Couple de serrage :la réponse à la mauvaise question

Couple de préhension :la réponse à la mauvaise question.

Part 2 d'une série en 2 parties

(voir Couple de serrage :est-ce la bonne façon de mesurer l'efficacité de l'outil/du porte-outil ?).

Au fur et à mesure que les machines pour le travail des métaux évoluaient, devenant de plus en plus rapides, la quête de ce que nous appelons la « sécurité de l'outil » s'est également poursuivie. Au fur et à mesure de l'utilisation de nouvelles formes de porte-outils, le couple de serrage est resté la méthode préférée pour juger et comparer différentes méthodes afin de maintenir les outils en place pour une productivité optimale.

Mandrins de fraises latérales

Le mandrin à verrouillage latéral était une solution précoce (il y a près de 100 ans) pour assurer la sécurité de l'outil. Cette interface consiste à serrer une vis sur le côté du support conjointement avec un méplat sur le côté de l'outil. Bien que la sécurité de l'outil soit assurée, la solution d'ajustement de forme crée une foule d'autres problèmes qui en font un système moins qu'idéal pour les méthodes d'usinage modernes.

Premièrement, la nature du serrage unilatéral via une vis de réglage crée un problème de concentricité évident. Lorsqu'une force est appliquée près du bas de la tige, elle provoque le déplacement de l'extrémité coupante de l'outil dans la direction opposée; par conséquent, un problème de faux-rond se produit qui diminue la durée de vie de l'outil et la précision dimensionnelle. Deuxièmement, la vis d'un côté du support couplée à un outil de coupe manquant d'un morceau de matériau d'un côté crée un problème de déséquilibre évident. Il en résulte une augmentation des vibrations qui a un impact sur la durée de vie de l'outil, la finition et la durée de vie des roulements de broche. La solution commune pour surmonter ces deux inconvénients est des vitesses et des avances plus lentes afin d'améliorer la durée de vie, la finition ou le son d'usinage. Le détriment ultime en fin de compte, souvent jamais réalisé puisque de nombreux processus d'usinage sont hérités, est une baisse de productivité.

Comme mentionné dans notre article précédent, les mandrins à verrouillage latéral sont encore utilisés aujourd'hui, en partie parce qu'ils offrent une mesure de sécurité de l'outil. Cependant, leur manque inhérent de précision et d'équilibre de faux-rond a conduit à l'évolution du système de mandrin à pince tout aussi populaire. Mais ce que ce système a gagné en précision, il l'a perdu en sécurité des outils.

Mandrins à pince

Les mandrins à pince ont évolué à partir du besoin d'une plus grande précision que celle du support de verrouillage latéral traditionnel. À cet égard, la note de précision a été grandement améliorée. De plus, la polyvalence de la conception était un autre attribut formidable, réduisant le coût supplémentaire d'un nouveau support complet lorsqu'un diamètre d'outil différent était requis. La polyvalence et la précision améliorées ont fait de ce mandrin l'une des méthodes de maintien d'outils les plus populaires de l'industrie. Cependant, ce que la pince de serrage a gagné en précision, elle l'a perdu en couple de serrage. La nature mécanique de cette solution a fait de l'extraction de l'outil un véritable problème pour ceux qui ont essayé tout type d'opérations de fraisage lourd avec. De nombreux opérateurs essayaient de compenser en serrant trop l'écrou, mais hélas cela n'entraînait qu'une perte de précision de concentricité et de sécurité de l'outil qui était encore insuffisante. Ainsi, d'autres progrès se sont poursuivis.

Mandrins de fraisage

La prochaine évolution en matière de porte-outils est venue sous la forme de mandrins de fraisage. Il s'agit d'une solution mécanique développée il y a 50 ans pour fournir un couple de serrage supérieur par rapport aux mandrins à pince (plus de sécurité) avec une précision similaire afin que les fabricants puissent disposer d'un système de type pince capable de fraisage grossier. Les mandrins de fraisage étaient considérés comme supérieurs au sidelock en ce sens qu'ils offraient une précision améliorée avec un couple de serrage amélioré pour une sécurité améliorée… s'ils étaient correctement serrés. L'augmentation de la précision provenait de l'interface de la pince, qui s'agrippait uniformément à 360° autour de la tige de la fraise tandis que la bague de roulement fournissait une transmission de couple accrue pendant le serrage. De plus, ils peuvent être manchonnés, ce qui limite le nombre de supports différents nécessaires pour chaque diamètre d'outil.

Cependant, les mandrins de fraisage ont beaucoup de composants séparés. Comme indiqué précédemment, l'outil est saisi à l'aide d'une cage de roulement à rouleaux, qui est ensuite serrée avec un gros écrou extérieur pour comprimer le mandrin autour de l'outil. Alors que le couple de serrage est considérablement augmenté par rapport à celui d'une pince de serrage, la taille même de la cage de roulement à rouleaux nécessite un gros écrou pour les loger, d'où un profil de support très volumineux et à faible portée.

Il a également été fait allusion précédemment à l'efficacité du mandrin de la fraise qui dépend fortement de l'opérateur. Un serrage correct nécessite que l'écrou soit serré aussi loin que possible, puis desserré d'un quart de tour. En effet, les roulements roulent un peu sur eux-mêmes lorsqu'ils sont serrés, ce qui provoque un faux-rond. En reculant, vous relâchez la pression sur les roulements. Mais de nombreux opérateurs, en raison d'un manque de sensibilisation, de contraintes de temps ou d'autres raisons, ont tendance à trop serrer l'écrou sans reculer.

Un autre inconvénient de ce système est que les roulements à aiguilles ne se positionnent jamais au même endroit à chaque fois après le serrage et sont souvent enroulés les uns sur les autres. Le résultat est l'incapacité d'atteindre un équilibre reproductible. À des vitesses inférieures, les inconvénients du déséquilibre ne sont pas toujours immédiatement visibles, mais à mesure que les vitesses augmentent, la précision du faux-rond et la durée de vie de l'outil diminuent rapidement.

Enfin, le mandrin de fraisage est une solution de maintien coûteuse. Outre le coût initial, il y a un coût de maintenance à prendre en compte, car la plupart doivent être démontés et graissés tous les 6 mois. Comme cela prend du temps et de l'argent, les opérateurs sautent souvent cette étape vitale. En conséquence, le couple de serrage diminue et la précision du battement est compromise.

Autres options

Quelles sont les autres alternatives aux mandrins de fraisage en bout ou aux mandrins de fraisage utilisés par les opérateurs pour tenter d'obtenir la sécurité de l'outil ?

L'ajustement rétractable amène la méthode d'ajustement par friction à un autre niveau. Il utilise les propriétés de dilatation thermique pour s'adapter à un couple de serrage élevé avec une précision et une répétabilité d'équilibre accrues. Il peut également être utilisé avec le système Safe-Lock™. Non seulement ce système a un couple de serrage, une précision et un équilibre élevés; c'est aussi l'un des systèmes les plus faciles à apprendre pour les opérateurs.

Le système d'ajustement à la presse utilise une presse mécanique pour déformer temporairement un collet/manchon afin d'insérer un outil à tige ronde. Le support a un léger angle correspondant à celui de la douille de serrage. Une presse hydraulique se déplaçant à travers un alésage droit au milieu presse le collet et l'outil ensemble. Le couple de serrage est élevé et la précision de faux-rond est bonne, mais le corps du porte-outil manque de masse physique, ce qui le rend moins qu'idéal pour les charges latérales lourdes, donc pas approprié pour l'ébauche lourde. La flexibilité fait également défaut car les outils doivent avoir une tige d'une certaine taille ou le collet peut se fissurer. Et parce que le système est propriétaire, vous devenez très dépendant d'un seul fabricant pour le prix, la disponibilité des stocks et la variété des choix d'offres.

Les mandrins hydrauliques conviennent aux travaux verticaux droits (perçage/alésage), mais pas au fraisage. Ils utilisent un fluide sous pression pour dilater une vessie interne qui engage finalement l'outil. Il convient à l'usinage à grande vitesse avec une profondeur de coupe et des forces de coupe faibles, mais il n'est pas idéal pour l'ébauche lourde ou tout scénario dans lequel des forces radiales ou une chaleur plus importantes sont rencontrées. Pourquoi? Le fluide dans le mandrin est trop flexible pour fournir une transmission de couple de serrage suffisante. De plus, le broyage à haute performance peut dans certains cas générer des températures qui provoquent en fait l'évaporation de l'huile interne, provoquant ainsi une défaillance. Comme pour le mandrin de broyeur, un entretien est également nécessaire de temps en temps pour s'assurer que les vessies internes ne s'usent pas trop et ne commencent pas à fuir.

Comme le montre cet article, la recherche du couple de serrage maximal s'est poursuivie pendant des décennies sans réelle satisfaction car le besoin n'était pas bien défini. Le couple de serrage était la réponse à la mauvaise question.

Précédemment présenté sur Haimer-USA.com.