À propos du surfaçage

Les fraises de grand diamètre peuvent utiliser un parcours d'outil avec une grande largeur de coupe. Outils de précision KYOCERA

Trois certitudes existent et sont incontournables pour tout machiniste : le décès, les taxes et l'usure des inserts.

Et, des trois, malheureusement, seule l'usure des inserts est quelque peu contrôlable. En fait, il doit être planifié et surveillé, avec des ajustements effectués si nécessaire car l'usure incontrôlée des plaquettes raccourcit la durée de vie de l'outil, crée de l'imprévisibilité et, dans le pire des cas, crée des temps d'arrêt imprévus.

Dans une opération de tournage en un seul point, l'indexation des plaquettes n'est pas si importante. Mais que se passe-t-il si vous effectuez une opération de surfaçage avec une fraise contenant une douzaine de plaquettes ?

Le surfaçage est par définition un processus de coupe intermittent. Cela crée beaucoup d'impacts.

Tout d'abord, définissons le fonctionnement. Le surfaçage est l'une des opérations de fraisage les plus courantes dans les ateliers de fabrication de métaux aujourd'hui. Dans cette opération, la fraise est placée perpendiculairement à la pièce. Et, bien que de nombreux angles d'entrée puissent être utilisés dans cette opération, les deux plus courants sont 45 degrés et 90 degrés.

Les fraises à surfacer sont généralement utilisées pour fraiser une surface plane, ou face, sur une pièce. Les fraises de grand diamètre peuvent utiliser un parcours d'outil avec une grande largeur de coupe. Selon le fabricant et même quelque peu la préférence du machiniste/atelier, cette largeur de coupe peut varier.

« Dans le surfaçage, la combinaison optimale des conditions de formation des copeaux et de chargement des dents de la fraise est observée lorsque la largeur de coupe est de 70 à 80 % du diamètre de la fraise », a déclaré Andrei Petrilin, directeur technique pour ISCAR Tools, Oakville, Ont.

Selon Petrilin, cette relation entre la largeur de coupe et le diamètre de l'outil reste la même dans les étapes d'ébauche et de finition.

"Le fraisage d'ébauche se concentre sur des taux d'enlèvement de métal élevés [MRR] tandis que le fraisage de finition assure une précision précise de la surface fraisée. Le fraisage de finition présente des profondeurs de coupe nettement plus petites et des caractéristiques de précision d'outil plus élevées par rapport au fraisage d'ébauche. Pourtant, la relation recommandée entre la largeur de coupe et le diamètre de fraisage reste la même", a-t-il déclaré.

Todd Rucker, responsable de l'ingénierie du centre technique, Division des outils indexables, KYOCERA Precision Tools, Hendersonville NC, conseille également d'utiliser un engagement important.

Une évacuation efficace des copeaux est un facteur clé pour des performances élevées et une durée de vie prolongée de l'outil en surfaçage. Outils ISCAR

« Je recommande généralement, et il s'agit de n'importe quelle fraise à surfacer, d'engager au moins 50 % du diamètre de la fraise. Si vous êtes au moins à moitié engagé dans le diamètre de la fraise, vous touchez la partie forte du bord de la plaquette », a-t-il déclaré.

Donc, en d'autres termes, si vous êtes engagé avec au moins la moitié du diamètre de l'outil, alors chaque insert qui entre dans la coupe frappe la partie la plus solide d'un insert.

"Au lieu d'entrer à 90 degrés lorsque vous frappez le matériau et que vous frappez un insert là où il est le plus solide, vous provoquez une usure excessive de votre insert, et cela peut même endommager l'insert. C'est pourquoi nous recommandons généralement un engagement d'au moins 50 % ", a déclaré Rucker.

Une chose à surveiller lorsque vous effectuez plusieurs passes avec votre moulin est la création de lignes de ramassage. Au fur et à mesure que la fraise traverse la pièce, une minuscule "arête" est créée lorsque le matériau est déformé.

"C'est l'un des plus gros inconvénients du surfaçage lorsque vous devez effectuer plusieurs passes", a déclaré Rucker. "Il y a toujours une sorte de ligne de ramassage créée entre les passes. Pour minimiser cela, vous devez regarder comment vos fraises spécifiques sont conçues. Celles qui sont plus étroitement tolérées sont les meilleures."

L'utilisation d'une seule plaquette de planage dans le groupe de plaquettes peut également aider à améliorer l'état de surface qui reste après la passe de fraisage. Selon Rucker, une seule plaquette de planage est utilisée, quel que soit le nombre d'autres plaquettes dans la fraise.

N'oubliez pas de surveiller la charge de votre broche. Comme toute autre opération de fraisage, cela peut être un indicateur que quelque chose n'est pas correct.

La sélection du type, de la forme, du revêtement et de la qualité d'une plaquette dépend de plusieurs facteurs. Ces choix fonctionnent ensemble et dépendent les uns des autres pour atteindre leurs objectifs (généralement, mais pas toujours, ce qui signifie un MMR élevé ou une finition de surface fine).

"Une plaquette indexable n'est pas un élément séparé mais une partie intégrante de l'ensemble du système", a déclaré Petrilin. « Dans le fraisage d'ébauche, par exemple, l'objectif est un MRR élevé grâce à l'utilisation de fraises à surfacer, ce qui permet de plus grandes profondeurs de coupe dans des conditions de coupe difficiles [charges mécaniques et thermiques élevées]. Lors de l'utilisation de fraises indexables, la profondeur de coupe maximale est fonction des dimensions de la plaquette, qui, à son tour, détermine la taille de plaquette requise.

Les plaquettes en carbure peuvent être à simple ou double face, ce qui, naturellement, affecte le nombre d'arêtes de coupe indexables pouvant être utilisées. Pendant l'ébauche, la plaquette supporte une charge élevée en raison du grand DOC utilisé. Combinée à une avance maximale par dent, cette charge augmente. Les plaquettes utilisées pour l'ébauche doivent être robustes.

L'inspection visuelle reste une méthode courante pour vérifier l'usure. Outils ISCAR

Les plaquettes avec un angle d'attaque de 45 degrés ont un effet d'amincissement des copeaux qui permet d'augmenter la productivité en partie parce qu'il réduit les vibrations, en particulier dans les configurations avec de longs porte-à-faux.

Les inserts avec un angle d'attaque de 90 degrés sont utilisés lorsqu'un coffrage à 90 degrés doit être réalisé. Ils peuvent également être utilisés avec succès dans le fraisage de composants à parois minces.

« Un insert représente probablement moins de 2 % du coût total de fabrication », a déclaré Rucker. "Tout dépend du nombre de pièces que vous pouvez fabriquer. Tout dépend de l'enlèvement de métal mesuré en pouces enlevés par minute. Vous vous souciez plus de vos taux d'enlèvement de métal que du nombre de fois que vous indexez vos plaquettes."

Le calcul fonctionne. Plus vous enlevez de matière par minute, plus vous fabriquez de pièces et plus votre atelier peut gagner d'argent en une journée.

Une bonne plaquette de fraisage nécessite une nuance tenace, mais d'autres facteurs comptent également. Pour les opérations de surfaçage, en particulier, choisissez une plaquette avec un revêtement PVD. Cependant, cette règle peut être enfreinte pour des matériaux spécifiques. Lors du fraisage de la fonte, par exemple, une plaquette revêtue par CVD peut être utilisée car la fonte n'est généralement pas aussi difficile à usiner que les autres métaux.

"Les opérations de fraisage sont beaucoup plus faciles lorsque vous choisissez correctement la nuance", a déclaré Rucker. "Nous avons une nuance pour l'acier, et nous avons une autre nuance spécifiquement pour l'acier inoxydable. Certains des aciers et de l'acier inoxydable se croisent, surtout s'il s'agit d'un acier inoxydable de la série 300. Mais lorsque vous arrivez à un acier inoxydable au pH, vous allez vouloir une nuance différente et plus résistante."

Les alliages haute température ont également des nuances dédiées. Vous devez faire attention à la recommandation du fabricant.

Choisir une fraise signifie choisir le nombre d'inserts qui seront actifs dans la coupe. Moins d'inserts dans la fraise signifie qu'il y aura moins de pression sur l'outil, mais cela signifie également moins d'enlèvement de métal.

Certains fabricants d'outils désigneront leurs fraises comme grossières, fines et extra-fines. Votre opération particulière se prêtera probablement à l'un de ces trois couteaux. Grossier est le plus petit nombre d'insertions, fin augmente le nombre d'insertions et extra fin augmente encore plus, généralement dans un saut à deux insertions.

"Une fraise à pas plus fin a probablement plus de plaquettes", a déclaré Rucker. « Si vous mettez deux plaquettes supplémentaires sur cette fraise, vous devez également mettre plus de cannelures sur cette fraise. Cela peut affecter l'évacuation des copeaux.

Les opérations de fraisage sont beaucoup plus faciles lorsque vous choisissez correctement la fraise, la nuance, la plaquette et le revêtement.

Le pas et le nombre de cannelures affectent la pression de l'outil. Cela pourrait faire la différence entre avoir besoin de courir pour projeter sur une machine à cône 40 ou une machine à cône 50.

Les vitesses de coupe et les avances sont définies en fonction du matériau usiné, de la plaquette avec toutes ses variables et de la stabilité opérationnelle globale. Le fraisage à des vitesses et à des avances inappropriées entraîne de mauvaises performances de coupe, une durée de vie réduite de l'outil et même une défaillance de l'outil.

Au cours de la phase de prétraitement ou de test, des conditions sont créées pour aider à déterminer la durée de vie de la plaquette et découvrir combien de pièces ou de surfaces de pièce peuvent être fraisées avant que la plaquette ne doive être indexée. Toutes les plaquettes de la fraise doivent être indexées à ce moment.

La plupart des inserts ont des coins numérotés pour aider le machiniste à savoir si l'insert a été indexé ou non. En commençant par l'arête n° 1 et en passant par chaque arête numérotée jusqu'à ce que l'intégralité de l'insert ait été utilisée, il est plus facile de garder une trace du nombre d'index qui ont été effectués.

"Pour chaque [nouvelle] opération de coupe, le machiniste doit s'appuyer sur les recommandations du fabricant d'outils comme base d'estimation de la durée de vie de l'outil, puis "ajuster" la durée de vie de l'outil en vérifiant l'usure en inspectant visuellement les arêtes de coupe des plaquettes", a déclaré Petrilin. "Dans les conditions d'atelier, les indicateurs de remplacement ou d'indexation des inserts sont basés sur l'inspection visuelle des inserts, l'augmentation de la consommation d'énergie, les modifications de la qualité de surface des surfaces usinées, la formation de bavures, les vibrations et même une modification du son émis."

La durée de vie de l'outil est affectée par de nombreux facteurs, notamment les vitesses et les avances utilisées, le COD, les propriétés physiques et chimiques du matériau et la configuration de la machine-outil. Un serrage erroné peut être aussi préjudiciable à l'usure de la plaquette que l'utilisation de l'outil avec de mauvaises données de coupe.

Les machinistes recherchent constamment une durée de vie plus longue de leurs inserts, mais la prévisibilité est tout aussi importante, sinon plus importante, dans de nombreuses opérations.

"La prévisibilité de la durée de vie de l'outil de plaquette est un facteur important pour une coupe réussie. Elle garantit des résultats d'usinage stables, permet une planification efficace des processus et contribue grandement à réduire les coûts de production", a déclaré Petrilin.

"Le plus grand tueur d'inserts de fraisage est l'entaillage", a déclaré Rucker. "Cela se produit souvent lorsque la ligne de profondeur de coupe de la plaquette est frappée au même endroit et battue. Le problème avec l'encoche est qu'il s'agit vraiment d'une encoche visible qui peut sembler trop mauvaise, mais vous devrez éventuellement retourner la plaquette car si vous laissez cette encoche progresser, le coin de la plaquette se cassera."

Le motif d'usure suivant courant dans le surfaçage est l'usure en cratère.

Le surfaçage lorsque la largeur de coupe est de 70 à 80 % du diamètre de la fraise offre la combinaison optimale pour la formation des copeaux et le chargement de la fraise. Outils ISCAR

L'usure en cratère se produit lorsque les copeaux continuent de traverser l'insert encore et encore jusqu'à ce qu'un cratère apparaisse sur la face supérieure de l'insert.

Les encoches et l'usure en cratère peuvent entraîner une défaillance catastrophique d'une plaquette, ce qui arrêtera inutilement le processus d'usinage, c'est-à-dire un temps d'arrêt imprévu.

Une bonne évacuation des copeaux est un facteur clé pour un surfaçage réussi. Cela peut être accompli de différentes manières, selon que vous coupez à sec ou à l'eau.

Utilisez la géométrie. Selon Petrilin, la conception de la face de coupe d'une plaquette contribue à la fois à la formation et à l'écoulement des copeaux. Les formes de séparation et de hachage des copeaux sur l'arête de coupe d'une plaquette divisent les copeaux larges en petits segments qui facilitent l'évacuation des copeaux.

Utilisez du liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement est nécessaire pour réduire la charge thermique sur le tranchant d'un outil. Cependant, ce n'est pas tout ce qu'il fait.

"Une autre fonction importante du liquide de refroidissement est la lubrification, qui améliore l'enlèvement de matière et améliore le flux de copeaux", a déclaré Petrilin.

Les stratégies d'utilisation du liquide de refroidissement et le choix du liquide de refroidissement dépendent du matériau de la pièce et du choix de l'outil, y compris sa composition matérielle.

"La stratégie de refroidissement est importante", a déclaré Petrilin. « Par exemple, le refroidissement à haute pression (HPC) crée des copeaux fins et gérables. La lubrification par quantité minimale (MQL) dans le fraisage à sec crée une pièce usinée et des copeaux presque secs, ce qui facilite et accélère le nettoyage des pièces et l'élimination des copeaux.

Utilisez Air. Lors d'une véritable coupe à sec, l'évacuation des copeaux peut parfois être facilitée par un jet d'air. Le choix d'utiliser un liquide de refroidissement dépend de nombreux facteurs, notamment du matériau à couper et des préférences d'un atelier. Même les opinions des experts varient.

Lorsqu'un liquide de refroidissement est utilisé, un insert chaud est refroidi très rapidement, ce qui le choque thermiquement. Selon Rucker, ce choc thermique augmente l'usure et réduit la durée de vie de l'outil.

"Le liquide de refroidissement et le fraisage ne font généralement pas bon ménage", a déclaré Rucker. "Nous ne recommandons pas de faire fonctionner du liquide de refroidissement dans toute opération de fraisage, sauf lors du fraisage d'alliages à haute température. La chaleur générée lors de la coupe ne sort pas de la zone de travail dans la puce dans les composants à base de titane ou de nickel."

Si cette chaleur générée reste dans la pièce, elle écrouira ces métaux ISO S.

"Dans ces cas, nous recommandons vivement d'utiliser du liquide de refroidissement", a déclaré Rucker.

Ces trois choix sont utilisés pour garder le parcours d'outil dégagé et l'outil coupant. Si les copeaux restent coincés entre la fraise et la surface usinée, il est peut-être temps d'examiner le processus dans son ensemble. Les copeaux piégés réduisent la qualité de surface, provoquent des vibrations et diminuent les performances globales de fraisage.

Selon Petrilin, les efforts de coupe générés lors de l'usinage se résument à la résistance du matériau usiné à l'outil de coupe.

Ces forces de coupe sont divisées en trois variantes : tangentielle, radiale et axiale. La force de coupe tangentielle détermine la consommation d'énergie, et les deux autres affectent la charge de la fraiseuse le long de son axe et radialement à son axe.

L'interrelation entre ces forces dépend principalement de la géométrie de coupe de la fraise et de l'angle de l'arête de coupe. La diminution de l'angle de l'arête de coupe, par exemple, entraîne une force de coupe axiale plus élevée et une force de coupe radiale plus faible. L'augmentation de l'angle de l'arête de coupe réduit la force axiale mais entraîne une force radiale plus élevée.

Petrilin a déclaré que l'angle d'arête de l'outil de coupe est une caractéristique de conception des fraises à surfacer qui est directement liée à son application. Par exemple, a-t-il dit, si une fraise à surfacer est destinée à usiner des surfaces planes ouvertes, une conception de fraise avec un angle de 45 degrés est préférable. Cependant, lorsque les faces de fraisage sont liées par un épaulement, des fraises à 90 degrés sont nécessaires.

Le type d'opération de fraisage est également important. Le surfaçage rugueux utilisant le fraisage à grande avance doit être effectué par des fraises avec un angle d'arête de coupe de 10 à 17 degrés, selon Petrilin.

De par leur conception, les fraises à surfacer sont associées à des plaquettes qui supportent la charge produite par ces forces, qu'elles soient radiales ou axiales, pour aider à garantir que les machinistes obtiennent les performances et la durée de vie souhaitées.

Le rédacteur en chef Joe Thompson peut être joint à [email protected]

Outils ISCAR, www.iscar.ca

Outils de précision KYOCERA, www.kyoceraprecisiontools.com