Couper le profond et l'étroit

La série de fraises en bout OSG EXOCARB® WXS® offre une alternative fiable pour l'usinage de cavités profondes

Magnus Hoyer, OSG Allemagne

Un certain nombre de défis, tels qu'une mauvaise évacuation des copeaux, les vibrations, le broutage, l'instabilité de l'outil et une faible durée de vie de l'outil, sont généralement associés à l'usinage de cavités profondes. Dans les applications profondes, les parois latérales de la pièce deviennent des barrières pour une bonne élimination des copeaux. L'évacuation des copeaux ne ferait qu'empirer plus profondément dans une pièce une fraise procède. De plus, les porte-outils et les adaptateurs peuvent entrer en collision avec la pièce en raison du contour élevé et de l'environnement de bande étroite. Avec les outils de coupe standard, les arêtes de coupe sont entièrement engagées avec la pièce à usiner, ce qui entraîne des forces de coupe latérales qui peuvent déclencher des vibrations, des broutages et donc une défaillance de l'outil. L'usinage par décharge électrique (EDM) est souvent utilisé comme alternative à l'usinage de cavités profondes, mais il est très long et coûteux.

Meissner AG, un fabricant allemand de prototypes, d'outils de production et de moules, rencontrait un tel défi lorsqu'il travaillait avec la production d'outils de noyau de chemise d'eau qui nécessitaient le traitement de poches étroites, de bandes étroites et de contours élevés. En tant que fabricant toujours en phase avec les derniers équipements et technologies de production, Meissner a découvert que même avec l'utilisation de l'usinage 5 axes, des performances optimales ne peuvent pas être atteintes pour ce type de travail.

Fondée en 1922 et basée à Biedenkopf-Wallau, en Allemagne, Meissner propose des services comprenant le développement, la conception et la fabrication de prototypes, d'outillage de production et de moules pour des clients du monde entier. L'outillage du produit peut inclure des outils pour le moulage de blocs moteurs, de culasses, de pièces de jante de voiture en divers matériaux, de moules de soufflage pour réservoirs de carburant et de tuyaux de remplissage, etc.

Meissner compte au total 340 employés, dont environ 50 ingénieurs. Meissner accorde une grande importance à l'excellence des produits, à la fiabilité et à l'innovation continue. Meissner utilise un équipement et une technologie modernes avec pratiquement tous les systèmes de CAO de l'industrie automobile et une gestion des données basée sur la CAO pour permettre une communication efficace et efficiente avec ses clients.

Meissner est l'une des premières entreprises en Allemagne à introduire l'usinage 5 axes. La réduction du temps de cycle et l'augmentation de la précision sont deux atouts majeurs des centres d'usinage CNC 5 axes. Cependant, les ingénieurs produits de Meissner ont découvert de plus en plus fréquemment que, pour certains composants, il n'est pas toujours judicieux de s'appuyer sur l'usinage 5 axes.

Selon Christoph Schwarz, chef de groupe de la production mécanique chez Meissner, l'incapacité à optimiser pleinement le potentiel d'un centre d'usinage 5 axes est particulièrement évidente dans l'usinage des outils à noyau à chemise d'eau.

"Avec ces outils, nous avons des zones étroites, des poches étroites, des bandes étroites et des contours élevés", a déclaré Schwarz. "Des limites sont imposées aux mouvements de pivotement des machines, ce qui réduit les vitesses et les avances."

Selon Schwarz, les mouvements de rotation sollicitent également davantage les outils. Ainsi, selon la géométrie de la pièce, le centre d'usinage 5 axes peut ne pas toujours avoir de sens. Meissner a également traité des pièces à cavité profonde avec EDM, mais cela prend du temps et coûte cher.

"Avec le bon outillage, nos comparaisons ont montré que pour certaines pièces, nous sommes beaucoup plus rapides avec un centre d'usinage 3 axes", a déclaré Schwarz.

Les cavités profondes et étroites nécessitent généralement des outils très longs et fins. La déviation de l'outil est un problème courant lors du traitement. Pour cette raison, Meissner a cherché une alternative, car il ne voulait ni fraiser sous un angle en 5 axes ni opter pour l'EDM.

Avec les fraises toroïdales et sphériques à 2 dents d'OSG, une solution semble avoir été trouvée, en particulier pour l'ébauche de contours et la finition d'outils de base pour chemises d'eau. L'idée d'utiliser les fraises toroïdales et sphériques d'OSG en conjonction avec un centre d'usinage 3 axes est née au début de l'année d'un autre projet. Les fraises toroïdales et sphériques de la série WXS® d'OSG ont été choisies pour de nombreuses raisons, explique Schwarz.

« Tout d'abord, c'était l'expérience positive. OSG a toujours fait preuve de bonne volonté en réponse aux demandes de renseignements, les délais de livraison étaient courts et les conseils étaient compétents », a déclaré Schwarz. "Mais plus important encore, c'était le résultat obtenu avec ces outils de coupe."

Alors que les fraises des séries WXS® et WXS-C proviennent du siège social d'OSG au Japon, les outils de la série EPL sont fabriqués dans l'usine OSG Allemagne de Göppingen. La série de fraises en bout WXS® est conçue avec un revêtement super dur avec nanotechnologie pour une résistance élevée à la chaleur. Il est conçu pour exceller dans les matériaux de travail au-dessus de 50 HRC. Le revêtement OSG original WXL® a une température d'oxydation de 1 300 °C pour permettre des vitesses de broche plus élevées et une durée de vie plus longue de l'outil, même en usinage à grande vitesse ou à sec. Sa géométrie d'outil unique permet un fraisage de haute qualité et de haute précision même dans des conditions d'usinage difficiles. En plus de la fraise en bout WXS®, la WXS-CRE est une fraise en bout en carbure haute performance à 5 dents avec un super rayon et est conçue pour accepter des matériaux jusqu'à 65 HRC. Enfin, l'EPL est une série de fraises en bout à col long et à bout hémisphérique à 2 dents, hautes performances, conçues pour exceller dans les matériaux de 45 HRC et jusqu'à 60 HRC.

Des essais d'usinage ont été effectués sur l'outil de noyau de chemise d'eau avec des cavités profondes en utilisant le fraisage 3 axes. Des outils de différents fabricants ont été testés dans des conditions identiques. Selon Matthias Bassler, Divisional Manager Production chez Meissner, la décision a été prise en faveur d'OSG.

"Nous ne cherchons pas à la dernière seconde, mais le temps est également un facteur important pour nous", a déclaré Bassler.

« Nous avons de très nombreuses opérations de finition très chronophages. La qualité, la durée de vie de l'outil et la fiabilité du processus sont d'une importance capitale. Toute retouche qui pourrait être nécessaire – pour quelque raison que ce soit – aurait un effet énorme sur les coûts. Nos tests ont montré qu'avec ce matériau, nous devions exécuter une étape supplémentaire lors de l'utilisation d'outils d'autres fabricants. Avec OSG, en revanche, tout s'est bien passé », a déclaré Bassler.

En plus de la productivité, Meissner a également des exigences strictes en matière de précision dimensionnelle ainsi que de finition de surface. Les outils de base sont préfinis avec une alliance d'usinage optimale de 0,3 mm. Après la finition, les tolérances à tous les niveaux doivent se situer dans la plage de tolérance spécifiée de 0,03 mm. De tels résultats nécessiteraient naturellement une programmation appropriée.

"Pour bien faire le travail, il faut d'abord déterminer la séquence d'outils", a déclaré Christoph Rothenpieler, programmeur FAO chez Meissner.

« Les outils d'ébauche et de préfinition doivent être choisis de manière à ce qu'il se produise le moins de déflexion possible ultérieurement lors de la finition. C'est la seule façon de préparer un contour optimal », a ajouté Rothenpieler.

Les conditions préalables à l'obtention d'une telle précision dépendent fortement du centre d'usinage et des outils de coupe. Dans ce cas, les centres d'usinage Hermle offrent les meilleurs résultats. Quatre-vingt pour cent des travaux de finition sont effectués sur ces machines. En termes d'outils de coupe, Uli Blöcher, responsable des ventes chez OSG, sait ce qui compte vraiment.

"Les différences entre les outils sont déterminées principalement par le choix du carbure, la géométrie des arêtes de coupe, la rigidité des cônes et, surtout, par le substrat ou la façon dont l'outil travaille sur les arêtes de coupe", a déclaré Blöcher.

La série EXOCARB® WXS® d'OSG offre des géométries d'outils de coupe uniques conçues pour permettre des temps de cycle plus rapides avec des applications profondes. La technologie d'entaille en spirale de la géométrie de coupe aide à minimiser les vibrations et les vibrations, permettant ainsi un fraisage de contour stable.

Regardez cette courte vidéo pour voir une comparaison de la génération de chaleur entre l'EXOCARB® WXS® d'OSG et une fraise en bout concurrente en acier à outils D2 :

La quête de Meissner pour une solution de traitement alternative leur a permis de relancer un certain nombre de centres d'usinage 3 axes tout en permettant à leurs centres d'usinage 5 axes d'être en pleine production avec d'autres travaux.

Avec le bon outillage, un centre d'usinage 3 axes peut surpasser un centre d'usinage 5 axes pour maximiser la rentabilité. L'outillage d'OSG démontre que la coupe profonde et étroite sur un axe 3 est possible avec un minimum de vibrations, de temps de cycle et de temps d'installation, tout en augmentant le taux d'enlèvement et la durée de vie de l'outil. Parfois, remettre en question une méthode établie peut être le premier pas vers le progrès.

Précédemment présenté dans le magazine SHAPE IT.