Le graphite est un matériau non métallique courant, noir, résistant aux hautes et basses températures, doté d'une bonne conductivité électrique et thermique, d'un bon pouvoir lubrifiant et de caractéristiques chimiques stables. Sa bonne conductivité électrique lui permet d'être utilisé comme électrode en électroérosion (EDM). Comparé aux électrodes en cuivre traditionnelles, le graphite présente de nombreux avantages tels qu'une résistance aux hautes températures, une faible consommation d'énergie et une faible déformation thermique. Il offre une meilleure adaptabilité pour l'usinage de pièces de précision et complexes, ainsi que pour les électrodes de grande taille. Il a progressivement remplacé les électrodes en cuivre pour la production d'étincelles électriques et est devenu la norme en matière d'électrodes d'usinage [1]. De plus, les matériaux résistants à l'usure en graphite peuvent être utilisés dans des conditions de haute vitesse, de haute température et de haute pression sans lubrification. De nombreux équipements utilisent couramment des pistons, des joints et des paliers en graphite.
Actuellement, les matériaux en graphite sont largement utilisés dans les secteurs de la mécanique, de la métallurgie, de la chimie, de la défense nationale et autres. Les pièces en graphite sont nombreuses, complexes et nécessitent une grande précision dimensionnelle et une excellente qualité de surface. La recherche en usinage du graphite en Chine est encore insuffisante et le nombre de machines-outils dédiées à cette tâche y est relativement faible. À l'étranger, l'usinage du graphite repose principalement sur des centres d'usinage à grande vitesse, qui constituent aujourd'hui le principal axe de développement de cette technologie.
Cet article analyse principalement la technologie d'usinage du graphite et les machines-outils de traitement sous les aspects suivants.
①Analyse des performances d'usinage du graphite ;
② Mesures technologiques de traitement du graphite couramment utilisées ;
③ Outils et paramètres de coupe couramment utilisés dans le traitement du graphite ;
Analyse des performances de coupe du graphite
Le graphite est un matériau fragile à structure hétérogène. Sa coupe s'effectue par la génération de copeaux ou de poudre discontinus suite à la rupture fragile du matériau. Le mécanisme de coupe du graphite a fait l'objet de nombreuses recherches, tant en Chine qu'à l'étranger. Les chercheurs étrangers estiment que la formation des copeaux de graphite se déroule approximativement comme suit : au contact de l'arête de coupe de l'outil avec la pièce, la pointe de l'outil est écrasée, formant de petits copeaux et de petites cavités. Une fissure se forme alors et se propage vers l'avant et le dessous de la pointe, formant une cavité de rupture. Une partie de la pièce se brise sous l'effet de l'avancement de l'outil, générant ainsi des copeaux. Les chercheurs chinois, quant à eux, considèrent que les particules de graphite sont extrêmement fines et que l'arête de coupe présente un grand arc. Le rôle de l'arête de coupe s'apparente alors à une extrusion. Dans la zone de contact outil-pièce, le graphite est comprimé par la face de coupe et la pointe de l'outil. Sous cette pression, une rupture fragile se produit, formant ainsi des copeaux [3].
Lors de l'usinage du graphite, les variations de direction de coupe dues aux angles arrondis ou pointus de la pièce, aux changements d'accélération de la machine-outil, aux modifications de la direction et de l'angle d'attaque et de fuite de l'outil, ainsi qu'aux vibrations de coupe, engendrent des chocs sur la pièce. Ces chocs provoquent une fragilisation et un écaillage des arêtes, une usure importante de l'outil et d'autres problèmes. L'usinage de pièces en graphite fines, nervurées ou présentant des angles aigus est particulièrement sujet à ces problèmes, ce qui constitue une difficulté majeure.
Procédé de découpe du graphite 
Les méthodes d'usinage traditionnelles des matériaux en graphite, telles que le tournage, le fraisage, la rectification et le sciage, ne permettent toutefois que l'usinage de pièces en graphite de formes simples et de faible précision. Grâce au développement rapide et à l'application des centres d'usinage à grande vitesse pour le graphite, des outils de coupe et des technologies associées, ces méthodes traditionnelles ont progressivement été remplacées par les technologies d'usinage à grande vitesse. L'expérience a montré que, compte tenu de la dureté et de la fragilité du graphite, l'usure des outils est plus importante lors de l'usinage ; il est donc recommandé d'utiliser des outils revêtus de carbure ou de diamant.
mesures du processus de découpe
En raison des propriétés particulières du graphite, l'usinage de pièces en graphite nécessite la mise en œuvre de mesures spécifiques afin d'obtenir un résultat de haute qualité. Lors de l'ébauche, l'outil peut être directement en contact avec la pièce, en utilisant des paramètres de coupe relativement importants. Pour éviter l'écaillage lors de la finition, on utilise souvent des outils à haute résistance à l'usure afin de réduire la profondeur de passe. Il est également important de s'assurer que le pas de l'outil est inférieur à la moitié de son diamètre et de procéder à des opérations telles que la décélération lors de l'usinage des deux extrémités [4].
Il est également nécessaire d'organiser judicieusement la trajectoire de coupe. Lors de l'usinage d'un contour intérieur, il convient d'utiliser au maximum le contour environnant afin de toujours obtenir une zone de coupe plus épaisse et plus résistante, et ainsi éviter la rupture de la pièce [5]. Lors de l'usinage de plans ou de rainures, privilégiez autant que possible une avance diagonale ou hélicoïdale ; évitez la formation de surépaisseurs sur la surface de travail et le détournement de matière.
De plus, la méthode de coupe est un facteur important qui influe sur l'usinage du graphite. Les vibrations de coupe sont moindres lors du fraisage en avalant que lors du fraisage en opposition. L'épaisseur de passe de l'outil est réduite à zéro lors du fraisage en avalant, et il n'y a pas de rebond après la coupe. C'est pourquoi le fraisage en avalant est généralement privilégié pour l'usinage du graphite.
Lors de l'usinage de pièces en graphite à structure complexe, outre l'optimisation de la technologie d'usinage en fonction des considérations ci-dessus, certaines mesures particulières doivent être prises en fonction des conditions spécifiques afin d'obtenir les meilleurs résultats de coupe.
Date de publication : 20 février 2021