Avec l’augmentation de la vitesse de coupe, le taux d’enlèvement de métal est considérablement amélioré. La vitesse de déformation élevée des matériaux (environ 1,67 × 10⁵/s à une vitesse de coupe de 500 m/min et une température de coupe atteignant 1 400 degrés) rend le processus de formation de copeaux et divers phénomènes se produisant sur la surface de contact entre l'outil et la pièce différents de ceux des conditions de coupe traditionnelles. La dureté à chaud et l'usure de l'outil deviennent des problèmes critiques. Pour obtenir une coupe à grande vitesse-, des matériaux d'outils et des technologies de fabrication d'outils adaptés sont essentiels.
Les matériaux pour outils de coupe de métaux actuellement utilisés peuvent être divisés en neuf catégories, allant de l'acier rapide-, qui présente la vitesse de coupe la plus faible et la pire résistance à l'usure, aux outils en diamant polycristallin, qui offrent les meilleures performances à haute vitesse-. La coupe à grande vitesse-exige également des matériaux d'outils présentant une bonne ténacité, une résistance élevée aux chocs et une bonne résistance à l'usure.
De manière générale, les outils à faible performance-, tels que l'acier rapide-et le carbure cémenté non revêtu, sont largement utilisés dans les processus de coupe ordinaires, mais leurs performances à grande vitesse-est médiocre. Les outils de coupe hautes-performances, tels que les outils en diamant polycristallin (PCD), sont les matériaux les plus durs de tous les outils, possédant une résistance à l'usure et des capacités de vitesse extrêmement élevées. La chaleur de coupe n'a presque aucun effet sur eux, ce qui les rend particulièrement supérieurs dans l'usinage à grande vitesse-des métaux non-ferreux et des matériaux non-métalliques. Cependant, leur résistance aux chocs est médiocre et leurs performances thermiques sont très médiocres lors de la coupe de l'acier et de la fonte. En effet, lors de l'usinage à grande vitesse des métaux ferreux, les atomes de carbone contenus dans le matériau de l'outil se diffusent dans la pièce, accélérant ainsi l'usure de l'outil.
Les outils en carbure ont le plus grand volume d'application, représentant 80 % des ventes totales d'outils.. 90 % de l'usinage du métal à des vitesses ordinaires utilise des outils en carbure. Le carbure a une résistance aux chocs relativement bonne, mais ses performances à grande vitesse - sont médiocres. De plus, les outils de coupe à grande vitesse-doivent posséder une dureté à chaud et une stabilité chimique extrêmement élevées, des exigences auxquelles le carbure ne peut pas répondre.
Les outils CBN ont une excellente résistance à la chaleur, ce qui leur permet de couper des matériaux durs à haute température, mais ils sont coûteux et ne peuvent pas usiner des métaux mous. Les matériaux céramiques à base d'aluminium-, avec leur bonne stabilité chimique, sont bien-adaptés à ce type d'usinage, mais manquent de dureté à chaud et ne peuvent pas être utilisés pour un usinage à grande vitesse-.
L'un des principaux problèmes à résoudre dans la recherche sur les outils de coupe à grande vitesse-est de combiner les avantages de différents matériaux d'outils et de développer de nouveaux matériaux d'outils possédant simultanément une résistance aux chocs et une résistance élevée à l'usure. De nouveaux outils sont créés en enduisant un matériau de matrice d'outil présentant une bonne ténacité aux chocs avec un matériau présentant une bonne dureté à chaud et une bonne résistance à l'usure, combinant souvent les avantages des deux matériaux. Ces outils ont une large gamme d'applications dans la coupe à grande vitesse-.
Guidés par cette idée, de nouveaux matériaux d'outils composites tels que les outils à revêtement en carbure cémenté, les outils à revêtement CBN et les outils à revêtement PCD ont vu le jour pour s'adapter à la coupe à grande vitesse-de divers matériaux métalliques.
Les outils en carbure cémenté revêtus adaptés à la coupe à grande vitesse-, grâce à l'utilisation de matériaux de revêtement avec une bonne résistance à la chaleur et une dureté élevée, ainsi qu'à la technologie de revêtement multi-couche, ont une large plage de coupe et une longue durée de vie, et leurs performances de coupe sont nettement meilleures que celles du carbure cémenté non revêtu. Par conséquent, le carbure cémenté revêtu montre une forte tendance à remplacer le carbure cémenté ordinaire non revêtu.
La technologie de revêtement d'outils s'applique non seulement aux outils en carbure cémenté, mais permet également d'obtenir de bons résultats sur d'autres matériaux d'outils, tels que les cermets et la céramique.
Les outils de coupe en céramique conviennent également à la coupe à grande vitesse-et représentent une partie importante de la recherche et du développement de matériaux d'outils ces dernières années. Les outils de coupe en céramique renforcée par Whisker-sont fabriqués à partir d'un matériau spécial, et leur excellente résistance aux chocs, leur ténacité et leur résistance aux chocs thermiques les rendent bien-adaptés à l'usinage à grande vitesse-.
Un autre défi pour les outils de coupe à grande vitesse- consiste à meuler ou à presser des rainures brise-copeaux d'une géométrie spécifique sur la plaquette pour obtenir un bris de copeaux et contrôler la direction des copeaux. Il s’agit d’une technologie cruciale pour améliorer l’efficacité de l’usinage et la durabilité des outils.
Les outils de coupe à grande vitesse-doivent posséder une excellente résistance aux chocs, aux chocs thermiques, à la chaleur, à l'usure et à la stabilité chimique, ainsi que des performances de bris de copeaux supérieures, et être adaptables à une plus large gamme d'applications de coupe de métaux.