Performance evaluation on hardened steel - PCBN tool pair in high speed turning

Evaluation des performances des outils PCBN en tournage à grande vitesse d'aciers durcis

LABOMAP, Equipe Usinage, ENSAM Cluny

Abstract

Hard turning is a new process which, with the help of ultra-hard cutting tool materials (ceramic, c-BN, ...), enables the manufacture of finished surfaces of which the qualities are close to those obtained by grinding. The tool materials used in that context allows us to estimate and to compare their cutting capacities due to different stresses brought by the machining of hard materials.

The machining of 1OOCró steel in different metallurgical states show that the chip morphology is closely linked with a balance between the workpiece material hardness and the cutting speed. The process from orthogonal cutting to tri-dimensional cutting is studied. The study of the tool geometry within the round tip allows us to understand well the 3D cutting, and to demonstrate certain limits.

The inventory and the study of the stresses endured by the cutting tool leads to the determination of the tool wear rate. The wear model found points out strongly again to the balance between the workpiece material hardness and the cutting speed.

Résumé

Le tournage des aciers durs est un procédé innovant qui, avec le concours d’outils coupants ultra-durs (céramiques, NB-c, ...), permet de réaliser des surfaces finies dont les qualités sont proches de celles obtenues par le procédé de rectification. La comparaison des matériaux à outil utilisés dans ce cadre permet de mettre en parallèle leurs performances face aux différentes contraintes apportées par l’usinage des matériaux dans leur état durci.

L’usinage de l’acier IOOCró dans différents états métallurgiques permet de montrer que la morphologie du copeau est étroitement liée à une équivalence dureté du matériau usiné-vitesse de coupe. Le passage de la coupe orthogonale à la coupe tridimensionnelle est exploré. L’étude de la géométrie de l’outil à l’intérieur du rayon de pointe permet de bien comprendre la coupe 3D et de montrer certaines limites.

Le recensement et l’étude des contraintes supportées par l’outil de coupe ont conduit à la détermination des endommagements de l’outil. Le modèle d’usure trouvé met de nouveau en évidence la forte équivalence dureté du matériau usiné-vitesse de coupe.