Le carbure de silicium reste solide même à des températures élevées et présente une excellente résistance aux chocs thermiques, aux acides et aux alcalis, ainsi que d'excellentes propriétés de résistance à l'usure.
L'usinabilité des MMC est limitée par la rupture fragile des particules de SiC et par la déformation du matériau de la matrice [1].
Des défauts de pièces ont été observés sur des surfaces usinées en raison de particules de SiC écrasées ou arrachées [2]. Ces défauts comprennent des piqûres, des déchirures de la matrice et des gonflements qui résultent de la compression ou de l'extraction des particules de SiC écrasées pendant la fabrication [3.
Outils de coupe
Les outils de coupe utilisés pour l'usinage du SiC doivent résister à des conditions sévères de taux de déformation élevé, de température et de corrosion. Leurs matériaux doivent donc résister à des niveaux élevés de charges dynamiques tout en restant structurellement sains, et avoir une durée de vie suffisante pour supporter des utilisations répétées dans le temps.
Le carbure de tungstène (WC) est un choix intéressant pour les outils de coupe car il offre une excellente ténacité, résistance à l'usure et conductivité thermique. Malheureusement, ses principaux constituants - W et Co - peuvent se raréfier au fil du temps en raison de la diminution des ressources naturelles, ce qui pose un problème d'approvisionnement à long terme. Les carbures de titane ou de vanadium pourraient constituer d'autres alternatives.
La résistance chimique doit également être une considération essentielle lors du choix d'un matériau d'outil de coupe, car votre outil entrera en contact avec des produits chimiques pendant l'usinage, ce qui pourrait le contaminer et le dégrader au fil du temps.
Il existe un assortiment d'outils de coupe, allant des outils linéaires aux outils rotatifs. Les outils linéaires comprennent les mèches (outils de coupe à pointe unique) et les broches, tandis que les outils rotatifs comprennent les forets, les fraises et les lamages, les tarauds et les matrices, les tarauds et les matrices et les alésoirs. Les outils de coupe spécifiques à la céramique sont souvent constitués de lames en carbure cémenté qui permettent un usinage efficace de la céramique, tandis que d'autres outils de coupe peuvent comporter des composants en carbure de silicium (SiC) ou en diamant.
Refroidissement
Les processus d'usinage produisent souvent une chaleur excessive pendant les opérations de coupe, ce qui a un impact négatif sur l'usinabilité des matériaux et provoque finalement des contraintes résiduelles et de mauvaises propriétés mécaniques des surfaces usinées [74]. Des applications de refroidissement efficaces sont essentielles pour réduire l'effort de coupe et améliorer l'usinabilité des pièces ; ces applications éliminent la chaleur excessive de la zone de travail en accélérant l'évacuation des copeaux, en créant une couche de film entre l'outil de coupe et les copeaux, ainsi qu'en réduisant le frottement du lubrifiant - mais les réfrigérants à base de produits chimiques peuvent polluer l'environnement, avoir des effets négatifs sur la santé humaine ou augmenter les coûts d'exploitation de manière significative [75].
L'usinage des composites SiCp/Al nécessite une approche particulière afin d'éviter une usure précoce de l'outil et de préserver l'intégrité de la surface usinée. Une approche populaire implique l'utilisation de plaquettes en carbure cémenté non revêtues ou d'outils revêtus de TiAlN d'une dureté comprise entre 60 et 65 HRc, ainsi que de liquides de refroidissement cryogéniques pour augmenter leurs effets de refroidissement et de lubrification.
Le refroidissement cryogénique peut contribuer à réduire les efforts de coupe et les impacts thermiques pendant le fraisage, ainsi que les changements d'outils et les durées de cycle. En outre, l'utilisation du refroidissement cryogénique élimine les produits chimiques toxiques des zones de travail - un avantage signalé par Gu et al. dans leur étude sur l'amélioration de l'usinabilité du composite SiCp/Al avec une fraction élevée de SiC à l'aide d'un système de refroidissement cryogénique, ce qui permet d'obtenir une surface usinée de haute intégrité ainsi qu'une réduction des fractures fragiles.
Lubrification
Les processus d'usinage traditionnels utilisent différents types de techniques de refroidissement et de lubrification qui ont toutes un coût élevé, ont des effets négatifs sur la santé humaine et l'environnement, et ne sont peut-être pas viables à long terme. Pour relever ce défi, les chercheurs explorent diverses méthodes de refroidissement et de lubrification qui pourraient constituer des alternatives durables aux méthodes conventionnelles.
L'usinabilité des MMC renforcés avec du SiC varie en fonction de la façon dont les particules interagissent avec l'outil de coupe pendant l'usinage, de l'évolution de la température et des forces rencontrées [142]. En conséquence, les surfaces usinées peuvent présenter des sillons labourés, des piqûres peu profondes, des déchirures de la matrice et des fragments de SiC arrachés au matériau lui-même [149].
Les chercheurs ont utilisé diverses stratégies de lubrification pour traiter les défauts de surface. Il s'agit notamment de la pulvérisation atomisée de lubrifiants solides (par exemple, le graphite), de nanofluides (par exemple, NH3, SiO2), de liquides ioniques et de l'habillage électrolytique en cours de fabrication (ELID). Parmi ces approches, la MQL offre de multiples avantages, notamment la réduction des coûts de production, la protection de la santé des travailleurs et la durabilité environnementale, tout en augmentant la résistance au cisaillement des outils.
La cryocoupe assistée par CO2 avec MQL affiche d'excellentes performances d'usinage pour une plaque composite Al6063/SiCp/65p, en raison de la réduction de l'adhérence entre la pièce et l'outil grâce à l'environnement à basse température de la cryocoupe assistée par CO2, qui permet aux particules de SiC d'interagir plus efficacement avec les outils de coupe que ne le fait la coupe par inondation.
Usure des outils
Le carbure de silicium (SiC) est un matériau dur doté de propriétés mécaniques exceptionnelles et d'une grande résistance à la corrosion, aux chocs thermiques et à d'autres conditions extrêmes. En raison de ces propriétés supérieures, le SiC est souvent utilisé comme renfort dans les composites à matrice métallique (MMC) pour des applications nécessitant une résistance à l'usure et aux chocs thermiques.
Cependant, les MMC renforcés au SiC peuvent être difficiles à usiner en raison de leur fragilité et de leurs caractéristiques de rupture difficiles [1, 2]. Il en résulte des surfaces usinées de qualité inférieure, une usure accrue de l'outil, une diminution de la force de coupe et, en fin de compte, une baisse de la productivité et de l'efficacité.
De nombreuses techniques ont été conçues pour améliorer l'usinabilité des MMC renforcés au SiC, comme l'utilisation d'outils en carbure à revêtement multiple, l'ajustement de la vitesse de coupe et de la vitesse d'avance, et l'utilisation de vibrations ultrasoniques. Des études ont été réalisées sur la manière dont chaque facteur affecte les MMC avec des renforts en SiC.
Le taux de rendement et la rugosité des surfaces usinées dépendent de divers paramètres électriques pendant l'électroérosion, tels que la tension d'écartement, le courant de crête, le temps d'activation et de désactivation des impulsions, ainsi que de paramètres non électriques tels que le rinçage, qui ont un impact sur l'usinabilité de la pièce et l'usure des outils en céramique.
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