Le guide complet sur la fabrication des fraises en carbure

1. Sélection des matières premières

Le « carbure » dans fraises en bout de carbure est en fait un carbure cémenté, fabriqué à partir de particules de carbure de tungstène (WC) maintenues ensemble par un liant métallique, généralement du cobalt (Co).

Carbure de tungstène : Extrêmement dur (9 sur l'échelle de Mohs, ~2600 dureté HV Vickers). Fournit une résistance à l’usure.

Cobalt : phase liante résistante et ductile qui absorbe les chocs et prévient la fragilité.

Pourquoi la composition est importante :

Plus de cobalt → outil plus résistant mais légèrement plus doux (bon pour les coupes interrompues).

Moins de cobalt → plus dur mais plus cassant (bon pour une coupe continue dans des configurations rigides).

La taille des grains du WC affecte la netteté des bords et la résistance à l’usure :

Ultra-fin (0,2 à 0,5 μm) pour une dureté élevée et des bords tranchants.

Grains plus grossiers (>1 μm) pour une résistance aux chocs.

2. Mélange et conditionnement de poudre

La poudre de carbure de tungstène, la poudre de cobalt et de petites quantités d'autres carbures (carbures de tantale, titane, niobium) sont mesurées en poids.

Un broyeur à boulets ou un broyeur à attriteur les mélange dans de l'éthanol ou de l'eau avec un liant cire/paraffine pour obtenir une bouillie homogène.

Objectif : Assurer une répartition uniforme du cobalt, empêcher l’agglomération et enduire chaque grain WC de liant pour des liaisons de frittage solides.

3. Séchage par pulvérisation

La boue est introduite dans un séchoir par pulvérisation, qui produit des agglomérats sphériques de poudre.

Ces agglomérats s'écoulent comme du sable fin, essentiel pour un pressage uniforme.

La teneur en humidité est étroitement contrôlée ; trop sec → fissures ; trop humide → mauvais pressage.

4. Appuyer sur le blanc vert

Deux méthodes principales :

Pressage uniaxial → idéal pour les ébauches à tige droite.

Pressage par extrusion → permet la création de tiges longues ou de tiges avec canaux de refroidissement internes.

La pièce résultante est appelée un compact vert – faible et cassant, mais avec les dimensions approximatives de la tige finale.

La direction de pressage et l'uniformité de la pression affectent directement la répartition de la densité, ce qui a un impact ultérieur sur la résistance de l'outil.

5. Pré-frittage (déliantage)

Le compact vert est chauffé dans un four à basse température (~ 600 à 800 °C) pour éliminer le liant cire/paraffine sans provoquer d'oxydation ou de déformation.

Il ne reste que des poudres métalliques, vaguement liées ensemble.

6. Frittage (frittage en phase liquide)

Étape principale de densification : chauffé à 1 400–1 500 °C sous vide ou atmosphère d’hydrogène.

Le cobalt fond (phase liquide) et circule entre les grains WC, les rapprochant par capillarité.

La pièce rétrécit d'environ 18 à 22 % de manière linéaire, atteignant une densité théorique de 99 %.

Résultat :
Une tige entièrement dense, extrêmement dure, sans porosité, prête à être broyée.

7. Préparation des tiges

Les tiges de carbure sont coupées à longueur à l'aide d'une scie diamantée ou d'une électroérosion à fil.

Les extrémités peuvent être chanfreinées pour éviter l'écaillage lors de la manipulation.

Pour les outils combinés (tête de coupe en carbure à tige en acier), le brasage est effectué à ce stade.

8. Rectification CNC de la géométrie

Meulage de flûte

Réalisé sur des rectifieuses d'outils CNC à 5 axes utilisant des meules diamantées.

Les machines maintiennent des tolérances à quelques microns près.

Les paramètres incluent :

Nombre de flûtes (2, 3, 4 ou plus)

Angle d'hélice (hélice faible pour la résistance, hélice élevée pour une évacuation plus rapide des copeaux)

Épaisseur du noyau (affecte la rigidité et l'espace des copeaux)

Meulage de la géométrie finale

La pointe de l'outil a une forme : plate, à nez sphérique, à rayon de coin ou forme spéciale.

Les angles de dépouille secondaires et les angles de coupe sont meulés pour optimiser les performances de coupe.

Pour les outils de haute précision, la préparation des bords (affûtage) est appliquée pour contrôler le tranchant par rapport à la résistance à l'écaillage.

9. En option : perçage de trous traversants pour le liquide de refroidissement

Si la fraise en bout est conçue avec des canaux de refroidissement internes, ceux-ci sont créés lors de l'extrusion de la tige ou par perçage EDM après frittage.

EDM (Electrical Discharge Machining) peut produire de petits trous précis sans endommager le carbure.

10. Revêtement (PVD/CVD)

Objectif : prolonger la durée de vie de l'outil, réduire la friction, résister à la chaleur.

Revêtements courants :

TiAlN / AlTiN : Résistance à l'oxydation à haute température.

DLC (Diamond-Like Carbon) : faible friction, excellent pour l'usinage des matériaux non ferreux.

Revêtements nano-composites : Structure extrêmement fine pour une résistance extrême à l’usure.

Processusus :

PVD (Physical Vapor Deposition) : température plus basse (~ 450–600 °C), préserve les arêtes vives.

CVD (Chemical Vapor Deposition) : température plus élevée (~ 900–1 050 °C), revêtement plus épais, peut nécessiter un post-broyage.

11. Contrôle finale

Les micromètres laser mesurent le diamètre, la concentricité et le faux-rond.

Les comparateurs optiques vérifient la forme de la flûte.

L'adhérence du revêtement et la rugosité de la surface sont testées.

Les fraiseuses hautes performances sont équilibrées dynamiquement pour les broches à grande vitesse.

12. Emballage

Chaque outil est nettoyé aux ultrasons pour éliminer les résidus de meulage et de revêtement.

Emballé dans des tubes en plastique individuels pour éviter l'écaillage pendant le transport.

Tableau récapitulatif :