Une pompe cryogénique de l'usine sidérurgique est tombée en panne. Confronté à une attente d'au moins cinq semaines pour un remplacement externe, l'atelier a décidé de le fabriquer en interne-.
Matériau : 316L|Longueur : 3237 mm|Diamètre : 260 mm (au point le plus étroit)|Tolérance du diamètre extérieur : ±0,02 mm
Le travail a été confié au machiniste le plus expérimenté de l'atelier.
Le résultat ? Après avoir terminé-le tournage, le diamètre extérieur mesuré était hors tolérance-il était trop grand.
La tolérance requise était de ±0,02 mm, mais l'écart réel était de 0,06 à 0,10 mm.
La pièce était ruinée.
Ce n'était pas un manque de compétence de la part du machiniste. Il avait plus de vingt ans d'expérience dans l'exploitation de tours, principalement dans l'usinage de pièces en acier ordinaires, et avait accumulé beaucoup de savoir-faire.
Le problème se résumait à une chose :-
Il a traité le 316L comme s’il s’agissait d’acier ordinaire.
Comment se produit la « déviation de l'outil » ?
L'outil était-il émoussé ? Les paramètres étaient-ils trop agressifs ? La machine-outil manquait-elle de rigidité ?
Non.
Il y avait une cause fondamentale : l’écrouissage.
Pendant le processus de découpe, la surface de l'acier inoxydable 316L subit un écrouissage à froid-en très peu de temps.
La profondeur de la couche durcie est généralement comprise entre 0,1 mm et 0,3 mm (il s'agit de données mesurées lors de la découpe et non d'une estimation).
Une fois durcie, la résistance de cette couche superficielle peut dépasser 1 500 MPa-, ce qui la rend plus dure que de nombreux matériaux d'outils.
Lorsque la passe de tournage-de finition a commencé, l'outil n'a pas pu couper cette coque dure ; au lieu de cela, il a dévié (repoussé). Par conséquent, la pièce à usiner s’est avérée surdimensionnée.
C'est ainsi que se produit la déviation de l'outil.
Ce n'était pas un problème avec l'outil lui-même ; le matériau a simplement durci pendant le processus de découpe.
Alors, pourquoi l’acier inoxydable 316L est-il plus difficile à travailler que l’acier ordinaire ?
Le 316L contient du molybdène, ce qui augmente sa ténacité et entraîne une déformation plastique plus intense lors de la coupe-, ce qui entraîne la formation de la couche durcie plus rapidement, plus épaisse et plus dure.
En utilisant les mêmes paramètres et le même outil, l’acier ordinaire est facile à usiner, alors que l’acier inoxydable pose problème.
Qu'est-ce que le machiniste a fait de mal ?
Il a commis une erreur basée sur son expérience passée :
Il a supposé qu’il serait plus sûr d’utiliser des paramètres inférieurs.
Il a directement appliqué au 316L les paramètres de coupe destinés à l’acier ordinaire.
Où s'est-il trompé exactement ? La surépaisseur de finition a été fixée à 0,2 mm-trop petite-, ce qui entraîne une profondeur de coupe insuffisante. Il n’a pas réussi à pénétrer la couche superficielle durcie de 0,1 à 0,3 mm.
L'outil frottait contre la surface durcie, générant de la chaleur qui exacerbait l'effet d'écrouissage.
À mesure que le durcissement s'intensifiait, la déviation de l'outil augmentait ; plus il déviait, plus il devenait difficile de couper le matériau.
Il y a eu une deuxième erreur : la vitesse d'avance (F) a été réglée à 0,05 mm/tour-beaucoup trop basse.
Une vitesse d'avance inférieure prolonge le temps de contact entre l'outil et la pièce, accélérant l'accumulation de chaleur et épaississant la couche durcie, ce qui aggrave la déflexion de l'outil.
Les deux paramètres étaient incorrects.
Les réglages adaptés à l'acier ordinaire ne fonctionnent tout simplement pas pour l'acier inoxydable 316L.
Au final, un seul changement a été apporté :
Échanger l'outil-pas seulement la marque.
Je suis passé à une plaquette de classe M-spécialement conçue pour l'acier inoxydable, avec un angle de coupe de 10 à 15 degrés et un bord chanfreiné de 0,5 à 0,8 mm (T-terre).
La plupart des-inserts de classe M sur le marché-tels que ceux de Sandvik ou Iscar-sont dotés de ce bord chanfreiné ; c'était un choix simple.
Ce seul ajustement a fait l’affaire.
Pourquoi est-ce que ça a marché ?
Un angle de coupe plus grand aligne plus favorablement la force de coupe, facilitant ainsi l'évacuation des copeaux de la zone de coupe. Étant donné que les copeaux évacuent la chaleur, il en reste moins, ce qui donne lieu à une couche durcie plus fine. Une couche durcie plus fine permet une coupe efficace lors de la passe suivante, éliminant ainsi le problème de déflexion de l'outil.
Le bord chanfreiné sert à renforcer le tranchant. Un grand angle de coupe affine le bord, le rendant sujet à l'écaillage ; le chanfrein empêche cela.
Une fonctionnalité concerne l'-écrouissage, tandis que l'autre protège la pointe. Par conséquent, l’efficacité de l’usinage a triplé.
Parallèlement au changement d'outil, trois mesures supplémentaires ont été prises :
① Pour la passe de finition, la profondeur de coupe a été réglée pour dépasser 0,3 mm afin de couper la couche durcie en un seul passage, plutôt que de la diviser en deux ou trois passes. Cela a également amélioré l’efficacité.
② La vitesse d'avance a été augmentée à 0,1–0,2 mm/tour ; le débit d'alimentation pour le 316L doit être plus élevé que prévu. Si l'avance est trop faible, l'outil reste à la surface du matériau, provoquant une accumulation rapide de chaleur et un écrouissage important-. Il est préférable d'accepter une rugosité de surface légèrement inférieure plutôt que de laisser l'outil frotter contre la couche durcie. ③ Augmentez la concentration et le débit du fluide de coupe, en dirigeant le jet avec précision dans la zone de coupe. La conductivité thermique du 316L n'est que de moitié à un tiers de celle de l'acier au carbone, ce qui provoque une accumulation totale de chaleur au niveau de la pointe de l'outil et de la surface de la pièce. Le liquide de coupe n'est pas uniquement destiné à la démonstration ;-il ne doit pas simplement être versé sur la pièce ; il faut l'enfoncer dans la zone de coupe.
Après avoir abordé ces quatre points, procédez à la finition du tournage. Gardez l'écart du diamètre extérieur à moins de 0,03 mm. L'arbre est produit avec succès.
Pour être honnête:
Même après dix ou vingt ans de travail avec l'acier inoxydable, le problème de la déformation de l'outil peut être délicat.-Les paramètres et l'expérience acquise avec l'acier standard doivent souvent être complètement inversés lors du passage au 316L.
Différents matériaux ont des taux d'écrouissage-différents, nécessitant différents paramètres d'usinage.
L'expérience est précieuse, mais elle doit être adaptée au matériau spécifique et aux conditions d'usinage-tout le monde doit garder cela à l'esprit !
Quatre points clés pour résoudre la déflexion de l'outil 316L :
① Optez pour des plaquettes de classe M- conçues pour l'acier inoxydable (avec un grand angle de coupe et un bord chanfreiné) pour garantir que les copeaux évacuent la chaleur. ② Réglez la profondeur de coupe du tournage de finition à plus de 0,3 mm pour couper à travers la couche écrouie-en un seul passage. ③ Augmentez la vitesse d'avance au-dessus de 0,1 mm/tr pour éviter de frotter contre la couche écrouie-. ④ Augmentez la concentration et le débit du liquide de coupe, en vous assurant qu'il est dirigé vers la zone de coupe.
Obtenez les bons paramètres et le taux de rebut diminuera naturellement.
Il m'a fallu moins d'une demi-heure pour diagnostiquer le problème de cet arbre. Pendant ce temps, le machiniste de l'atelier avait déjà gaspillé une pièce de stock 316L.
C'est la réalité des problèmes d'usinage : lorsque l'expérience ne fournit pas de réponse, vous devez le résoudre vous-même-et le coût est payé en pièces détachées et en temps.
