Comment choisir la bonne lame diamantée pour la découpe du grès

Réponse rapide

Choisir une lame diamantée pour le grès consiste principalement à sélectionner les spécifications de segment diamanté appropriées. Ce sont les grains de diamant exposés qui assurent la coupe, tandis que la granulométrie, la concentration et le liant déterminent le comportement du point de coupe, la densité du diamant et la résistance à l'usure.

La teneur en quartz, la structure granulaire et l'abrasivité du grès étant variables, aucune formule de segmentation unique ne convient à tous les grès. La spécification finale doit être validée en fonction des conditions réelles de production, des machines et de la pierre utilisées par l'usine.

Qu'est-ce qui différencie une lame en grès ?

Une lame en grès ne nécessite pas forcément un noyau en acier complètement différent de celui d'une lame en granit.

Lorsque le diamètre de la lame, l'épaisseur du noyau, le diamètre de l'arbre et les autres spécifications mécaniques répondent aux exigences de la machine, un même type de noyau en acier peut être utilisé pour différents matériaux de pierre. La principale différence d'application réside généralement dans les segments diamantés fixés au noyau.

Un segment de diamant est constitué de grains de diamant maintenus dans une matrice métallique. Lors de la taille, les grains de diamant exposés entrent en contact avec le grès et l'enlèvent.

La relation peut être résumée comme suit :

• Les grains de diamant effectuent la découpe proprement dite.
• Ce segment maintient les diamants et contrôle leur exposition et leur usure.
• Le noyau en acier supporte les segments et transmet la puissance de la broche.
• La lame diamantée est l'outil de coupe complet.

Par conséquent, lorsqu'une usine se demande comment choisir une lame en grès, la question d'ingénierie centrale est généralement :

Quel type de segment diamanté convient à ce grès ?

Pourquoi les lames en grès varient-elles ?

Le grès n'est pas un matériau industriel uniforme. Son comportement à la coupe peut varier d'une carrière à l'autre et parfois même d'un bloc à l'autre provenant d'un même gisement.

Les principales différences sont les suivantes :

• teneur en quartz
• granulométrie et distribution
• Structure de cimentation
• Porosité
• Abrasivité
• Érosion
• Fractures internes
• Variations de dureté

Certains grès se taillent relativement facilement, mais entraînent une usure rapide des segments en raison de leur forte abrasivité. D'autres grès, plus denses ou fortement cimentés, peuvent exercer une contrainte plus importante sur les grains de diamant.

Un segment performant sur un grès peut s'user trop rapidement, couper trop lentement ou produire des résultats instables sur un autre.

Le choix des lames pour grès doit donc commencer par l'étude de la pierre elle-même, et non par le simple diamètre, la hauteur des segments ou les spécifications copiées d'une autre usine. Pour des stratégies plus globales couvrant la préparation des blocs, le flux de matériaux, l'utilisation des machines et les temps d'arrêt de production, voir Comment améliorer l'efficacité de la production de grès .

Choisissez la granulométrie du diamant.

La granulométrie du diamant décrit la taille approximative des particules de diamant contenues dans le segment.

On l'exprime généralement à l'aide de plages de mailles telles que 25/30, 30/40, 50/60 et 70/80. Un numéro de maille plus petit indique une particule de diamant plus grosse. Un numéro de maille plus élevé indique une particule plus petite.

Tableau 1. Comparaison relative des granulométries de diamant courantes

Source : Interprétation technique de WISDOM MACHINERY concernant les relations entre les numéros de maille standard. Ce tableau ne constitue pas une recommandation universelle pour les segments de grès.

Des particules de diamant plus grossières peuvent offrir des points de coupe individuels plus agressifs dans des conditions appropriées. Des particules plus fines offrent davantage de points de coupe potentiels au sein du segment et peuvent assurer une coupe stable sous une charge appropriée.

Cependant, un grain plus gros ou plus fin n'est pas forcément synonyme de meilleure qualité. La granulométrie requise dépend également de l'abrasivité du grès, de la concentration en diamants, du liant des segments, du diamètre de la lame, de la profondeur de coupe, de la puissance de la machine et de la qualité de produit souhaitée.

Les descriptions de granulométrie doivent toujours être comparatives. Par exemple, une granulométrie de 50/60 mesh est plus fine qu'une granulométrie de 30/40 mesh, mais plus grossière qu'une granulométrie de 70/80 mesh.

Comprendre la concentration en diamants

La concentration en diamants décrit la quantité de diamants contenue dans un volume de segment donné.

L'indice de concentration est une désignation technique. Il ne représente pas un pourcentage de diamant en volume ou en poids. Par exemple, un indice de concentration de 50 ne doit pas être décrit comme « 50 % de diamant ».

Un manuel technique chinois fournit la conversion de référence suivante :

Tableau 2. Référence de concentration en diamant

Source : Institut de recherche en sciences mécaniques, Ministère de l'industrie des machines (1996), Manuel des normes de qualité et d'inspection des produits mécaniques : Équipement de traitement Volume , Partie 8, Chapitre 3, pp. 124–127.

Une concentration plus élevée permet d'intégrer davantage de diamants dans le segment, mais une plus grande quantité de diamants n'entraîne pas automatiquement une coupe plus rapide ni une durée de vie plus longue du segment.

Si la concentration est trop faible, un nombre réduit de particules de diamant supporte l'effort de coupe. Si elle est trop élevée pour l'application, l'effort supporté par chaque particule risque d'être insuffisant et l'agressivité de coupe peut diminuer.

L'objectif est d'équilibrer le nombre de points de coupe actifs, la charge supportée par chaque diamant, l'exposition des diamants, l'usure des segments, la résistance à la coupe et la durée de vie de la lame. La concentration doit donc être évaluée conjointement avec la granulométrie et le liant.

Sélectionnez le segment de liaison

Le liant segmentaire, également appelé matrice, est le matériau métallique qui entoure et retient les grains de diamant.

Dans un segment correctement apparié, l'attache remplit trois fonctions liées :

• Il supporte et retient les grains de diamant sous la charge de coupe.
• Elle s'use progressivement à mesure que les diamants exposés s'usent.
• Cela permet de libérer les diamants usés et de révéler de nouveaux points de coupe.

Le liant et les grains de diamant doivent s'user à un rythme contrôlé et compatible.

Si la matrice s'use trop rapidement, les grains de diamant peuvent se détacher avant que leur potentiel de coupe ne soit pleinement exploité. Cela peut accélérer l'usure des segments et réduire la durée de vie de la lame.

Si la matrice s'use trop lentement, des diamants usés peuvent rester en surface sans que de nouveaux grains ne soient suffisamment exposés. L'efficacité de coupe peut alors diminuer et la surface du segment peut devenir lisse ou vitrifiée.

Le grès est souvent abrasif car ses grains minéraux peuvent éroder rapidement la matrice du segment. Les recherches sur les outils diamantés frittés confirment que le grès est un matériau de coupe abrasif et expliquent pourquoi des systèmes de matrice résistants à l'abrasion sont couramment utilisés pour ces applications.

Cependant, cela ne signifie pas que tous les grès nécessitent la même « dureté de liaison ». La dureté de liaison à elle seule ne suffit pas à décrire pleinement les performances de la matrice. La résistance à l'abrasion, la rétention des diamants, la ténacité, la composition de la matrice et la qualité de fabrication doivent également être prises en compte.

Le liant approprié doit donc être sélectionné en fonction de l'abrasivité réelle du grès et de son comportement de coupe, puis vérifié au moyen des enregistrements d'usure des segments et de performance des lames.

Équilibrer les trois variables

La granulométrie, la concentration et le liant ne doivent pas être choisis indépendamment.

Tableau 3. Fonctionnement conjoint des variables de segment

Deux segments utilisant la même granulométrie et la même concentration peuvent néanmoins avoir des performances différentes en raison des différences de composition du liant, de qualité du diamant, de distribution du diamant, de géométrie du segment, de résistance à l'usure de la matrice et de régularité de fabrication.

Le manuel technique de 1996 cité identifie le mesh 50/60 avec un numéro de concentration 50 comme référence pour le grès hautement abrasif.

Cette combinaison peut servir de point de départ pour l'ingénierie. Elle ne doit pas être présentée comme la spécification optimale pour tous les grès, car le résultat final dépend toujours de la liaison des segments, de la qualité des diamants, des caractéristiques du grès et des conditions de coupe réelles.

Pour les grès très abrasifs, un grain de 50/60 mesh avec un indice de concentration de 50 peut servir de référence initiale. La formule complète des segments doit être validée en fonction des caractéristiques réelles du grès et des conditions de production de l'usine.

Vérifier le segment en production

Lors de la comparaison de deux spécifications de segments, veillez à maintenir les principales conditions de production aussi cohérentes que possible.

Consignez la source du grès, les spécifications de la lame et du segment, le volume de pierre traitée, l'usure du segment, l'uniformité de l'usure, la stabilité de coupe, la charge de la machine, la qualité du produit fini et le coût de l'outillage par unité utilisable.

N'évaluez pas une lame uniquement en fonction de sa durée de fonctionnement ou de la hauteur de coupe. Une lame plus durable peut s'avérer peu rentable si elle coupe lentement, augmente la charge de la machine ou produit davantage de pierres usagées.

Conclusion

Le terme « lame en grès » est couramment utilisé pour désigner l'outil de coupe complet, mais ses performances d'application sont principalement déterminées par les segments diamantés.

La lame idéale n'est pas forcément celle qui présente la concentration la plus élevée, le grain le plus grossier, le liant le plus dur ou le segment le plus haut. Il s'agit de la lame dont la composition segmentaire assure une coupe stable, une usure prévisible, une qualité de produit acceptable et un coût d'outillage raisonnable sur le grès utilisé en usine.

En résumé, le choix de la granulométrie dépend du comportement du point de coupe, de la concentration de celle-ci de sa densité, et du liant de la rétention des diamants et de la résistance à l'usure. Il est impératif de valider la formule complète des segments sur le grès réel avant de passer commande en grande quantité.

Pour un guide plus complet couvrant la préparation des blocs, le choix des équipements, le flux de matériaux et l'aménagement de l'usine, voir Comment construire une ligne de production de grès .

Foire aux questions

Quelle partie de la lame coupe le grès ?

Ce sont les grains de diamant exposés à l'intérieur des segments qui effectuent la taille proprement dite. La liaison entre les segments maintient les diamants et contrôle leur rétention, leur exposition et leur libération.

Un même noyau de lame peut-il couper du granit et du grès ?

On peut utiliser le même type de noyau en acier si son diamètre, son épaisseur, la taille de son alésage et sa stabilité répondent aux exigences de la machine. La principale différence, liée au matériau, réside généralement dans la composition du segment diamanté.

Quel grain de diamant convient au grès ?

Il n'existe pas de granulométrie universelle pour tous les grès. Pour les grès très abrasifs, une granulométrie de 50/60 mesh peut servir de point de départ, associée à une concentration et un liant appropriés.

La concentration numéro 50 est-elle égale à 50 % de diamant ?

Non. La concentration n° 50 est une désignation technique. Selon le manuel cité, elle correspond à une teneur en diamant d'environ 0,44 g/cm³.

Le grès nécessite-t-il toujours un liant rigide ?

Non. Un grès abrasif nécessite généralement une matrice présentant une résistance à l'usure suffisante, mais la dureté du liant à elle seule ne détermine pas ses performances. La rétention des diamants, la ténacité, la composition de la matrice et le comportement propre du grès doivent également être pris en compte.

Références

1. Institut de recherche en sciences mécaniques, Ministère de l'Industrie des machines. (1996). Manuel des normes de qualité et d'inspection des produits mécaniques : Volume des équipements de process . Pékin : China Machine Press, Partie 8, Chapitre 3, pp. 124–127. Publication originale en chinois.
2. Konstanty, J. (2021). Outils en diamant fritté : passé, présent et futur. Archives of Metallurgy and Materials, 66 (2), 593–599. https://doi.org/10.24425/amm.2021.135896