Leçons d'usinage haute performance :n'oubliez pas les porte-outils

Entre les matériaux en métal dur, les vitesses et les avances élevées, et l'équilibrage des outils, les porte-outils sont beaucoup plus importants pour le succès de votre fabrication de pièces sur une machine hautes performances que vous ne le pensez. Découvrez pourquoi.

Votre atelier vient donc d'acquérir un nouveau centre d'usinage haute performance. Il présente des spécifications impressionnantes, notamment une broche de 20 000 tr/min, une vitesse de déplacement rapide de 2 400 ipm et des vitesses d'alimentation correspondantes. C'est beaucoup plus rapide que n'importe quoi d'autre sur le sol. Tout le monde apprécie le bruit saccadé des copeaux contre la tôle et le bourdonnement sourd du moteur de broche au fond d'une coupe.

Il n'y a qu'un seul problème :à ces nouvelles vitesses de broche plus élevées et améliorées, le bavardage pousse tout le monde à chercher des bouchons d'oreille. La durée de vie de l'outil se détériore. Lors de la découpe des pièces aérospatiales en titane 17-4 PH et Triple 5 que le patron a commencé à apporter récemment, l'extraction de l'outil a été un gros problème. Le résultat? Les piles de pièces qui étaient censées être fabriquées chaque jour grâce à l'investissement dans une HPMC n'apparaissent tout simplement pas.

En toute honnêteté, vous pourriez également avoir ces plaintes concernant les centres d'usinage plus anciens et moins performants. En fait, cela aurait pu être l'un des moteurs d'une nouvelle machine en premier lieu. Désolé de vous le dire, mais le problème est probablement que les porte-fraises à verrouillage latéral et les mandrins à pince de type ER que vous utilisez depuis des décennies ne sont pas adaptés à la technologie d'usinage moderne.

"Vous avez la machine-outil capable de vitesses et d'avances élevées, l'outil de coupe avec les dernières géométries et revêtements, et le porte-outil étant l'interface entre les deux, pourquoi couper les coins ?" déclare Ronald West, chef de produit mondial senior chez Kennametal. "Avec les machines-outils d'aujourd'hui capables de vitesses et d'avances plus élevées, le porte-outil est devenu plus important que jamais pour tirer parti des capacités des outils de coupe hautes performances."

Certains fabricants placent leurs investissements dans la machine et les dernières technologies d'outillage et de coupe, mais il n'est pas rare de voir de nombreuses entreprises utiliser un porte-outil de base qui n'est pas adapté au travail. Pourtant, c'est l'un des éléments les plus importants dans les environnements hautes performances d'aujourd'hui, en particulier dans les applications aérospatiales où vous travaillez avec des matériaux avancés, explique West.

"Les supports à verrouillage latéral sont toujours importants dans l'industrie, mais cela ne rend vraiment pas service à l'investissement dans les outils de coupe au carbure que les entreprises achètent maintenant", déclare West. "Le porte-outil doit correspondre au type de machine haute performance utilisée aujourd'hui."

Arrêtez le mouvement de l'outil, évitez les rebuts supplémentaires, économisez la durée de vie de votre outil

Envisagez le retrait de l'outil. L'usinage du titane et d'autres superalliages résistants à la chaleur génère des forces de coupe élevées non seulement dans les directions axiale et radiale, mais également dans la direction axiale, ce qui peut entraîner l'arrachement de l'outil. Il est encore plus important d'utiliser le bon type de porte-outils pour éviter les pannes d'outils et les rebuts de pièces. Ce n'est peut-être pas grand-chose, peut-être quelques millièmes de pouce à la fois, mais il y a de fortes chances que ce soit suffisant pour éliminer certaines pièces très chères. Meulez toutes les rainures et tous les méplats que vous voulez sur la tige de l'outil, il bougera toujours, probablement au moment où vous vous y attendez le moins.

La meilleure solution est un porte-outil spécialement conçu pour éliminer l'arrachement. De nombreux fournisseurs autorisent la technologie brevetée Safe-Lock de Haimer. Tous battront le pantalon d'un support à verrouillage latéral traditionnel tout en améliorant les caractéristiques de faux-rond. Voici un petit échantillon de certaines des solutions disponibles :

• Le porte-fraise hydraulique CoroChuck 930 de Sandvik Coromant utilise un mécanisme à deux points de type « pivot » pour empêcher tout mouvement.
• Le mandrin hydraulique HydroForce™ de Kennametal pour le fraisage lourd revendique un faux-rond et une précision exceptionnels, et un manchon SAFE-LOCK en option permet d'éviter l'arrachement dans les matériaux difficiles à usiner (tels que ceux utilisés dans les industries de l'aérospatiale et de l'énergie).
• Le Mega Perfect de Big Kaiser accepte les fraises à bout plat Weldon, mais on dit qu'il élimine le glissement et l'arrachement.

Vous voulez tirer le meilleur parti de vos efforts de travail des métaux ? Lisez « Comment optimiser la productivité des machines avec les porte-outils ».

Contrôlez les harmoniques, le broutage et la broche

Vous faites tourner les outils plus rapidement que jamais auparavant, et le faux-rond avec lequel vous vivez depuis des années battra rapidement le diable, même la meilleure fraise. Comme si une mauvaise durée de vie de l'outil ne suffisait pas, le régime élevé génère des harmoniques qui conduisent au broutage, éventuellement suivi d'un endommagement de la broche en raison d'une situation déséquilibrée.

Vous disposez de plusieurs options pour gérer ces vitesses plus élevées, les vibrations d'alimentation et les problèmes d'harmoniques, notamment :porte-outils à frettage, mandrins hydrauliques et mandrins de fraisage mécaniques . Vous devez tester chacun par vous-même, documenter les résultats et prendre votre décision en fonction des performances de vos machines, et non du prix.

Porte-outil rétractable

Vous aurez besoin d'une machine de frettage et vous passerez une minute ou deux supplémentaires à chauffer et à refroidir le support à chaque changement d'outil, mais de nombreux ateliers ne jurent que par l'extrême précision et l'équilibre inhérent du porte-outil fretté. Haimer dit que c'est moins de 40 secondes au total.

Portes-outils et mandrins hydrauliques

Les mandrins hydrauliques sont précis, simples à utiliser et offrent des capacités de serrage d'outils robustes. L'HydroForce™ de Kennametal est utilisé pour le fraisage lourd, par exemple, qui demande trois fois la force de serrage des systèmes de mandrins hydrauliques conventionnels et ne nécessite rien de plus qu'une clé Allen pour fonctionner. Les mandrins HydroForce ont une capacité d'amortissement qui améliore la durée de vie de l'outil, en particulier lors de l'usinage du titane et d'autres alliages à haute température.

Mandrins de fraisage mécaniques

Schunk, Iscar, Guhring et d'autres commercialisent des mandrins de fraisage mécaniques évalués à 20 000 tr/min et un faux-rond de 0,0002 pouce ou mieux (comme le font Sandvik Coromant, Big Kaiser et d'autres). Encore une fois, le fonctionnement est simple, avec une rigidité et des forces de serrage bien supérieures à celles du plat Weldon vieux de 100 ans.

En parlant de porte-outils hérités, j'espère que votre nouvelle machine est livrée avec une broche HSK, Capto, KM4X ou une broche comparable. Les brides CAT et BT conviennent parfaitement aux travaux moins exigeants, mais le labour à travers des matériaux HRSA ou le surfaçage d'une cavité de matrice à des vitesses de broche élevées nécessite une interface de broche moderne.

À ces cadences de machine, vous avez besoin d'un équilibre d'outils

La plupart des experts en outillage disent que les assemblages de porte-outils équilibrés sont indispensables pour des vitesses de broche de 20 000 tr/min ou plus, tandis que d'autres suggèrent que la barre est plus basse.

"Lorsque vous utilisez des machines-outils aussi rapides, généralement plus de 12 000 tr/min, il est recommandé de toujours équilibrer le système complet (c'est-à-dire le porte-outil avec l'outil de coupe)", explique West. "Cela augmente simplement la durée de vie de l'outil et diminue l'usure de la broche... Il est un peu plus difficile avec un mandrin à pince ou un adaptateur de fraise en bout de maintenir l'équilibre en raison de leur conception et du matériel requis, mais généralement, les mandrins hydrauliques et les adaptateurs de frettage sont beaucoup plus faciles à équilibrer pour applications à grande vitesse.”

À 6 000 tr/min, vous ne remarquerez pas autant le déséquilibre, note West, mais avec les vitesses plus élevées, l'équilibre de l'outil est crucial, et quelque chose qui peut être mal compris lorsqu'on parle de porte-outils.

Pour aider, une machine d'équilibrage spéciale est nécessaire, tout comme un effort supplémentaire lors du processus de préréglage de l'outil. Assurez-vous de prérégler. Les porte-outils pré-équilibrés ne suffiront pas car l'ensemble complet, y compris l'outil de coupe et le bouton de retenue (pour ceux équipés de machines CAT et BT), doit être équilibré en une seule pièce. Suivre ces recommandations et inclure un entretien de routine pour prolonger la durée de vie de l'outil réduit les temps d'arrêt et vous aide à fabriquer de meilleures pièces.

« Vous pouvez montrer les améliorations de performance des pièces avec les bons porte-outils », déclare West. "C'est quelque chose qu'il est facile d'ignorer, mais qui fait une énorme différence."

Avez-vous remarqué la différence qu'un porte-outil peut faire dans un centre d'usinage haute performance ? Partagez votre expérience.