Vue d'ensemble
Ébauches de matrices en carbure sont des blocs pré-usinés de précision utilisés comme pièces de départ pour la fabrication de matrices, de moules et d'inserts d'outillage. La dureté, la résistance à la compression et la résistance à l'usure extrêmement élevées des carbures en font des matériaux idéaux pour la production de composants d'outillage durables.
Les ébauches en carbure permettent d'usiner des géométries d'empreintes complexes avec des tolérances dimensionnelles serrées en utilisant l'usinage par décharge électrique (EDM), le fraisage, la rectification et d'autres techniques. Ce guide traite des propriétés, de la fabrication, des nuances, des applications et des fournisseurs mondiaux d'ébauches de matrices en carbure. Il comprend des tableaux comparatifs utiles résumant les spécifications techniques de diverses configurations d'ébauches.
Pour sélectionner la meilleure ébauche de matrice en carbure, il faut adapter le type de carbure, le liant, la taille, la forme, la tolérance et les exigences de finition à l'application de l'outil et aux capacités d'usinage. Ce guide fournit aux ingénieurs produits, aux concepteurs d'outils, aux fabricants de moules et aux responsables de l'approvisionnement une compréhension approfondie des options d'ébauche en carbure afin de faciliter la sélection optimale du matériau.
Types de Ébauches de matrices en carbure
Il existe deux catégories principales de carbure utilisées dans les matériaux de découpe :
Types de carbure utilisés dans les ébauches de matrices
| Carbure | Description | Propriétés principales |
|---|---|---|
| Carbure de tungstène | WC formé avec un liant de cobalt | Dureté et résistance à l'usure maximales |
| Carbure de titane | TiC comme composant primaire du carbure | Excellente résistance à la corrosion |
Carbure de tungstène est le plus répandu, offrant des niveaux de dureté extrêmes ainsi qu'une bonne résistance à la rupture. La teneur en cobalt varie de 3 à 25% afin d'équilibrer la dureté et la résistance aux chocs.
Carbure de titane offre la plus grande résistance à la chaleur et la plus grande inertie chimique. Il est mélangé à d'autres carbures dans des compositions optimisées pour des applications spécifiques.
Le contrôle de la taille des grains et du carbone lors du frittage des poudres de carbure permet d'améliorer la dureté, la résistance et la ténacité. Les carbures de petite taille résistent mieux à la fracture sous contrainte.
Processus de fabrication des ébauches en carbure
Les ébauches de matrices en carbure sont d'abord des compositions de métallurgie des poudres contenant des grains microscopiques de carbure consolidés sous l'effet de la chaleur et de la pression en une masse solide de carbure.
Étapes clés de la production :
- Broyage de poudre de carbure - Forme des particules de carbure avec une distribution de taille uniforme
- Mélange de poudres - Poudre de carbure combinée à des éléments liants métalliques
- Compaction - La poudre est consolidée en un corps vert solide par pression.
- Frittage - La liquéfaction du liant lie les particules de carbure en une structure dense.
- Pressage isostatique à chaud - densification supplémentaire de la microstructure
- Recuit - Traitement thermique visant à optimiser les propriétés mécaniques
- Usinage brut - Découpage et meulage à partir de blocs frittés.
- Usinage de finition - Les dimensions et les tolérances requises pour les pièces brutes sont atteintes
La qualité des flans dépend du contrôle précis des caractéristiques et de la composition de la poudre et de l'obtention d'une densité de frittage complète et exempte de vides.
Grades de Ébauches de matrices en carbure
Il existe de nombreuses compositions standard de flans formulées par métallurgie des poudres pour offrir un équilibre entre la dureté, la résistance à la rupture et la facilité de fabrication.
Grades courants d'ébauches en carbure
| Grade | Description | Gamme de dureté | Propriétés principales |
|---|---|---|---|
| C2/C3 | Carbure de tungstène droit + cobalt | 89,5-91,5 ARH | Grade universel et peu coûteux |
| C5 | Ténacité et vitesse d'électroérosion accrues | 88,5-90,5 ARH | Bonne résistance à l'usure |
| C6-C8 | Amélioration de la résistance à la rupture fragile | 90-92 HRA | Haute résistance aux chocs |
| C10-C20 | Compositions de haute dureté | 92-94.5 HRA | Performance maximale en matière d'usure |
| TiC0.3 | Cermet carbure de titane-nickel | 85-88 HRA | Résistance à la corrosion, stabilité |
Une teneur plus élevée en cobalt améliore la résistance à la rupture mais réduit la dureté des nuances de carbure de tungstène. Les compositions à nanograins offrent à la fois dureté et ténacité.
TiC0.3 contient une matrice d'alliage de nickel qui supporte le carbure de titane pour une inertie chimique optimale.
Utilisations des ébauches de matrices en carbure
La combinaison d'une dureté extrême, d'une résistance à la compression et d'une stabilité dimensionnelle fait que les ébauches en carbure conviennent parfaitement à la fabrication :
- Moules d'injection plastique
- Matrices pour le moulage sous pression des métaux
- Filières d'extrusion et d'étirage
- Moules soufflés
- Matrices de compression et d'estampage
- Matrices de parage/poinçonnage
Le carbure résiste aux processus d'emboutissage et d'étirage agressifs lors de la mise en forme d'alliages résistants tels que l'acier inoxydable ou le titane, sans usure excessive. La résistance à la corrosion offerte par les ébauches en carbure de titane résiste aux matériaux et environnements acides.
L'usinage de précision par électroérosion du carbure permet d'obtenir des détails fins, des finitions de surface lisses et des circuits de refroidissement internes complexes dans la cavité de la matrice, ce qui n'est pas possible avec d'autres matériaux d'outillage.
Spécifications des matrices en carbure
Les normes internationales ASTM et ISO aident à définir :
- Compositions autorisées
- Plages de propriétés mécaniques
- Microstructure acceptable
- Défauts admissibles
- Méthodes d'échantillonnage
- Procédures de test
pour les matériaux de découpe en carbure de tungstène et en carbure de titane afin de garantir la fiabilité et la constance des performances.
Spécifications des matrices en carbure
| Standard | Champ d'application | Gamme de dureté | Densité | Microstructure | Limites des défauts |
|---|---|---|---|---|---|
| ISO 513 | Catégories WC-Co | 89-95 HRA | >14,5 g/cc | Uniformité du revêtement | Porosité, agglomérations de carbure |
| ASTM B776 | Nuances de cermets à base de TiC | 85-92 HRA | 4,9-5,2 g/cc | Distribution du TiC | Fissures, fosses, vides |
| JIS R1601 | Méthodes d'essai | — | — | — | Caractérisation des défauts |
| ASTM B312 | Bloc d'essai EDM standard | 90 HRA | — | WC-Co à grain fin | Indicateur d'usinabilité |
Ces spécifications favorisent la qualité, la cohérence et la fiabilité lors de la conception d'outils avec des ébauches de matrices en carbure tout au long de leur durée de vie exigeante.
Fabricants d'ébauches en carbure
Ébauches de matrices en carbure sont fournis à l'échelle mondiale par de nombreux grands fabricants ainsi que par des producteurs régionaux plus petits situés à proximité des centres de consommation.
Principaux fournisseurs d'ébauches en carbure
| Fournisseur | Capacités | Matériaux | Tarification |
|---|---|---|---|
| Kennametal | Le plus grand choix de qualités, des tailles sur mesure | WC-Co, TiC, cermets | $$$/lb |
| Sandvik | Haute précision, dimensions maximales | WC-Co, TiCN | $$$/lb |
| Carborundum Universel | Grades pour la stabilité à haute température | WC-Co, HfC, cermets | $$/lb |
| Erasteel | Spécialistes des blocs de grande taille et de plusieurs tonnes | WC-Co | $$/lb |
| Matériaux Hyperion | Conception d'ébauches sur mesure | WC-Co, TiCN, Cr3C2-NiCr | $$$/lb |
Le coût varie d'environ $20/lb pour le carbure de tungstène C2/C3 standard à $100/lb ou plus pour des géométries, des qualités et des opérations de finition spéciales.
Les dimensions plus importantes, les matériaux plus performants et l'usinage de précision augmentent les prix. Les petits fournisseurs régionaux peuvent proposer des prix compétitifs.
Sélection de la meilleure ébauche de matrice en carbure
Le choix de l'ébauche en carbure optimale nécessite une adaptation :
- Niveau de dureté à la durée de vie et à la résistance à l'abrasion requises
- Uniformité de la qualité pour une usinabilité et des performances constantes
- Solidité résister aux charges d'estampage sans s'écailler
- Résistance à la corrosion si nécessaire pour la compatibilité chimique
- Précision et l'état de surface pour faciliter l'usinage par électroérosion
- Capacité maximale de taille de matrice pour la complexité et le nombre de cavités
- Service et assistance technique du fournisseur
Obtenez l'avis des sous-traitants en usinage sur les recommandations de nuances spécifiques et demandez des conseils techniques aux fournisseurs dès le début de la conception d'un programme d'outillage important. Prototypez d'abord les petites zones avant de vous engager dans des outils de grande taille.
FAQ
Quelles sont les tolérances typiques pour les ébauches de matrices en carbure ?
Les ébauches usinées standard vont de +/- 0,005″ pour les ronds de base à +/- 0,0005″ pour les carrés de précision et les géométries spéciales. Un usinage EDM plus fin peut atteindre +/- 0,0001″ ou mieux selon les besoins.
Qu'est-ce qui offre la meilleure résistance à l'usure : le carbure à grain fin ou le carbure à gros grain ?
Des grains de carbure plus fins améliorent la ténacité à la rupture et la résistance aux mécanismes d'usure par abrasion et par adhérence. Cependant, les gros grains sont plus résistants à la déformation plastique et peuvent être avantageux pour les nuances à haute teneur en chrome.
Dans quelles circonstances le TiCN est-il utilisé plutôt que le carbure de tungstène ?
La résistance à la corrosion et la structure stable du carbonitrure de titane sont avantageuses pour les matrices de superfinition, l'hydroformage et les procédés chimiquement agressifs tels que le moulage du verre ou le moulage par transfert de résine.
Qu'est-ce qui provoque des affaissements et des distorsions lors de l'usinage par électroérosion du carbure ?
Un chauffage inégal du liant cobalt conducteur d'électricité peut créer des effets de dilatation thermique localisés. Une coupe plus lente et des rinçages plus fréquents atténuent les distorsions lors de la gravure de détails fins.
Quelle est la taille des ébauches en carbure qui peuvent être produites ?
Les dimensions standard des flans vont jusqu'à 30″ de diamètre et 24″ d'épaisseur. Des formats rectangulaires plus grands sont possibles grâce à des fournisseurs spécialisés. Le sectionnement par électroérosion permet d'assembler des ébauches plus petites pour obtenir des plaquettes de grande taille.
Quels sont les traitements de post-frittage qui améliorent les ébauches de filières en carbure ?
Le pressage isostatique à chaud (HIP) augmente la densité et élimine les vides internes. Le recuit soulage les contraintes résiduelles dues au broyage. Des séquences complètes améliorent l'uniformité structurelle et la constance des performances.
Conclusion
Les ébauches de matrices en carbure offrent la dureté, la résistance à l'usure et la précision dimensionnelle requises pour la fabrication d'outils capables de résister à des millions de cycles de moulage exigeants. L'adaptation de la composition, de la qualité, de la précision et de la taille du carbure à l'application finale permet d'obtenir des matrices robustes et durables et de réduire les coûts totaux du cycle de vie. Les progrès en cours dans le domaine des nuances nanostructurées continuent d'élargir les capacités des matériaux d'outillage en carbure.
