L'usinage de précision
de superalliages avec Horn

Des vis en cobalt-chrome pour les endoprothèses

L’usinage de superalliages fait partie du quotidien de la société Hymec, spécialisée dans les produits techniques médicaux, les fabrications individuelles et les petites séries difficiles. Le cobalt-chrome compte parmi les matériaux les plus performants pour les endoprothèses. L’usinage d’alliages cobalt-chrome pose des exigences très strictes pour l’outil. Depuis 30 ans, Hymec collabore étroitement avec HORN.

Tibor Veres, directeur général de Hymec mise depuis 30 ans sur les outils de Paul Horn pour l’usinage de superalliages. Les outils de précision de Horn sont utilisés également pour le mortaisage d’un six pans sur une vis d’implant en cobalt-chrome pour un élément de prothèse de genou. Hymec fabrique les vis dans différentes ouvertures de clé, 2,5 mm, 3,5 mm et 5 mm. Le six pans est ajustagé avec une faible tolérance pour que la clé hexagonale soit bien insérée dans la vis. De plus, la surface doit être irréprochable car la moindre crevasse ou bavure peut constituer un foyer de germes. L’entreprise fabrique près de 5.000 vis de ce type par an. Le brochage est proscrit en série “La fabrication par brochage d’un six pans en titane est assez simple, mais la haute résistance du cobalt-chrome complique le brochage en série, et l’usure de l’outil est très importante”, explique Veres.

Confronté à cette problématique, HORN a proposé de fabriquer le six pans par mortaisage. Ce procédé offre une grande précision et une sécurité de process élevée car la géométrie des tranchants et le substrat en carbure s’adaptent facilement au matériau. Les premiers essais ont rapidement apporté la solution escomptée.

Le processus de mortaisage s'articule comme suit: Un foret en carbure du système HORN DD perce un alésage de 4,9 mm de diamètre dans la tête de vis. Le foret doté d’une alimentation interne réfrigérante provient de la gamme standard avec une géométrie pour aciers inoxydables. L’angle d'attaque du trou borgne sert de zone de sorties ou de zones libres à l’outil de mortaisage, car la faible hauteur de la tête de vis ne permettait pas d’opérer une gorge de dégagement. Le mortaisage du six pans de 5 mm est réalisé par un Supermini de type N105 sur un tour CNC Mori Seiki. La profondeur de passe des courses se situe à 0,02 mm. Le mandrin continue de tourner entre les surfaces. L’opération dure environ deux minutes.

Veres se montre satisfait du résultat: “Les outils sont très précis, une correction est à peine nécessaire après un changement. En outre, la durée obtenue de 100 vis par arête est très satisfaisante.” La qualité de surface du six pans est très élevée et ne requiert pas de traitement de finition. Le cobalt-chrome dur et résistant nécessitait d’adapter la géométrie de l'arête, le substrat en carbure, le revêtement, les conditions d’usinage et la réfrigération. Les particules dures dans l’alliage ont tendance à former une usure abrasive et à la cratérisation, de plus l’usinage à froid de la surface constituait un problème. Le tranchant de l’outil est affûté comme pour l’usinage du titane, il ne s’arrondit pas, et contrairement à l’usinage du titane, l’angle de coupe est exécuté de manière stable. Un grain très fin résistant sert de substrat au carbure. Le revêtement des outils doit être dur et résister à la chaleur. La réfrigération adéquate est une autre condition préalable à la réussite de l’usinage du superalliage. Par ailleurs, le prix élevé du matériau impose des critères stricts en matière de sécurité de process des outils utilisés.

HORN prouve encore une fois avec la mise en œuvre de ce processus de mortaisage son savoir-faire dans l’usinage de précision de superalliages. Grâce aux travaux de recherche et de développement maison, la firme projette de nouveaux substrats, géométries et revêtements pour l’usinage économique de matériaux complexes. La grande verticalité de fabrication est un avantage et permet à HORN de garder la mainmise sur toutes les étapes du processus de la fabrication d’outils, de la poudre au revêtement.