Qu'est-ce qui rend les superabrasifs super?

Les meules CBN superabrasives Norton meulent les pièces en acier difficiles (HRC 50 et plus) et les revêtements d'usure.

Le coût des meules superabrasives est élevé - très élevé par rapport aux abrasifs conventionnels - et peut sembler difficile à justifier jusqu'à ce que des chiffres tels que le retour sur investissement et le coût par pièce soient calculés. Il n'est pas rare de voir un passage aux meules superabrasives pour les gros lots, comme ceux qui traversent une installation automobile ou aérospatiale, réduire les temps de cycle de meulage de 20 % et réduire le coût total par pièce de 30 % ou plus. C'est le genre de changements qui améliorent le fonctionnement lean d'une entreprise et améliorent sa position concurrentielle sur le marché mondial.

David Goetz, ingénieur d'applications d'entreprise pour Norton | Saint-Gobain Abrasives, a répondu aux questions de Canadian Metalworking sur les différences entre les meules conventionnelles et superabrasives et leur impact sur la production.

CM:Quelles sont les principales différences entre les meules conventionnelles et superabrasives ?

David Goetz : Les abrasifs conventionnels sont généralement des grains naturels qui sont fusionnés ou mélangés avec d'autres grains abrasifs pour que la meule fonctionne selon les besoins. Les superabrasifs utilisent des diamants naturels ou synthétiques ou du nitrure de bore cubique (CBN), qui est un grain synthétique.

Le diamant est la substance la plus dure connue avec une dureté Knoop d'environ 7 000. Le CBN est le deuxième plus dur avec une valeur Knoop de 4 700. Les grains conventionnels se situent entre 2 100 et 2 500. Ils peuvent fonctionner de 8 500 à 16 000 SFPM selon la roue et l'application. Les abrasifs conventionnels atteignent généralement un maximum d'environ 6 500 pieds de surface par minute (SFPM) à moins qu'ils n'aient des cotes de vitesse ou de sécurité spéciales.

En plus de leur capacité à fonctionner à des vitesses plus élevées, les superabrasifs ont généralement des rapports G beaucoup plus élevés, qui mesurent l'efficacité de meulage [Efficacité = Volume de matériau broyé/Volume d'usure de la meule]. Les abrasifs conventionnels meulent généralement dans la plage de 1 à 20, les céramiques dans la plage de 10 à 200 et les superabrasifs dans la plage de 500 à 10 000 ou plus. Des rapports G plus élevés correspondent généralement à des cycles de meulage plus courts, à plus de travaux par heure et à une durée de vie plus longue des meules.

La stabilité thermique des superabrasifs est supérieure à celle de leurs homologues conventionnels, ce qui ajoute également à leur durée de vie plus longue, en particulier dans les applications exigeantes.

CM:Comment les propriétés superabrasives affectent-elles la production ?

Goetz : Avec les rapports G et les taux Q' [enlèvement de matière] plus élevés des superabrasifs, les ateliers qui les utilisent constatent généralement des temps de cycle plus courts et une durée de vie des meules plus longue. De nombreux superabrasifs dureront 12 mois ou plus selon l'application, ce qui peut se comparer à un seul mois pour un abrasif conventionnel.

Les meules superabrasives nécessitent moins de dressage car le grain est plus durable - il restera affûté plus longtemps afin que vous puissiez obtenir plus de pièces entre les dressages, ce qui signifie plus de pièces par meule, moins de changements de meule et plus de temps de disponibilité. Par exemple, un fabricant avait environ 30 à 40 pièces par robe avec un abrasif conventionnel. Avec une application similaire avec un abrasif CBN, il a obtenu 1 200 pièces par robe. Cela les rend idéales pour les environnements à volume élevé.

Les données de meulage pour la production d'un vilebrequin de compresseur ont été collectées sur un an et utilisées pour comparer les coûts d'utilisation d'une roue conventionnelle par rapport à une roue superabrasive. Voir le tableau récapitulatif des coûts.

Ils peuvent souvent fournir un enlèvement de matière suffisant pour qu'ils aient, dans certaines applications, commencé à remplacer les opérations d'usinage.

CM:Que faut-il prendre en compte lors du choix d'un superabrasif ?

Goetz : La sélection des produits superabrasifs est axée sur le processus. Le choix dépend de quelques facteurs tels que la finition spécifiée et la géométrie de la pièce. La finition requise et le matériau à broyer détermineront la taille du grain. Un grain plus petit produira une finition plus fine. Le diamant est généralement utilisé pour les matériaux non métalliques et non ferreux. Le CBN est généralement utilisé pour broyer les métaux. Il existe certains matériaux croisés sur lesquels le diamant et le CBN peuvent être utilisés.

La géométrie de la pièce détermine la qualité, la concentration et les types de liaison. Les liaisons recommandées pour certaines applications incluent :

Le type de liquide de refroidissement doit également être pris en compte. Les fluides éliminent les copeaux et la chaleur de la zone de broyage et protègent contre certaines réactions chimiques provoquées par le processus de broyage. Les fluides à base d'huile sont les meilleurs lorsque vous travaillez avec du CBN. Les basses températures de vaporisation limitent le pouvoir lubrifiant des fluides à base d'eau, et la vapeur à haute température favorise l'oxydation du cristal CBN.

Les sept facteurs que nous utilisons pour aider les fabricants à déterminer la meule appropriée sont :

Vous devez également vous assurer que la machine est suffisamment rigide pour supporter le processus superabrasif.

CM:Comment évoluent les superabrasifs pour répondre aux demandes du marché ?

Goetz : Chaque jour, nous sommes mis au défi de développer de nouveaux grains et liants pour produire plus de pièces, plus rapidement, afin d'offrir aux fabricants la productivité qu'ils recherchent. Par exemple, des industries comme l'aérospatiale mettent des revêtements plus résistants à l'usure sur des matériaux qui les rendent plus difficiles à broyer. L'industrie automobile cherche des moyens de réduire la contrainte résiduelle du meulage.

La plupart des processus de fabrication commencent par un bloc de matériau, puis l'usinent, peut-être un processus de semi-finition, puis un meulage, puis un polissage. Nous faisons beaucoup avec les superabrasifs pour faire passer ce bloc de matériau par un processus que nous appelons usinage à meulage, où nous éliminons une, deux ou trois étapes d'usinage et meulons et polissons la forme finale à partir de l'ébauche.

Le passage à une meule superabrasive a permis à un fabricant d'économiser 30,19 % sur le coût par pièce lors de la production d'un vilebrequin de compresseur.

Un produit récent de notre société, Norton Paradigm®, qui est comme un liant métallique, enlève 30 % de matière en plus et fonctionne à 2,5 fois les rapports G de notre meilleur superabrasif précédent. Il broie avec une puissance plus faible, ce qui permet de pousser la meule, d'utiliser des vitesses d'avance plus élevées et de réduire les temps de cycle. Le résultat est une augmentation du nombre d'emplois par heure, ce qui à son tour réduit les coûts de production globaux. Ce produit tient également beaucoup mieux sa forme et dure plus longtemps que les roues typiques que nous voyons.

L'utilisation croissante de matériaux résistants à l'usure et la nécessité de les finir exigent des abrasifs plus durables. Par exemple, la finition des revêtements céramiques appliqués pour fournir une résistance à l'usure dans de nombreux secteurs fait des superabrasifs le meilleur choix pour broyer ces matériaux de manière économique.

Les nouvelles demandes de meulage à faible contrainte ou sans contrainte poussent également les fabricants d'abrasifs à développer des abrasifs de coupe plus tranchants et plus libres qui restent affûtés plus longtemps, ce qui aide à réduire à la fois l'énergie de meulage nécessaire et le stress du processus. Ces nouveaux grains nécessitent de nouvelles technologies de liaison qui offrent une meilleure tenue de forme et une meilleure rétention du grain pour d'autres améliorations de la durée de vie et des performances de la roue.

Norton|Saint-Gobain Abrasifs Inc., www.nortonabrasives.com

Les meules CBN superabrasives sont très résistantes à l'usure et offrent une durée de vie exceptionnelle dans les environnements de production élevée.