APPLICATION DE REVETEMENTS CLASSIQUES (TiN, CrN, DLC,.)

Ce travail de thèse trouve sa source dans une étude antérieure, dont le but était de comparer le comportement mécanique d’outils modifiés en surface (revêtements durs et traitements thermochimiques) en usinage du bois ; plus exactement en examinant la manière avec laquelle agissent ces modifications sur l’usure des outils [6,134]. Pour la réalisation de cette étude, les auteurs ont utilisé des films durs classiques en couches minces : TiN, (Ti,Zr)N, Cr, CrxNy et W-C :H (carbone amorphe hydrogéné : DLC) mais également la nitruration par implantation ionique à basse température. En ce qui concerne les aciers des outils, la première nuance 60SMD8 (57-59HRC) utilisée, est un acier allié fréquemment employé en France pour la fabrication de couteaux de dérouleuse. Dans la seconde partie de l’étude, TiN industriel et CrxNy optimal ont été appliqués sur des outils en acier rapide : Z90WCDV2 (64-66 HRC, nuance d’acier fréquemment utilisée en Pologne pour la fabrication de couteaux d’usinage du bois). Les revêtements ont été déposés sur les deux faces des outils : face d’attaque et face de dépouille afin de vérifier l’influence des faces de couteaux à revêtir. Les tests de microdéroulage (§II.2.2) ont été menés sur du hêtre homogène sans nœud afin d’étudier uniquement le recul des arêtes de coupe. Les paramètres de coupe ont été maintenus constants durant les tests d’usinage (vitesse de coupe : 1 m/s, angle de dépouille : 1°, épaisseur de copeau : 0,3 mm). Les traitements de surface prennent une part importante dans le processus du recul d’arête des couteaux (figure.III.1). Nitrurer l’outil retarde son usure. En effet, après 2000 m de déroulage, le recul d’arête a été réduit de moitié (50%). Le résultat le plus probant est obtenu par le revêtement CrxNy avec lequel le recul d’arête de l’outil a été diminué de 63%. Au-delà de cette distance (2000 m), les courbes décrites par l’outil témoin et l’outil revêtu de CrN sont presque parallèles, ce qui nous pousse à dire que cette amélioration du recul d’arête (70 µm) peut être constante jusqu’à des distances de déroulage plus importantes, augmentant par là même la durée de service de l’outil revêtu. Pour vérifier cela, il faudrait dérouler d’importantes quantités de bois et en laboratoire ce n’est souvent pas possible (contraintes d’appareillages, de moyens et de temps). Néanmoins, ces résultats dégagent des tendances et pour une meilleure fiabilité des résultats il est impératif de multiplier les essais en industrie. Par ailleurs et afin d’expliquer ces comportements, des observations micrographiques sur la face de dépouille des outils ont été réalisées. Il en ressort que les revêtements qui n’ont pas amélioré la résistance à l’usure se délaminaient ou craquelaient après seulement quelques dizaines de mètres de coupe (phase de rodage de l’outil). Grâce à une bonne adhérence, seul CrxNy a pu protéger l’arête de coupe (et ce jusqu’à 4000 m).

Dépôts de TiN par pulvérisation magnétron R.F

Dans le cas où le signe de cette grandeur physique est négatif, le bois tend ainsi à repousser l’arête de la zone de coupe, les vibrations augmentent et la variation de l’épaisseur des placages devient importante. Le début du refus de coupe pour l’outil non revêtu a été atteint après 1100 m d’usinage alors que pour l’outil revêtu CrxNy, il n’a été atteint qu’après 3800 m. La mesure des coefficients de frottement entre le bois et les surfaces modifiées des outils a été effectuée (figure.III.3) sur la microdérouleuse en même temps que les tests d’usinage. L’effort normal appliqué sur le patin de frottement (§II.2.2) était de 25 daN. Sur la figure.III.3, nous constatons que les valeurs des coefficients de frottement mesurées sont relativement faibles. L’eau contenue dans le bois vert joue le rôle de lubrifiant diminuant ainsi les efforts s’exerçant entre le bois et la surface. La valeur la plus importante a été mesurée pour le revêtement (Ti,Zr)N (µ=0,37) et la plus faible pour CrxNy (µ=0,27). Les résultats obtenus indiquent que le bon comportement de l’outil revêtu d’une couche de CrxNy est dû d’une part, au faible coefficient de frottement qui a conduit à amoindrir les efforts de coupe exercés sur l’arête de coupe et d’autre part à l’accrochage du film sur l’outil qui a permis la protection de l’arête tranchante du couteau.