Polissage des surfaces avec Garant Carafin de chez Hoffmann

En outre, cette méthode impose après le polissage de nettoyer les pièces et de recueillir et d’éliminer de façon appropriée les poussières produites par l’abrasion. Les outils de polissage à grain lié n’ont pas tous ces inconvénients, car ils permettent un polissage à sec, ont une capacité d’enlèvement de matière sensiblement supérieure et nécessitent moins de nettoyage. En revanche, les outils sont souvent si durs et rigides qu’il est difficile d’éviter une modification de la géométrie de surface de la pièce à polir, ce qui en limite l’utilisation.

Outils de polissage de nouvelle génération pour Hoffmann
La solution est apportée par une nouvelle génération d’outils de polissage souples et élastiques à grain lié pour l’usage industriel. Ces outils permettent de polir à sec des surfaces complexes et dures, sans en modifier la géométrie, et sont utilisables pour un usinage mécanique conforme à la norme ISO. Le processus de polissage peut être ainsi intégré dans des centres d’usinage classiques, en respectant des tolérances extrêmement strictes et donc sans utiliser des machines spéciales.

Les grains de diamant des outils sont directement insérés dans un substrat flexible de type mousse polyuréthane (PUR) ou microfibres. Le grain est alors fixé de telle façon qu’il reste exposé sur le substrat et ne s’enfonce pas dans le liant comme c’est le cas avec des abrasifs classiques . Ces outils sont optimisés pour l’usinage fin et la superfinition de pièces en carbure, en fonte, en acier trempé, en céramique, en métaux non ferreux et en plastique et conviennent pour toutes les opérations, du ponçage de finition au polissage brillant. Avantages : le processus se passe de produit de polissage, les microrayures sont complètement éliminées et les surfaces deviennent plus rapidement brillantes et lisses. Le fait que le grain soit exposé sur le substrat permet d’atteindre des taux d’enlèvement de matière élevés et de limiter les rugosités de surface, deux qualités en elles-mêmes contradictoires pour les abrasifs classiques.

Grain libre vs grain lié
L’intérêt de garnir des mousses PUR et PE de grains diamantés est que celles-ci conservent leurs propriétés mécaniques et leur porosité ouverte. Grâce à la grande élasticité des mousses, la pression de contact peut être répartie presque uniformément pendant le polissage et toute la surface de contact peut être traitée de manière uniforme. Les dépôts typiques de l’usinage par abrasifs durs disparaissent.
Pour ce faire, une bonne liaison des particules abrasives avec le substrat est nécessaire. Ce que permet une technologie encore toute récente, qui fixe les particules abrasives directement, sans adhésif, sur les mousses, sans détériorer les propriétés du substrat. En effet, les particules ne sont qu’en partie fermement reliées à la surface. En outre, cette technologie rend possible des densités d’occupation supérieures à 50 % de la surface. La faible vitesse de coupe, de 0,3 à 3 m/s maximum, permet d’utiliser sans aucune restriction les diamants comme particules abrasives, ce qui augmente considérablement la facilité de coupe et la durée de vie de l’outil. Cette technologie permet également d’éliminer le risque de combustion et/ou de transfert du carbone (dans le cas de l’usinage d’aciers Cr-Ni) ainsi que d’échauffement excessif de la pièce. Cette dernière caractéristique est essentielle pour le polissage de composants de sécurité en plexiglas.

Par rapport aux abrasifs classiques à grain lié, la classification de la granulométrie et de l’effet diffère considérablement lorsque le polissage des surfaces est effectué avec des outils diamantés souples. Ceci est dû à la liaison du grain avec un substrat souple, qui diminue pendant le polissage et laisse le grain s’enfoncer lorsque la pression est excessive, d’où une profondeur de pénétration uniforme dans la surface de la pièce.

Test comparatif : qualité d’état de surface et performances de polissage
Pourtant, quelles performances peut-on attendre de cette nouvelle génération d’outils ? Pour tenter de répondre à cette question, des essais de polissage ont été effectués sur de l’acier inoxydable rectifié. Une pièce en acier au chrome-nickel 1.4310 (X10 CrNi 18-8) d’une dureté de 250 HV et d’une taille de 50 x 50 x 10 mm3 a été polie. La machine de polissage rotative utilisée était un système de micromoteur Nakanishi ESPERT 500 ES50T-HR dont les disques ont un diamètre extérieur de 31 mm. La vitesse de rotation était de 1 000 tr/min, avec une pression de contact de 0,2 à 0,8 kg/cm2 et une avance de 30 mm/s. La machine de polissage rotative a été passée sur la pièce par pas équidistants d’environ 1 cm en lignes parallèles et à une pression manuelle constante. Pour déterminer la pression de contact, la pièce était placée sur une balance à plateau tout au long du polissage.
Pour l’essai 1, un papier abrasif au carbure de silicium de grain fin (P400, P600, P800) du commerce a été utilisé pour un prépolissage en trois passes. Le polissage final en trois passes a été réalisé avec de la pâte diamantée dans trois grains différents (15 µm, 7 µm, 3 µm).
Pour l’essai 2, une feuille abrasive auto-agrippante classique (SiC P320) a été utilisée pour la première passe, suivie de quatre passes avec différents disques de polissage diamantés Garant GARANT CaraFin (grains : mousse de polissage D151, microfibre de polissage D30, microfibre de polissage D10, mousse de polissage D3). Enfin, une émulsion à base d’eau, légèrement acide (fluide de polissage CaraFin UNI) a été utilisée comme lubrifiant. Ce produit est respectueux de l’environnement.

Réalisation des essais de polissage
Pour atteindre des résultats aussi homogènes que possible dans les deux essais, le polissage a été effectué en passes croisées. Un nettoyage méticuleux entre chaque passe est indispensable, tant avec une pâte à polir diamantée qu’avec des disques de polissage diamantés, afin d’éviter les défauts de polissage à la surface de la pièce. Cette opération prend toutefois moins de temps en cas d’utilisation de disques de polissage diamantés.
En raison des faibles vitesses de coupe, l’utilisation des disques de polissage diamantés présentait un moindre risque de polissage noir indésirable de l’acier au chrome-nickel. Quelques gouttes seulement de fluide de polissage ont été appliquées sur la surface pour éviter les éclaboussures et les salissures de l’environnement de travail. Des quantités minimales de fluide de polissage suffisaient en raison de la porosité ouverte des outils. Le fluide de polissage CaraFin prévient efficacement l’apparition d’un polissage noir, particulièrement fréquent lors du polissage de l’aluminium et des aciers au chrome-nickel. Il empêche également la formation de peau d’orange.
Une diminution de la pression de contact vers la fin de chaque passe permettait d’encore améliorer les résultats obtenus avec les disques de polissage diamantés.

De meilleurs résultats avec un grain lié
Le résultat de l’essai est clair : par rapport aux pâtes à polir, les disques de polissage diamantés souples et élastiques permettent d’obtenir des rugosités de surface similaires en deux fois moins de temps, si l’on omet le temps supplémentaire de nettoyage de la pièce. Globalement, ils améliorent le résultat final et présentent une meilleure tolérance aux défauts concernant la manipulation des outils. Une pression de contact excessive n’endommage pas la surface à polir. Des vitesses de coupe entre 0,5 et 3 m/s se sont révélées optimales ; les autres vitesses ne faisaient que diminuer l’action abrasive, l’aspect de la surface restait pratiquement inchangé. Les taux d’enlèvement de matière variaient entre 0,01 et env. 10 µm par minute de polissage en fonction de la granulométrie de l’outil souple et de la dureté de la pièce à traiter. Des dépôts n’ont été décelés que dans le cas d’un écart important des paramètres mentionnés. L’utilisation d’émulsions de coupe a un effet positif sur le processus de polissage et étend la plage des paramètres. La compatibilité des émulsions avec les mousses mériterait toutefois d’être vérifiée au cas par cas.

Exemple pratique : entretien des moules de formage
L’entretien des moules de formage est souvent problématique. C’est particulièrement le cas lorsque les exigences en matière de géométrie et de qualité d’état de surface sont élevées. Dans l’industrie agroalimentaire par exemple, l’utilisation de pâte à polir peut poser problème, car les moules ne doivent pas être faire l’objet d’une contamination chimique par la pâte. Les outils diamantés peuvent être une solution. Pour la production de bouteilles en PET dans une usine de boissons par exemple, ces outils sont utilisés pour effectuer le polissage à sec de moules en alliage d’aluminium pur de la série 1 000 (dureté : 85 HV1), ce qui permet d’allonger les intervalles de révision des machines.
Une entreprise spécialisée dans la fabrication de précision de moules spéciaux est parvenue à transférer la finition de moules de vulcanisation complexes, durcis sous vide, en acier 1.2083 (dureté : 53 – 53 HRC) dans le centre d’usinage, ce qui a permis de diminuer de plusieurs heures le temps de traitement. Il fallait précédemment traiter manuellement les surfaces partielles en 12 opérations.

Exemple pratique : ébavurage de petits alésages
Les outils diamantés souples facilitent également l’ébavurage et le polissage des micro-alésages dans des pièces profilées. De par leur haut niveau d’élasticité et leur faible dureté, ces outils s’adaptent parfaitement à la géométrie de la pièce. C’est ainsi que plusieurs centaines d’alésages ont déjà pu être traités avec un seul outil dans une production en série. Un centre d’usinage permet même de réaliser un micro-alésage par seconde.

Conclusion
La nouvelle génération d’outils de polissage hautement souples et élastiques, garnis de diamants uniquement en surface, permet de trouver des solutions plus efficaces et économiques pour le polissage de surfaces techniques. Ces outils permettent également d’intégrer l’opération de polissage dans des centres d’usinage tout en conservant des durées d’outil très longues.