Dans le domaine de l'usinage des métaux, le choix du matériau de la fraise détermine non seulement la durée de vie de l'outil et la précision de l'usinage, mais a également un impact direct sur l'efficacité de la production, la charge de la machine et la qualité du produit final. Cobalt etCarburesont les deux qualités de fraises en bout les plus couramment utilisées dans la fabrication industrielle, différant considérablement par leur dureté, leur ténacité, leur résistance à la chaleur et leur-rentabilité.
Que sont les fraises en bout de cobalt
Les fraises en bout au cobalt sont en acier rapide-(HSS) avec un certain pourcentage de cobalt ajouté (généralement 5 % à 8 %). Les qualités courantes incluent M35 (5 % de cobalt) et M42 (8 % de cobalt). L'ajout de cobalt modifie le mécanisme de durcissement secondaire de l'acier, ralentissant la perte de dureté lors de la coupe à haute -température.
Fonctionnalités de performance de base:
- Équilibre entre dureté et ténacité : la dureté Rockwell est d'environ HRC 65 ~ 70, avec une forte résistance aux chocs.
- Bonne résistance à la chaleur : peut maintenir le tranchant à environ 600 degrés, prolongeant le temps de coupe.
- Forte adaptabilité de traitement : peut couper l'acier inoxydable, l'acier à outils, l'alliage de titane et d'autres métaux résistants.
- Performances élevées : le coût de fabrication est inférieur à celui des outils en carbure et le coût d'un seul outil peut être économisé de 30 à 50 %.
Scénarios d'application courants :
- Usinage à moyenne et basse vitesse (vitesse de coupe 20~40 m/min)
- Acier de construction, acier allié, pièces en acier inoxydable
- Réparation d'outils et de matrices et production d'essai-de pièces uniques
- Conditions de coupe interrompues, telles que le rainurage et le fraisage d'épaulements
Que sont les fraises en carbure
Fraises en bout de carburesont fabriqués par métallurgie des poudres par frittage de carbure de tungstène (WC) et de cobalt (Co). Le carbure de tungstène représente environ 88 à 94 % du matériau, tandis que le cobalt, en tant que liant, représente 6 à 12 %. La microstructure des outils en carbure détermine leur dureté et leur résistance à l'usure exceptionnelles.
Fonctionnalités de performance de base:
- Dureté extrêmement élevée : HRA 90+, peut maintenir une dureté supérieure à 800 degrés, adaptée à la coupe à grande vitesse-.
- Forte résistance à l'usure : présente un taux d'usure extrêmement faible lors d'une coupe continue à long terme-.
- Bonne stabilité dimensionnelle : faible coefficient de dilatation thermique, maintien de la précision du traitement.
- Revêtements compatibles : les revêtements courants tels que TiAlN et AlTiN peuvent encore améliorer la durée de vie des outils et la vitesse de coupe.
Scénarios d'application courants:
- Usinage à grande-vitesse (vitesse de coupe 100 ~ 300 m/min)
- Alliage d'aluminium, acier trempé, acier moulé, production en grand volume-
- Fabrication de moules de précision, traitement de pièces d'aviation
- Environnements avec une rigidité de machine-outil et une vitesse de broche élevées
Carbure vs cobalt : effets de revêtement
Le revêtement est un moyen important pour améliorer les performances des outils. Même si le substrat est le même, un revêtement raisonnable peut prolonger considérablement la durée de vie de l'outil et améliorer l'efficacité de coupe.
Les outils de coupe au cobalt s'appuient sur des revêtements pour compenser leur manque de dureté et de résistance à l'usure. Ainsi, lors du choix des revêtements, l'accent est davantage mis sur « la prolongation de la durée de vie de l'outil » et la « réduction du collage de l'outil ».
Outils en carbureeux-mêmes ont une dureté élevée et une forte résistance à l’usure. L'importance principale du revêtement est d'améliorer la résistance à la chaleur et d'élargir la fenêtre de sécurité pour une coupe à grande vitesse-.
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Type de revêtement |
Fonction principale |
Fraises en bout de cobalt |
Fraises en bout de carbure |
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TiN (nitrure de titane) |
Améliorer la résistance à l’usure et réduire la friction |
Prolonge considérablement la durée de vie d'environ 50 %, adapté au traitement à moyenne et basse vitesse de l'acier et de l'acier inoxydable. |
La durée de vie est limitée, améliorant principalement l'état de surface |
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TiCN (carbonitrure de titane) |
Améliore la dureté et réduit le risque de coincer le couteau |
Traitez efficacement les aciers alliés à haute dureté-et retardez l'usure des outils. |
Améliore la résistance à l'usure lors de l'usinage à grande vitesse-, mais sa résistance à la chaleur n'est pas aussi bonne que celle du TiAlN. |
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TiAlN / AlTiN |
Résistance à l'oxydation à haute température, adaptée à la coupe à sec |
Résistance thermique améliorée, permettant une légère augmentation de la vitesse de coupe |
Prolonge considérablement la durée de vie de la lame de 2 à 3 fois lors de coupes à grande vitesse-et réduit le risque d'écaillage des bords. |
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DLC (Diamant-comme Carbon) |
Très-friction faible, évite de coller |
Il a des effets de refroidissement et antiadhésifs évidents sur le traitement des métaux ductiles (aluminium, cuivre). |
Performances exceptionnelles dans la coupe à grande vitesse-de métaux non-ferreux, conservant le tranchant plus longtemps |
Carbure contre cobalt : performances de coupe
Usinage-à grande vitesse
Bien que les fraises en acier au cobalt aient une bonne résistance à la chaleur, leur dureté est insuffisante pour supporter une coupe prolongée à des vitesses extrêmement élevées. Lors d'un fonctionnement soutenu à haute vitesse-, la fraise est susceptible de se ramollir thermiquement et de s'user de manière accélérée, ce qui la rend plus adaptée aux conditions de coupe stables à des vitesses moyennes à faibles.
En revanche, les fraises en carbure ont une dureté élevée et une forte résistance à la chaleur, et peuvent maintenir le tranchant à des vitesses élevées de 100 à 300 m/min. Lorsqu'ils sont combinés avec des machines-outils à haute-rigidité, ils peuvent améliorer considérablement l'efficacité du traitement et la qualité des surfaces.
Coupe interrompue
Lors d'une coupe interrompue, les outils sont fréquemment soumis à des charges d'impact. Les fraises en acier au cobalt conviennent aux applications à contact intermittent telles que le rainurage et le fraisage d'épaulements en raison de leur ténacité élevée, de leur forte résistance aux chocs et de leur résistance à l'écaillage.
Les fraises en carbure sont plus fragiles et sujettes aux microfissures ou à l'écaillage lors de coupes intermittentes, en particulier lorsque la profondeur de coupe est grande ou que la rigidité de serrage est insuffisante. Par conséquent, les outils en acier au cobalt sont généralement préférés dans de telles conditions de travail.
Coupe à sec
En l'absence de liquide de refroidissement, les fraises en acier au cobalt accélèrent l'émoussement en raison de la chaleur de friction, réduisant ainsi considérablement leur durée de vie. Ils ne conviennent généralement qu'aux opérations de coupe à sec à faible-vitesse ou à-court terme.
Lorsque les fraises en carbure sont combinées à des revêtements-résistants à la chaleur (tels que TiAlN et AlTiN), elles peuvent inhiber efficacement l'usure oxydative lors de la coupe à sec à grande-vitesse et maintenir le tranchant de l'arête de coupe, ce qui les rend adaptées aux scénarios où l'utilisation de liquide de refroidissement doit être réduite.
Coupe humide
Le refroidissement et la lubrification améliorent considérablement les performances des deux outils. Les fraises en acier au cobalt peuvent réduire la température de coupe, retarder l'usure et améliorer la qualité de la surface de coupe lors de la coupe humide, ce qui les rend particulièrement adaptées à l'usinage à moyenne et basse vitesse.
Les fraises en carbure bénéficient également de manière significative de la coupe humide. Lors du traitement d'aciers à haute dureté-ou de métaux non-ferreux, le liquide de refroidissement peut réduire le risque de fissures thermiques et améliorer la stabilité dimensionnelle et la durée de vie globale de l'outil.
Fraises en bout de cobalt ou de carbure
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CONTRE |
Fraises en bout de cobalt |
Fraises en bout de carbure |
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Structure du substrat |
Acier rapide + cobalt |
Carbure de tungstène + Cobalt |
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dureté |
HRC 65 ~ 70 |
HRA 90+ |
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dureté |
Élevé, pas facile à écailler |
Faible, fragile |
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Résistance à la chaleur |
Haut, peut résister à 600 degrés |
Extrêmement élevé, peut résister à 800 degrés + |
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vitesse de coupe |
Vitesse moyenne à faible (20-40 m/min) |
Haute vitesse (100~300 m/min) |
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résistance à l'usure |
moyen |
Très élevé |
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Dépendance au revêtement |
haut |
moyen |
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coût |
Inférieur |
Plus haut |
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Machines-outils applicables |
Machines-outils à faible et moyenne rigidité |
Machines-outils à haute rigidité et à grande vitesse |
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Applications typiques |
Découpe intermittente, traitement en petits lots |
Découpe à grande-vitesse, usinage de précision-à grande échelle |
Fin de l'article
Dans l'usinage moderne, le cobalt et le carbure se complètent plutôt que de se remplacer. Les outils en acier au cobalt, grâce à leur robustesse et leur-rentabilité, excellent dans les coupes de petits- à moyens-volumes et les coupes interrompues. Les outils en carbure, avec leur dureté et leur résistance à l'usure élevées, sont irremplaçables dans la production de masse à grande vitesse.
Bien que le carbure ait un prix unitaire élevé, le coût unitaire des pièces peut être réduit en réduisant la fréquence des changements d'outils et en raccourcissant le temps de traitement, et la durée de vie peut généralement atteindre 2 à 5 fois celle du cobalt.
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