Créé le : 03/08/2009
Grandes tendances
Les tendances relatives aux applications des dépôts dans le domaine du découpage-emboutissage, portent sur :
o la réduction ou la suppression de la lubrification par l'utilisation de dépôts durs associés à un dépôt autolubrifiant (MoS2, base C,
),
o l'amélioration de la productivité grâce à un reconditionnement de l'outil avant sa dégradation complète.
Principaux développements
Dépôt de carbone amorphe à température ambiante par le procédé d'évaporation par arc cathodique assisté laser [1]
Les dépôts ont un module élastique élevé (>600 GPa), une dureté de l'ordre de 80 GPa, un coefficient de frottement faible (0,1 à sec, contre l'acier).
Le procédé a été développé industriellement. Une installation de 1x1x1,25 m a été réalisée avec 12 cathodes pour réaliser des dépôts de carbone amorphe (Diamor) sur du TiN, TiAlN sans interruption du procédé. Ces dépôts ont été utilisés pour le formage à sec de tubes de Cu et Al.
Evaluation des performances d'outils revêtus dans des opérations de découpage et d'emboutissage, en mesurant, sur une presse instrumentée, les paramètres du procédé (force) en fonction de la descente du poinçon [2]
En découpage, les dépôts testés sont le TiCN + MoST et TiN + WOx. Les matériaux découpés sont du laiton CuZn37 et de l'acier X80CrMoV18. Les critères de sélection des dépôts sont la force maximale exercée sur le poinçon, la hauteur de la pièce découpée, les mécanismes d'usure des poinçons.
L'emboutissage a été simulé par un test de pliage avec laminage.
Les matériaux testés sont l'AlMg3, un acier au C (St1403). Les critères de sélection des dépôts sont l'usure, le collage sur l'outil, l'élimination du dépôt, la qualité de la tôle pliée.
Découpage de l'acier
Le TiCN + MoST donne une force d'extraction plus faible que celle d'un poinçon non revêtu. Le TiN + WOx conduit à des forces d'éjection et d'extraction nulles.
Découpage du laiton
Le dépôt à base C donne de meilleurs résultats que le CrN + MoST.
Emboutissage de l'acier St1403
o Outil non revêtu après 26000 coups : le coefficient de frottement et la force d'emboutissage augmentent (supérieure à 5000 N).
o Outil revêtu TiC + LAM jusqu'à 50000 coups : le coefficient de frottement est stable (0,25-0,15) et la force d'emboutissage est de 2500-3400 N.
o Outil revêtu TiAlN + MoS2 : le coefficient de frottement est faible et la force d'emboutissage est comprise entre 2900-3000 N.
Emboutissage de l'aluminium
o Dépôt CrN + LAM : forte adhésion de l'aluminium dès le 5ème coup. Le coefficient de frottement augmente fortement. La force d'emboutissage est de 4700 N.
o Nouveau dépôt base carbone : forte adhésion dès le 7ème coup, force d'emboutissage : 4700 N.
o Dépôt Me-C:H + lubrification minimale (2 g/m²) jusqu'à 50000 coups : le coefficient de frottement est stable (µ = 0,1) et la force d'emboutissage est de 2200-2700 N.
En conclusion, on peut souligner que :
o Le découpage à sec de l'acier est réalisable grâce aux dépôts TiN + WOx, Me-C:H. Les dépôts TiBN et dépôt dur + DLC sont moins performants.
o Pour le découpage à sec du laiton CuZn37, le meilleur dépôt est le Me-C:H.
o En emboutissage à sec de l'acier, le dépôt le plus performant est le TiAlN multicouches + MoS2.
Amélioration de la durée de vie des outillages de découpage, de découpage fin, à sec, de boucles de ceintures de sécurité en acier 2C60 [3]
Les outillages sont réalisés en HS6.5.3. Métallurgie des poudres.
Les dépôts TiN et TiN + TiCN ont été testés à une cadence de 40 coups/min sans lubrification. Les outils sont déposés quand l'épaisseur restante du dépôt est de 1 µm (conservation de l'acuité de l'arête de découpe, hauteur de bavure minimale) puis sont reconditionnés et re-revêtus.
Cette technique conduit à une amélioration de la production de 60 % comparée à un outil déposé quand l'usure du dépôt est totale.
Six épaisseurs de dépôts TiN + TiCN ont été testées : 4 ; 4,5 ; 5 ; 5,5 ; 6 ; 6,5 micromètres. Les meilleures performances sont obtenues avec l'épaisseur de 6,5 µm. Un dépôt TiN de 3 µm n'est pas très performant et nécessite un réaffûtage de 0,5 mm.
Deux types de reconditionnement ont été testés après usure du dépôt jusqu'à une épaisseur restante de 1 µm :
o lavage dépôt puis revêtement de 5 µm d'épaisseur,
o enlèvement du dépôt, lavage, dépôt 6 µm d'épaisseur.
Les résultats sont donnés dans les tableaux suivants.
Revêtement Nb. pièces avant reconditionnement Durée de vie totale Ra pièce découpée (µm) Défauts pièce Réaffûtage matrice (mm)
Sans 50000 50000 1,8 Non 1,5
TiN 3 µm 170000 480000 1,8 Non 0,3
TiN + TiCN 6 µm 210000 620000 1,3 Non 0,3
Tableau 1 : Durée de vie des poinçons revêtus. Reconditionnement : lavage + revêtement.
Revêtement Nb. pièces avant reconditionnement Nombre total de pièces fabriquées Ra pièce découpée (µm) Réaffûtage matrice (mm)
Sans 50000 50000 1,8 1,5
TiN + TiCN 6 µm 250000 980000
(4 re-revêtement) 0,5 Pas nécessaire
Tableau 2 : Comparaison des durées de vie des poinçons revêtus-non revêtus. Reconditionnement : + enlèvement dépôt-lavage-revêtement.
La productivité a été augmentée de 400 %. Le réaffûtage n'est pas nécessaire. L'état de surface de la pièce découpée est meilleur.
Dépôts de a-C:H:Cr à gradient de concentration en Cr, réalisés par évaporation par arc cathodique pulsé amorcé par arc [4]
Ce dépôt a été testé en emboutissage avec lubrification minimale.
[1] Industrial Laser-Arc Coater for the Deposition of Superhard Amorphous Carbon Films (Diamor).
H.J. Scheibe, A. Zwick, T. Stucky, C.F. Meyer, H. Schulz, M. Schwach, B. Schultrich, Fraunhofer IWS, Germany
[2] Performance of Coatings Against Wear in Dry Blanking and Forming.
P. Groche, Technische Universitat Darmstadt, Germany, K. Tibari Darmstadt University of Technology, Germany
[3] Innovative Mono and Multilayer Hard and Autolubricant PVD Coatings for Dry Stamping Operations.
F. Rabezzana, Metec Technologie, Italy. D. Franchi, Ferioli & Gianotti, Italy, S. Durante, Centro Richerche Fiat, Italy
[4] Carbon Coatings for Dry Machining and Forming Operations Deposited by Non-reactive (ta-C) and Reactive (a-C:H:Me) Cathodic Arc Processes
J. VETTER, Metaplas Ionon GmbH. Germany, P. SIEMROTH H.J - SCHEIBE. Fraunhofer IWS. Germany, T. SCHUELKE, Fraunhofer USA