Fraise en carbure vs diamant pour l'ébavurage CFRP

La demande d'usinage précis de CFRP par l'industrie aéronautique a intensifié la recherche sur le choix des matériaux d'outils. Bien que les fraises en carbure dominent l'usinage général leur usure rapide dans le CFRP abrasif augmente les coûts de production. Les outils en diamant, usinage , bien que coûteux, promettent une durabilité prolongée grâce à leur extrême dureté (dureté Vickers : 10 000 vs. 1 600 kgf/mm²). Cette étude comble deux lacunes : (1) une comparaison quantitative des mécanismes d'usure dans des conditions de coupe réelles, et (2) une évaluation de la faisabilité économique pour des applications à grand volume.

Méthodologie

1. Conception expérimentale

Pièce à usiner : T800S/3900-2 CFRP (volume de fibres : 60 %, épaisseur : 12 mm). Outils :

• Carbure : 6 cannelures, 10° d'hélice, revêtement AlTiN

• Diamant : 4 cannelures, bout PCD, 8° d'hélice

Paramètres d'usinage reproduisant le tronçonnage des composants Airbus A350.

2. Acquisition des données

L'usure des outils a été mesurée toutes les heures par microscopie confocale laser (Keyence VK-X1000). L'effritement a été évalué selon la norme ASTM D7268 à l'aide de scans micro-CT.

Résultats et analyse

1. Évolution de l'usure

Les outils en diamant ont maintenu une usure du flanc inférieure à 0,15 mm après 120 min, alors que les outils en carbure dépassaient 0,5 mm après 75 min, entraînant l'arrachement des fibres (p<0,01, ANOVA).

2. Qualité de surface

Une divergence Ra est apparue après 90 min : diamant (1,2±0,3 μm) contre carbure (2,8±0,7 μm).

Discussion

Les performances du diamant s'expliquent par sa conductivité thermique plus élevée (500 W/mK contre 110 W/mK), réduisant la dégradation de la matrice due à la chaleur. Toutefois, une rupture fragile observée à des avances par dent supérieures à 0,12 mm/dents suggère des limites opérationnelles.

Conclusion

Les fraises en diamant surpassent celles en carbure en résistance à l'usure (>3× durée de vie) et en qualité de finition de surface pour l'ébavurage des CFRP.

• L'optimisation de l'avance par dent est cruciale pour éviter la rupture des outils en diamant.

• Les travaux futurs devraient évaluer des conceptions hybrides d'outils pour les applications sensibles au coût.