« Si vous n'arrivez pas à faire correctement les choses en petit, a écrit l'amiral à la retraite et auteur William H. Raven, vous n'y arriverez pas mieux en grand. » Cette approche s'applique parfaitement à l'usinage des petites pièces, où les avantages des composants électroniques plus petits profitent à toute une série de secteurs comme le médical, l'automobile, l'électronique et l'aérospatiale. Mais les fabricants pourraient-ils être mieux équipés pour produire des pièces plus petites de façon productive et rentable ? James Thorpe, global product manager chez le leader de la coupe de métal Sandvik Coromant, explique ici comment la nouvelle gamme de micro-forets CoroDrill® est en mesure d'aider les fabricants à booster leur productivité et la durée de vie de l'outil.

Les technologues annoncent fréquemment la fin de la loi de Moore, une célèbre prédiction de l'ingénieur et fondateur d'Intel Corporation, Gordon Moore, selon laquelle le nombre de transistors pouvant être fabriqués sur un circuit intégré double tous les deux ans environ. En 1965, Moore avait prédit que le nombre de circuits sur un circuit intégré doublerait pour atteindre le chiffre incroyable de 65 000 en 1975. Lorsque cette prévision s'est avérée vraie, la loi de Moore a été confirmée et baptisée « la plus grande prédiction technologique de la dernière moitié du siècle » par le Massachusetts Institute of Technology (MIT).

La loi de Moore est devenue une sorte de règle d'or pour l'industrie informatique. Les plus grands fabricants d'appareils électroniques, comme Intel et Samsung, continuent à faire rentrer toujours plus de fonctionnalités dans chaque micron carré pour des applications comme le médical, l'automobile, l'électronique et l'aérospatiale.

C'est dans l'électronique que l'on voit le plus clairement les avantages des appareils modernes plus petits. Des circuits numériques plus petits peuvent effectuer plus de traitement en moins de temps et des transistors plus petits peuvent contenir plus d'espace de stockage dans le même volume, tandis que des pixels plus petits et plus nombreux dans les écrans permettent d'obtenir une meilleure résolution. Prenez la tendance croissante de la chirurgie mini-invasive, par exemple, qui exige des outils chirurgicaux et des dispositifs médicaux plus complexes pour minimiser la taille et le degré des incisions pratiquées par un chirurgien.

Mais qu'en est-il de la fin supposée de la loi de Moore ? Une initiative de cartographie de l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) prévoit que la loi de Moore disparaîtra vers 2025, car les ingénieurs atteignent un point où ils sont incapables de développer des puces avec des transistors plus petits et plus nombreux. D'autres analystes affirment que la disparition de la loi de Moore ne sera pas la fin du progrès mais ouvrira plutôt la porte à de nouvelles innovations. C'est le cas entre autres des nouvelles conceptions d'informatique quantique d'IBM, Google et Intel ou des transistors en graphène qui, selon des recherches menées par des universités américaines, peuvent fonctionner 1 000 fois plus vite que les transistors en silicium traditionnels.

Si une chose est sûre, à mesure que les dimensions technologiques diminuent et que les niveaux de sophistication augmentent, les fabricants doivent produire des outils avec des pièces plus petites et plus complexes. Il faut donc produire de plus en plus de trous de moins de trois millimètres (mm) de diamètre — (on parle ici de micro-perçage).

À mesure que les technologies diminuent en taille, les fabricants doivent produire des outils avec des pièces plus petites et plus complexes

Matériaux difficiles à usiner

Le micro-perçage peut être appliqué par les fabricants de micro-composants dans plusieurs secteurs d'activité, — notamment le médical, la mécanique générale, l'électronique, l'horlogerie, l'automobile, le pétrole et le gaz et l'aérospatiale. Cette technique est utilisée pour produire des composants allant des valves hydrauliques, des boîtiers de montre et des dispositifs médicaux aux instruments chirurgicaux, aux connecteurs électriques, à l'électronique, aux actionneurs, aux capteurs, aux systèmes de navigation et plus encore.

En réponse à ces multiples défis, Sandvik Coromant a introduit deux nouvelles familles de micro-forets dans sa gamme de produits fin 2021 : CoroDrill® 462 dans la géométrie XM et CoroDrill® 862 dans la géométrie GM. Les nouvelles géométries offrent une large gamme de diamètres et de longueurs de coupe, et chaque outil est conçu pour convenir parfaitement à l'usinage de précision dans les industries traitant des petites pièces.

Non seulement les fabricants de composants électroniques sont confrontés aux défis d'une miniaturisation croissante, mais ces composants sont souvent fabriqués à partir de matériaux difficiles à usiner tels que l'Inconel, l'acier inoxydable et le titane, qui doivent garantir la qualité de composants la plus parfaite - — et des finitions de surface impeccables pour les connecteurs de fibres optiques, par exemple. En réponse à ces défis, CoroDrill® 462 dans la géométrie XM et CoroDrill® 862 dans la géométrie GM sont conçus pour offrir des performances exceptionnelles avec des matériaux complexes, notamment les normes ISO P, M, K, N, S, O et H. Les propriétés supérieures de résistance à l'usure des forets aident également les fabricants à répondre à la pression croissante de réduction des coûts de fabrication.

Outre les avantages du cycle de vie du micro-foret CoroDrill® 862, les clients ont la possibilité d'acheter le micro-foret avec une arête de coupe en diamant polycristallin (PCD). Sur la base de tests réussis de forets PCD sur des micro-pièces en platine, Sandvik Coromant a constaté que le PCD est jusqu'à 100 fois plus résistant à l'usure que le carbure monobloc et, en outre, est plus précis et peut produire des tolérances plus serrées que les outils en carbure monobloc. Les ingénieurs de Sandvik Coromant recommandent aux clients qui cherchent à percer des micro-trous dans des matériaux notoirement difficiles à usiner, tels que le titane, l'aluminium, le verre et les céramiques, d'envisager le PCD pour prolonger la durée de vie de l'outil dans ces applications exigeantes.

Sans compter l'importance du réfrigérant. Comme pour les applications à grande échelle, il est essentiel de disposer d'une diffusion de liquide de coupe de qualité pour évacuer efficacement les copeaux lors du perçage profond avec des micro-outils. CoroDrill® 462 a la capacité de percer jusqu'à 6xD avec un liquide de coupe externe, et CoroDrill® 862 peut facilement percer des trous d'une profondeur allant jusqu'à neuf fois le diamètre (xD) en utilisant un liquide de coupe externe. Une option d'arrosage traversant est également disponible pour les diamètres de perçage de 1.00 mm et plus et les profondeurs de trou jusqu'à 16xD. Les effets immédiats de l'arrosage sont l'allongement de la durée de vie de l'outil et la réduction du risque de bourrage de copeaux.

CoroDrill® 462 dans la géométrie XM et CoroDrill® 862 de Sandvik Coromant dans la géométrie GM sont conçus pour l'usinage de précision de petites pièces

Le meilleur des trois

CoroDrill® 862 a été comparé à deux autres forets dans un test de performance. L'un était le foret CoroDrill® R862 de génération précédente de Sandvik Coromant, et l'autre était l'outil d'un grand concurrent de micro-forets. Chaque outil a été utilisé dans un centre de fraisage DMG Mori Seiki Multitap 700, dans le but de percer des trous borgnes dans une pièce en acier inoxydable ISO M 316L - un matériau résistant qui pose des défis en termes de productivité et de durée de vie de l'outil. Dans les trois cas, le diamètre de coupe (Dc) était de 2.5 mm (0.098 pouce), la vitesse (vc) de 40 m/min (131 ft/min) et le taux d'avance (fn) d(fn) de 0.04 mm/z (0.002 in/z).

Les résultats ont révélé une amélioration significative de la durée de vie de l'outil et du nombre de trous percés par le micro-foret CoroDrill® 862 de nouvelle génération, par rapport aux deux autres forets. Alors que la génération précédente de CoroDrill® 862 a percé 840 trous, et que le micro-foret du concurrent n'a produit que 630 trous avant de montrer des signes d'usure, le nouveau CoroDrill® 862 a percé 1260 trous — une augmentation de 50% de la durée de vie de l'outil par rapport à la génération précédente, et une augmentation remarquable de 100% de la durée de vie de l'outil par rapport au micro-foret du concurrent.

Les microforets CoroDrill® 462 et 862 peuvent tous deux être proposés comme solutions d'outillage personnalisées. L'avantage d'un outil personnalisé est qu'il peut être adapté pour fonctionner au maximum des capacités liées à une caractéristique spécifique ou à une opération d'usinage. Dans le cadre de la gamme d'outils, Sandvik Coromant a rendu possible la configuration des outils sur la base des diamètres, de la longueur utile, de la longueur du diamètre du pas et du diamètre de la tige, pour les fabricants qui ont besoin d'une approche sur mesure du micro-perçage. Un large assortiment standard stocké est disponible, avec des délais de livraison rapides pour aider les clients à minimiser leurs stocks.

À l'avenir, les deux micro-forets peuvent contribuer à l'avènement d'une nouvelle ère pour le micro-perçage - et aider les fabricants de micro-composants dans une série de secteurs confrontés à une innovation constante à s'assurer qu'ils font toujours les petites choses correctement.