les barres traditionnelles ne durent que 40 à 60 pièces, soit une augmentation de 50 % de la durée de vie.
• Dans les scénarios de perçage de trous profonds, les barres traditionnelles nécessitent un réaffûtage du tranchant toutes les 2 heures en raison des températures élevées, tandis que les barres avec des trous de refroidissement prolongent cet intervalle à 4 à 5 heures, réduisant ainsi les temps d'arrêt pour les changements d'outils.

Les températures contrôlées permettent aux barres en carbure de supporter des vitesses de coupe plus élevées (15 % à 25 % plus rapides que les barres traditionnelles). Par exemple :

• Lors du fraisage de l'acier 45#, la vitesse de coupe sûre pour les barres traditionnelles est de 80 à 100 m/min, tandis que les barres avec des trous de refroidissement peuvent atteindre 100 à 125 m/min, ce qui réduit le temps de traitement d'un seul lot de 20 %.
• Dans la production de masse de pièces automobiles, les améliorations de l'efficacité se traduisent directement par une productivité accrue. Sur la base d'une journée de travail de 8 heures, les barres avec des trous de refroidissement peuvent traiter 30 à 50 pièces de plus.

Le refroidissement en temps réel par liquide de refroidissement empêche le transfert de chaleur vers la pièce, ce qui le rend idéal pour l'usinage de pièces à parois minces et de précision. Par exemple :

• Lors de l'usinage de pièces à parois minces en acier inoxydable de 2 mm d'épaisseur, le gauchissement des pièces traitées avec des barres traditionnelles atteint 0,1 mm, tandis que les barres avec des trous de refroidissement contrôlent cela à moins de 0,03 mm, éliminant ainsi le besoin de correction ultérieure.
• Dans l'usinage des cavités de moules, les barres avec des trous de refroidissement peuvent contrôler les erreurs de précision dimensionnelle à moins de ±0,005 mm, répondant ainsi aux exigences des moules de précision.

Pour les scénarios où les barres traditionnelles ont du mal, tels que les trous profonds (profondeur > 10 * diamètre), les trous borgnes et les matériaux durs (HRC > 40), la conception des trous de refroidissement surmonte les limitations :

• Usinage de trous profonds (par exemple, trous de passage d'huile dans les blocs moteurs) : le liquide de refroidissement atteint le fond du trou par des canaux, empêchant l'accumulation de copeaux et les rayures sur la paroi du trou.
• Usinage d'alliages durs (par exemple, alliages à base de nickel) : les températures contrôlées empêchent le tranchant de la barre en carbure de s'écailler en raison de la « fragilité thermique », améliorant considérablement la stabilité d'usinage.

Différents besoins d'usinage correspondent à différentes conceptions de canaux, avec des différences fondamentales dans le nombre, la répartition et la pénétration des trous. Voici les trois types les plus couramment utilisés dans l'industrie, avec un tableau comparant les principaux points de sélection :

1. Type d'usinage: Choisissez « Trou unique central » pour la coupe à trou profond/centrale, « Trou multiple latéral » pour l'usinage à plusieurs tranchants/face et « Trou en spirale » pour la rotation à grande vitesse/l'usinage de filetage.
2. Diamètre de la barre: Les diamètres de barre plus petits nécessitent des trous correspondants plus petits (pour éviter de réduire la résistance de la barre). Par exemple, les barres de ø6 mm correspondent à des trous de ø2 mm, tandis que les barres de ø20 mm correspondent à des trous de ø4–5 mm.
3. Pression du liquide de refroidissement: Une pression élevée (> 5 bars) convient aux trous de petit diamètre (pour éviter le colmatage), et une faible pression (2 à 3 bars) convient aux trous de grand diamètre (pour assurer le débit).

Bien que les barres en carbure cémenté avec des trous de refroidissement offrent d'excellentes performances, les détails lors de l'utilisation affectent directement leur durée de vie et leur efficacité. Concentrez-vous sur les quatre points suivants :

• Privilégiez les « liquides de refroidissement antirouille à base d'eau » (par exemple, émulsions, liquides de refroidissement synthétiques) ; évitez les liquides de refroidissement à base d'huile pure (la viscosité élevée colmate facilement les trous).
• Lors de l'usinage de matériaux sujets à la corrosion (par exemple, acier inoxydable, alliages de titane), le liquide de refroidissement doit contenir des agents antirouille (concentration > 5 %) pour éviter la rouille et le colmatage dans les parois des trous.

• Avant chaque utilisation : soufflez de l'air comprimé dans les trous (0,3 à 0,5 MPa) pour vérifier la présence de copeaux ou d'impuretés résiduels.
• Après un stockage à long terme : rincez les trous à l'eau claire, séchez-les et appliquez de l'huile antirouille (pour éviter l'oxydation des parois des trous).
• En cas de colmatage : dégagez doucement le trou avec un fil d'acier fin (légèrement plus petit que le diamètre du trou) ; ne pas percer avec force (pour éviter d'endommager les canaux).

• Évitez de meuler près des zones de trous (en particulier pour les conceptions à trous multiples latéraux et à trous en spirale) pour éviter d'endommager les bords des trous par la meule.
• Après le meulage : vérifiez si les trous sont dégagés. S'il y a des bavures aux ouvertures des trous, polissez-les doucement avec du papier de verre fin (1000# ou plus).

• Les porte-outils correspondants doivent avoir des orifices de liquide de refroidissement, et les orifices doivent s'aligner sur les trous de la barre (déviation ≤ 0,5 mm) pour éviter les fuites de liquide de refroidissement.
• Avant la première utilisation : testez le débit du liquide de refroidissement (assurez-vous qu'il n'y a pas de fuite ni de colmatage) avant de commencer l'usinage.

Fait: Une structure de trou bien conçue (diamètre du trou ≤ 1/3 du diamètre de la barre, trous éloignés des zones de concentration de contraintes) ne réduit pas significativement la résistance. Par exemple, une barre de ø15 mm avec un trou de ø4 mm a toujours une résistance à la flexion de plus de 2500 MPa, répondant aux besoins de la plupart des scénarios d'usinage. En fait, les températures contrôlées réduisent les « dommages dus aux contraintes thermiques » sur la barre, améliorant ainsi la durabilité globale.

Fait: Même l'usinage à basse vitesse (par exemple, perçage de trous profonds, matériaux difficiles à usiner) nécessite cette conception. Par exemple, lors de l'usinage d'alliages à base de nickel à basse vitesse, la dureté élevée du matériau provoque toujours une chaleur de friction concentrée. Les barres traditionnelles s'usent rapidement en raison d'une mauvaise dissipation de la chaleur, tandis que les barres avec des trous de refroidissement maintiennent la stabilité grâce à un refroidissement continu.

Fait: Les conceptions de trous sont très spécifiques aux scénarios : une utilisation universelle entraîne une efficacité réduite. Par exemple, l'utilisation d'une barre « Trou unique central » pour le fraisage en bout empêche le liquide de refroidissement de couvrir les zones à plusieurs tranchants, ce qui se traduit par seulement 30 % de l'effet de refroidissement d'une barre « Trou multiple latéral ». Inversement, l'utilisation d'une barre « Trou multiple latéral » pour le perçage de trous profonds empêche le liquide de refroidissement d'atteindre le fond du trou, provoquant une accumulation de copeaux.

Par rapport à la mise à niveau vers des nuances de carbure de qualité supérieure (ce qui augmente les coûts de plus de 50 %), la conception des trous de refroidissement n'ajoute que 10 % à 20 % au coût tout en offrant une durée de vie 30 % à 60 % plus longue et une efficacité supérieure de plus de 20 %. Il s'agit d'une solution de mise à niveau rentable. En particulier dans l'usinage de précision, le traitement de matériaux difficiles à usiner et la production de masse, ces barres résolvent directement les points faibles des outils traditionnels liés aux températures élevées et réduisent les coûts de traitement globaux.

Si vos scénarios d'usinage rencontrent des problèmes tels qu'une usure rapide de l'outil, une mauvaise précision de la pièce ou un usinage de trous profonds difficile, et que vous ne savez pas comment sélectionner des barres en carbure cémenté avec des trous de refroidissement, n'hésitez pas à nous contacter. Nous pouvons fournir des conceptions de trous et des solutions de barres personnalisées en fonction de votre type d'usinage (perçage/fraisage/formage), du matériau de la pièce et des exigences de précision.