Les outils coupants en acier rapide (HSS) affichent dans le monde un niveau de croissance qui ne montre aucun signe de ralentissement. Le marché mondial des outils de coupe HSS devrait croître de plus de 10 millions de $ d'ici 2020 (source : Global Industry Analysts).
C'est un montant significatif, notamment sur un marché mondial actuel pour l'ensemble du secteur des outils coupants dont la valeur est d'environ 18,5 milliards de $. La hausse est soutenue par une demande constante des segments clés, tels que l'automobile et la construction, ainsi que les gros équipements électriques et industriels.
Ricky Payling, directeur de la stratégie produits pour les outils rotatifs de Dormer Pramet, présente les raisons pour lesquelles le HSS reste une option populaire, les différentes compositions disponibles et la manière dont le matériau s'est adapté à un secteur qui évolue rapidement.
En dépit de la hausse de la concurrence du carbure monobloc, l'acier rapide reste incontournable chez les fabricants en raison de sa grande résistance à l'usure, ainsi que ses propriétés excellentes en matière de dureté et de ténacité.
Tarauds Shark Line HSS-E-PM de Dormer
Les outils de coupe HSS sont les mieux adaptés pour les environnements de production de masse où la durée de vie des outils, la polyvalence, la productivité et le coût des outils sont d'une importance extrême pour l'utilisateur final. Ils ont par conséquent encore un rôle majeur à jouer dans l'usinage efficace et fiable de nombreux composants.
De même, l'accent mis sur la bonne qualité des produits, qui répond aux exigences de l'application client avec un bon rapport qualité-prix, les rend attrayants dans le climat économique mondial actuel.
Pour accompagner la demande croissante de HSS dans le monde, les fabricants d'outils coupants ont engagé d'importantes ressources sur ce segment. Pour cela, il leur a fallu investir dans le développement de nouveaux produits.
Il en a résulté des outils HSS plus fiables et une réduction du nombre de pièces défectueuses, des coûts de productions en baisse et des délais plus courts. L'ajout de substrats éprouvés, notamment les poudres métallurgiques et les revêtements, a joué un rôle important dans l'amélioration les performances.
La gamme d'outils rotatifs de Dormer comprend actuellement quatre types de matériaux ; l'acier rapide (HSS), l'acier rapide à teneur en Cobalt (HSS-E), l'acier rapide/ carbure (HSS HM) et l'acier à poudres métallurgique (HSS-E PM). Ces matériaux sont utilisés dans toute notre gamme de forets, fraises à chanfreiner, alésoirs, tarauds et fraises.
Composition du HSS
Typiquement, le HSS est composé de chrome (4 %), de tungstène (env. 6 %), de molybdène (jusqu'à 10%), de vanadium (env. 2 %), de cobalt (jusqu'à 9 %) et de carbone (1 %). Les différentes nuances dépendent des niveaux variables des éléments ajoutés.
Le chrome renforce la trempabilité et empêche l'écaillage. Le tungstène offre une meilleure efficacité de coupe et une plus grande résistance à la trempe, et améliore la dureté et la résistance aux hautes températures.
Le molybdène, un produit dérivé de la production du cuivre et du tungstène, améliore aussi l'efficacité de coupe et la dureté, ainsi que la résistance à la trempe. Le vanadium, qui est présent dans de nombreux minéraux, forme des carbures très durs pour des résistances à l'usure par abrasion, augmente la résistance à l'usure par hautes températures, ainsi que la tenue de la dureté.
Le cobalt améliore la résistance à la chaleur, la tenue de la dureté et légèrement la conductivité thermique, tandis que le carbone augmente la résistance à l'usure et garantit la dureté de base (env. 62-65 Rc). L'ajout à l'acier rapide de cinq à huit pour cents de cobalt en plus accroît la résistance générale et à l'usure.
Les forets fabriqués avec l'ajout de cobalt sont généralement utilisés dans des applications spéciales.
Le foret HSS A002 de Dormer PrametAvantages des outils HSS
Les outils HSS résistent aux vibrations, quel que soit le type de machine outil, même si la rigidité s'est atténuée dans le temps et quelles que soient les conditions de serrage des pièces à usiner. Ils empêchent les chocs mécaniques au niveau des dents dans les opérations de fraisage et s'adaptent aux conditions de lubrification variables qui peuvent entraîner des changements thermiques.
De plus, grâce à la résistance unique de l'acier rapide, les fabricants d'outils sont capables de produire des arêtes de coupe extrêmement affûtées. Cela facilite le traitement des matières difficiles à usiner, réduit l'écrouissage des aciers austénitiques inoxydables et des alliages de nickel, offre une meilleure qualité de surface et une tolérance supérieure des pièces usinées.
Comme le métal est coupé et non pas arraché, les outils ont une plus longue durée de vie et les températures d'arêtes de coupe sont moins élevées. Les forces de coupe requises sont moins grandes, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie des machines-outils.
Du point de vue de la durée de vie d'un outil, le HSS offre de très bons résultats pour les applications de coupe intermittentes. Toutefois, il a une plage de vitesse de coupe limitée, qui reste bien inférieure à celle des outils en carbure.
Revêtements et substrats utilisés pour les outils HSS
Même si le HSS est un matériau reconnu pour les outils de coupe, il a tout de même été constamment développé et amélioré depuis sa première utilisation à la fin du XIXe siècle.
La gamme de substrats HSS de Dormer Pramet, par exemple, est en constante amélioration. Nous avons investi dans la technologie des poudres pour développer un matériau offrant de meilleurs résultats.
Le HSS-E à poudres métallurgiques offre une teneur supérieure en éléments alliés et une combinaison de propriétés uniques pour améliorer la ténacité, la résistance à l'usure et la dureté. L'utilisation du HSS-E-PM prolonge la durée de vie des outils, la rend plus prévisible, accroît les performances d'avance et de vitesse, et aide à réduire les problèmes d'écaillage.
L'application la plus récente de la technologie à poudres métalliques se retrouve dans les tarauds Shark Line de Dormer. Ils sont fabriqués à partir d'un substrat de HSS-E-PM développé spécialement pour les tarauds, afin de fournir la ténacité supplémentaire requise, une stabilité constante et une capacité de rectification supérieure comparées à celles des aciers rapides conventionnels. Ces caractéristiques améliorées donnent aux tarauds une durée de vie plus prévisible et mieux garantie.
De plus, le HSS-E et le HSS-E-PM constituent des substrats excellents pour divers revêtements, tels que le nitrure de titane (TiN), le nitrure de titane aluminium (TiAlN), le carbonitrure de titane (TiCN), ainsi que les revêtements multicouches.
Les revêtements améliorent considérablement la durée de vie des outils et renforcent les performances des outils HSS dans les environnements où la productivité, la vitesse, et les taux d'avance sont élevés, ainsi que dans les opérations à sec pour le traitement de matières difficiles à usiner.
Ils offrent une meilleure dureté de la surface pour davantage de résistance à l'usure, moins de friction pour un meilleur contrôle des copeaux, des forces de coupe réduites et moins de chaleur générée, une résistance à l'usure en cratère et une qualité de surface améliorée des pièces finies. Les outils de coupe HSS-E au TiAlN, par exemple, conviennent parfaitement pour l'usinage à sec de la fonte, car ils résistent mieux aux hautes températures, tandis que les outils HSS-E-PM au TiAlN sont idéaux pour l'usinage des alliages de titane et de nickel.
Récapitulatif
Dans une époque où les utilisateurs demandent des outils fiables, constants, polyvalents et économiques, l'acier rapide reste le choix idéal pour de nombreuses applications. En tant que tel, il maintient sa place sur le marché face à des matériaux plus récents et des techniques plus avancées.
Le HSS s'est renforcé au fil des ans, en s'adaptant avec de nouveaux revêtements et en ajoutant de nouveaux aspects technologiques, ce qui lui a permis de garder sa position de matériau essentiel dans le secteur de la coupe de métaux.
Le secteur des outils de coupe a toujours été un domaine concurrentiel et le HSS reste un composant clé qui offre aux clients ce qui a toujours été un critère essentiel : le choix.
Etude d'un cas client : Larssons Mechanical Workshop
