Les nouvelles fraises en céramique monobloc Beyond EADE™ de Kennametal fournissent des performances inédites en termes de vitesse et de durée de vie pour l'usinage des alliages haute température à base de nickel

 

L'un des principes fondamentaux en matière d'usinage est le fait que le degré de résistance des outils doit être proportionnel à celui des matériaux à découper. Les alliages exclusifs à base de nickel utilisés dans les turbines à gaz et à vapeur font partie des matériaux les plus résistants au monde. Ils sont constamment améliorés pour permettre aux sites de production de fonctionner à des températures toujours plus élevées. Ils fournissent ainsi davantage de puissance aux utilisateurs, améliorent l'efficacité des sites et réduisent ou éliminent les émissions nocives. Les superalliages tels que l'Inconel^®, le Waspaloy^® et le Rene^® sont utilisés dans les aubes de turbine et d'autres pièces nécessitant une résistance au fluage haute température, une bonne stabilité de phase et une résistance à l'oxydation et à la corrosion. 

 

Leur usinage est souvent laborieux et coûteux. En général, les outils en carbure monobloc fonctionnent à des vitesses comprises entre 65 et 200 pieds linéaires par minute (SFM) (de 20 à 60 m/min) avec ces matériaux, et leur durée de vie est limitée. Les nouvelles fraises  en céramique monobloc de la nuance Beyond KYS40™ de Kennametal présentent quant à elles des améliorations des ordres de grandeur pour l'usinage des alliages à base de nickel haute résistance, assurant l'ébauchage à des vitesses de coupe pouvant atteindre 3 300 SFM (1 000 m/min) et garantissant une durée de vie d'outil de deux à trois fois supérieure à celle des outils en carbure monobloc comparables.

 

Une grande première industrielle

Les outils de coupe en céramique, principalement en oxyde d'aluminium (Al2 O3), existent depuis le début du XXe siècle. Les brevets sur ces outils ont été déposés en Allemagne en 1913 et sont devenus disponibles sur le marché américain dans les années 50. Les plaquettes indexables en céramique prennent tout leur sens aujourd'hui, car elles peuvent fonctionner à des vitesses élevées dans certaines applications. Pourtant, les fraises  en céramique monobloc étaient peu courantes jusqu'à présent, car ces outils étaient plus cassants que le carbure et fournissaient des performances médiocres. D'ailleurs, en raison de la consommation élevée des fraises  en carbure monobloc, de nombreux fabricants de turbines ont été amenés à les produire eux-mêmes en interne.

 

La nouvelle nuance céramique SiAlON KYS40 de Kennametal et la conception globale des fraises  en céramique monobloc représentent désormais la méthode optimale pour ébaucher les alliages haute température à base de nickel. « Les vitesses de coupe sur les superalliages à base de nickel peuvent être jusqu'à 20 fois supérieures à celles des fraises  en carbure monobloc, et grâce à l'exceptionnelle résistance à la chaleur et aux arêtes de coupe renforcées (angle de coupe négatif) de la céramique, la durée de vie de l'outil peut être jusqu'à cinq fois supérieure, voire plus », déclare Thilo Mueller, chef de produit global chez Kennametal.

 

Deux types de fraises  en céramique monobloc KYS40 sont disponibles : une version six dentspour le fraisage  et le profilage, et une version quatre dentsà col pour le rainurage et l'usinage des poches. Les deux gammes de produits peuvent aussi être utilisées pour le ramping, l'interpolation hélicoïdale et l'usinage trochoïdal.

 

Les mécanismes et l'indication de l'usure sur les fraises  en céramique monobloc sont totalement différents de ceux du carbure, ce qui permet de les utiliser bien au-delà du point de remplacement d'outils en carbure. C'est également la raison pour laquelle la nouvelle fraise  de nuance KYS40 est un outil de type jetable, afin de permettre une utilisation au-delà du type d'usure habituel.

 

Fraisage des aubes de turbine

Qu'elle soit alimentée par des combustibles fossiles, de l'énergie hydraulique ou encore du nucléaire, une turbine est presque toujours utilisée pour produire de l'électricité. La production, la gestion et l'entretien de ces composants essentiels revêtent une importance capitale pour maintenir la production d'énergie.

 

Les fabricants doivent donc s'efforcer d'améliorer en permanence leurs stratégies d'usinage. De nombreux facteurs doivent être pris en compte : faut-il un grand nombre d'aubes similaires ou de petits volumes d'aubes de conception différente ? Plusieurs installations et centres d'usinage sont-ils concernés, ou y a-t-il des machines multitâches et multi-axes ? Quel est le système de CAO/FAO utilisé et le niveau de qualification requis pour les opérateurs ?

 

Et bien sûr, quels sont les meilleurs choix en termes d'outils pour les tâches d'usinage ? Les résultats de récents tests de la nouvelle fraise  en céramique monobloc KYS40 sont éloquents.

 

En premier lieu, quelle que soit la version concernée (quatre et six dents), la nuance céramique Beyond KYS40 bénéficie d'une conception centrale élargie qui améliore la rigidité de l'outil et réduit les déviations à vitesses de coupe élevées. La géométrie optimisée de l'extrémité et l'angle hélicoïdal à 40 degrés améliorent le cisaillage et l'évacuation des copeaux.

 

Lors de l'ébauchage du profil d'une petite aube de turbine en Inconel 718, usinée à sec, la fraise  quatre dentsEADE a fonctionné à 645 m/min (2 116 SFM), avec une avance de 0,03 mm/z (0,0012 IPT). La profondeur de coupe (ap) était de 0,5 mm (0,0197 pouces) et la largeur (ae) de 11,4 mm (0,866 pouces). Comparée à une solution classique, la fraise quatre dentsEADE a duré trois fois plus longtemps, tout en effectuant l'ébauchage en un temps inférieur. Cette application a permis d'obtenir une production de pièces par fraise trois fois supérieure.

 

La fraise  en céramique monobloc six dents EADE a été testée pour profiler un disque monobloc en Inconel 718. De l'air comprimé a été utilisé pour l'évacuation des copeaux. Contrairement aux outils en carbure habituels, l'ébauchage visant à obtenir des formes précises crée des copeaux proches de la poussière, qui ne nécessite donc que de l'air comprimé pour être évacuée. Les conditions de test étaient les suivantes : vitesse de coupe de 679 m/min (2 228 SFM), avance de 0,03 mm/z (0,0012 IPT) et profondeur de coupe variable, jusqu'à 0,5 mm (0,0197 pouces). 

 

Deux segments de disque monobloc ont été obtenus avec un outil. Le temps d'usinage par segment a été mesuré à 12 minutes, un résultat « sans précédent » d'après le personnel en charge du test.

 

Les nouvelles fraises  en céramique monobloc EADE sont également incluses dans la nouvelle application conviviale Kennametal Innovations pour iPad, disponible en téléchargement gratuit sur l'iTunesTM App Store. Le système de navigation simple de l'application intègre une fonction de recherche à l'aide de mots-clés, ce qui permet de trouver facilement des solutions d'outillage et groupes de produits donnés. Voici quelques-unes des caractéristiques essentielles : 

 

Les animations de produit fournissent une représentation visuelle claire des procédés et des liens directs vers des informations détaillées. 

 

Un plan de navigation inclut des menus déroulants contenant des informations supplémentaires, notamment des tableaux et graphiques agrandissables et personnalisables. 

 

La navigation par l'utilisateur avec choix des données permet d'effectuer rapidement et facilement des comparaisons entre produits complémentaires et concurrents. 

 

Les démonstrations et vidéos d'application montrent de manière concrète les modes d'utilisation des technologies d'outillage. 

 

Les nouvelles fraises  en céramique KYS40 de Kennametal sont disponibles dans une gamme comprise entre 3/16 et ½ pouce (4 - 12 mm). L'outil ne nécessite pas de système de serrage spécial. Des mandrins haute performance à serrage à pince ou hydraulique classiques sont largement suffisants. La seule condition est que le mandrin doit être capable de fonctionner à des vitesses suffisamment élevées pour l'usinage des superalliages. Pour garantir une durée de vie d'outil optimale, un équilibrage final est préconisé. Des informations supplémentaires sont disponibles à l'adresse www.kennametal.com.