Embouts à bouton en carbure font partie intégrante des applications de perçage et d'usinage dans diverses industries. Cet article donne un aperçu détaillé des mèches à bouton en carbure, de leur composition, de leurs propriétés, de leur processus de fabrication, de leurs qualités, de leurs normes, de leurs applications, de leurs critères de sélection, de leurs fournisseurs, etc.
Vue d'ensemble des fraises-boutons en carbure
Les mèches à bouton en carbure, également connues sous le nom de fraises à bouton, sont des inserts indexables qui sont brasés ou serrés sur le corps de la mèche. Ils sont fabriqués en carbure de tungstène pour une grande résistance à l'usure et sont utilisés pour percer des trous dans la roche, la maçonnerie, le béton et d'autres matériaux durs et abrasifs.
Voici quelques-unes des principales caractéristiques des mèches à bouton en carbure :
- Surface de coupe extrêmement dure pour le perçage de matériaux durs et cassants
- Les plaquettes indexables peuvent être remplacées en cas d'usure au lieu du foret entier.
- Disponibles dans une gamme de tailles, de formes et de qualités pour répondre aux différents besoins de forage.
- Géométries et revêtements avancés pour une performance optimisée du trépan
Tableau 1 : Types de mèches bouton en carbure
| Type | Description |
|---|---|
| Mèches de bouton brasées | Boutons en carbure brasés sur une tige en acier |
| Mèches à bouton serré | Boutons en carbure maintenus en place par une bague de retenue |
| Embouts de bouton Underreamer | Pour élargir les trous de forage à un plus grand diamètre |
| Mèches à bouton pour carotteuse | Pour extraire des carottes de roches/béton |
| Boutons de tarière | Pour faire des trous profonds dans le sol pour les fondations de pieux, etc. |
Composition des Mèches à bouton en carbure
La résistance à l'usure, la dureté et la solidité des embouts en carbure proviennent du carbure de tungstène et de petites quantités d'autres éléments utilisés comme liants.
Tableau 2 : Composition chimique
| Matériau | Composition |
|---|---|
| Nuance de carbure cémenté | 94% carbure de tungstène (WC) + 6% liant de cobalt (Co) |
| Tige en acier | Fer, carbone, chrome, manganèse, silicium, etc. |
| Alliage de brasage | Cuivre, zinc, nickel, argent, etc. |
La composition et les pourcentages exacts peuvent varier d'une qualité de carbure à l'autre et d'un fabricant à l'autre. Le liant de cobalt qui maintient les grains de WC ensemble joue également un rôle clé dans la résistance, la ténacité et les propriétés d'usure.
Propriétés des fraises-boutons en carbure
Les plaquettes à bouton en carbure présentent une excellente combinaison de propriétés qui les rend aptes au perçage, à la coupe et à l'usinage de matériaux extrêmement durs :
Tableau 3 : Propriétés des fraises-boutons en carbure
| Propriété | Valeur | Importance |
|---|---|---|
| Dureté | 1600 - 2200 Vickers | Permet de couper des matériaux durs comme la roche ou le béton |
| Résistance à la compression | 5500-6500 MPa | Résiste à des pressions élevées pendant le forage |
| Résistance à la rupture transversale | 3000-4800 MPa | Résistance à la rupture sous charge de flexion |
| Solidité | Jusqu'à 30 MPa√m | Résistance à la propagation des fissures |
| Résistance à l'usure | Excellent | Longue durée de vie avant remplacement |
| Inertie chimique | Hautement inerte | Ne réagit pas à la plupart des produits chimiques à température ambiante |
| Conductivité thermique | Inférieur à l'acier | Peut s'échauffer au niveau des arêtes de coupe pendant l'usinage |
Les propriétés peuvent être ajustées en fonction de la composition, de la taille des grains, de la teneur en liant, de la méthode de fabrication et des post-traitements.
Processus de fabrication
Les plaquettes de bouton en carbure passent par une série complexe d'étapes au cours de leur fabrication :
Tableau 4 : Processus de fabrication typique
| Étape | Détails |
|---|---|
| Broyage et mélange | Mélange de carbure de tungstène, de cobalt et d'autres poudres |
| Le compactage | Pressage de poudres dans un moule sous haute pression |
| Débouclage | Élimination des liants à environ 300-600°C |
| Pré-frittage | Chauffer les poudres compactées à 1000-1500°C pour les renforcer |
| Préparation des bords | Rectification des arêtes des plaquettes dans la géométrie requise |
| Traitements de surface | Revêtements, traitements thermiques, etc. appliqués aux plaquettes |
| Brasage/serrage | Fixation des inserts sur le corps du foret en acier |
| Finition | Broyage final et contrôles de qualité avant expédition |
Le processus de métallurgie des poudres permet de contrôler étroitement les propriétés et la qualité. Des géométries, des revêtements et des post-traitements personnalisés améliorent encore la fonctionnalité.
Grades de boutons en carbure
Les qualités de carbure sont classées en fonction de propriétés telles que la résistance à l'usure, la ténacité et la dureté, qui sont adaptées à différentes applications.
Tableau 5 : Grades et applications standard
| Grade | Dureté | Solidité | Applications typiques |
|---|---|---|---|
| C1-C3 | Le plus élevé | Faible | Usinage de la fonte grise ou des métaux non ferreux |
| C5-C8 | Très élevé | Moyen | Coupe continue d'aciers trempés ou de fonte |
| C8-C9 | Extrêmement élevé | Faible | Usinage interrompu des aciers trempés |
| P10-P50 | Moyenne à très élevée | Moyenne à élevée | Outils de forage de roches, boutons de forage de pétrole/gaz |
Plusieurs fabricants proposent aujourd'hui des qualités personnalisées en dehors des classifications standard.
Normes internationales
Les principales normes qui spécifient les exigences, les méthodes d'essai et les paramètres de qualité pour les plaquettes en carbure indexables concernant les embouts à bouton sont les suivantes :
- ISO 513: Classification et application des matériaux de coupe durs en fonction de leur dureté
- ANSI B212.15: Normes des plaquettes en carbure aux États-Unis couvrant la géométrie, l'identification, les tolérances et les essais.
- ISO 1832: Dessins, dimensions et conventions de marquage pour les inserts indexables
- ISO 8249-1: Normes de contrôle de la durée de vie des outils de tournage à pointe unique
Les fabricants réputés d'embouts à bouton en carbure se conforment à ces normes ou à des normes nationales/internationales équivalentes lors de la fabrication et des tests de qualité.
Tailles et dimensions typiques
Les mèches à bouton en carbure sont disponibles dans une large gamme de tailles standard et personnalisées, adaptées aux besoins du client :
Tableau 6 : Dimensions des boutons standard
| Paramètres | Gamme de tailles |
|---|---|
| Diamètre du bouton | 8 mm à 150 mm |
| Epaisseur du bouton | 2 mm à 20 mm |
| Diamètre du foret | Jusqu'à 1200 mm |
| Profondeur du trou | Jusqu'à 30 m |
| Nombre de boutons | Jusqu'à 30 |
| Rayon du bord du bouton | 0,4 mm à 3 mm |
| Angle central du bouton | Généralement 90° ou 115°. |
Applications et industries
Parmi les principaux domaines d'application et les secteurs verticaux de l'industrie des mèches à bouton en carbure, on peut citer
Tableau 7 : Applications des fraises-boutons en carbure
| Secteur | Applications typiques |
|---|---|
| La construction | Perçage du béton, de la maçonnerie, de la pierre naturelle, du carrelage |
| Exploitation minière | Forage de charbon, exploration de minerais, prélèvement de carottes |
| Pétrole/gaz | Mèches de fond de puits pour le forage de puits |
| Exploitation de carrières | Forage du granit, du calcaire et du grès |
| Géothermie | Forage de puits profonds dans des roches dures |
| Travail de fondation | Construction de pieux forés |
| Archéologie | Prélèvement d'échantillons sur des structures ou des roches |
Les mèches à bouton en carbure sont indispensables dans tous les secteurs d'activité lorsque des travaux de forage, d'alésage ou de carottage doivent être effectués dans des matériaux très durs.
Comment sélectionner Mèches à bouton en carbure
Une sélection appropriée de la composition, de la taille et de la conception est essentielle pour que les embouts à bouton en carbure offrent une durée de vie et des performances optimales.
Tableau 8 : Critères de sélection des mèches à bouton en carbure
| Paramètres | Facteurs à prendre en compte |
|---|---|
| Diamètre de l'embout | Taille du trou, profondeur du trou/pilier |
| Nombre de boutons | Poids du trépan, de la puissance de forage, du diamètre de l'alésage |
| Taille du bouton | Taille et position des boutons pour une usure et une répartition de la charge uniformes |
| Grade du bouton | Besoins en matière d'abrasion et de résistance aux chocs |
| Type de bit | En fonction de la machine/de la méthode de montage - serré ou brasé |
| Revêtements | Revêtements non revêtus, TiN, TiCN, etc. pour la ténacité ou la lubrification |
| Compatibilité du liquide de refroidissement | S'assurer que la qualité du carbure et les revêtements résistent au liquide de refroidissement |
Consulter les fabricants qui proposent des services de modélisation informatique pour simuler les performances des mèches de bouton afin d'optimiser le choix.
Principaux fabricants et fournisseurs
Parmi les principales marques d'embouts en carbure de tungstène dans le monde, on peut citer
Tableau 9 : Principaux fabricants de mèches à bouton en carbure
| Entreprise | Localisation |
|---|---|
| Atlas Copco Secoroc | Suède |
| Palbit | Inde |
| Mincon | Irlande |
| Rockmore International | ÉTATS-UNIS |
| Numa Tool Company | ÉTATS-UNIS |
| DrillcoTools | ROYAUME-UNI |
| Œil de roche | Afrique du Sud |
Tarification
Le prix des mèches bouton en carbure dépend de la taille, de la qualité, des revêtements et des volumes de commande. La fourchette de prix typique est la suivante 4 à 12 USD par encart. Les embouts personnalisés sont plus chers. Des remises sont accordées pour les commandes en gros.
Avantages et inconvénients des fraises-boutons en carbure
Tableau 10 : Avantages et limites
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Surface de coupe extrêmement dure | Matériaux fragiles susceptibles de se fissurer sous l'effet de charges d'impact |
| Taux de forage plus élevés dans les matériaux durs | Plus chers que les boutons en acier |
| Les plaquettes indexables sont remplaçables | Non recommandé pour le forage de formations molles |
| Large gamme de nuances et de géométries | Rigidité requise pour le montage et la machine-outil |
| Les revêtements avancés résistent à l'usure et à la chaleur | Liquides de refroidissement nécessaires au contrôle de la température |
| Diamètres de trous constants | Les trous peuvent dévier si les mèches sont usées de manière inégale. |
FAQ
Q : Les mèches à bouton en carbure sont-elles meilleures que les mèches à cône à rouleau ?
R : Les trépans à bouton en carbure offrent des taux de pénétration plus élevés dans les formations dures et abrasives telles que le granit ou le béton, par rapport aux trépans à cône à galets qui sont plus performants dans les roches sédimentaires plus tendres. Leurs applications optimales sont différentes.
Q : Quelle est la durée de vie d'un embout en carbure ?
R : La qualité du carbure, l'application de forage et les conditions d'utilisation déterminent les durées de vie. En moyenne, les trépans à bouton en carbure peuvent forer 50 à 200 pieds linéaires avant de devoir être remplacés, tandis que les trépans à cône à galet ne peuvent durer que 25 à 100 pieds.
Q : Les plaquettes en carbure peuvent-elles être réaffûtées et réutilisées ?
R : Non, les boutons en carbure ne peuvent pas être réaffûtés après avoir été émoussés, contrairement aux mèches en acier. La plaquette entière doit être mise au rebut et remplacée par un nouveau bouton en carbure indexable pour poursuivre le perçage.
Q : Comment les boutons en carbure sont-ils fixés aux forets ?
R : Les boutons en carbure peuvent être brasés dans des rainures usinées avec précision sur la tige en acier du foret. Des systèmes de serrage utilisant des anneaux ou des blocs sont également utilisés pour maintenir les inserts en place afin de faciliter l'indexation.
Q : Quels sont les forets qui peuvent percer le béton armé ?
R : Les trépans à bouton en carbure de qualité ultra-dure comme C6-C8 avec revêtement TiCN sont couramment utilisés pour le perçage du béton armé. Les trépans diamantés conviennent également, mais sont plus coûteux.
