Qu'est-ce que la découpe à grande vitesse ?

Le terme «coupe à grande vitesse» (également connu sous le nom d'usinage à grande vitesse) est celui qui s'est considérablement développé dans l'industrie manufacturière au cours des 5 à 10 dernières années. Malgré son nouveau statut de «mot à la mode», la définition de ce processus reste quelque peu insaisissable, ou au mieux est définie de manière vague comme un simple fraisage à une vitesse de rotation suffisamment élevée. La réalité de la coupe à grande vitesse est un peu plus nuancée, mais demande néanmoins de l'attention en raison des gains d'efficacité significatifs qu'elle procure. Dans cet article, nous examinerons la création et le développement de la découpe à grande vitesse en tant que processus. La recherche et le développement de la méthodologie de coupe à grande vitesse ont été les plus avancés à la fin des années 70 et au début des années 80 grâce au programme de recherche sur la fabrication avancée, financé par la DARPA. L'objectif de ce programme était d'identifier un moyen d'enlèvement de matière plus rapide en utilisant des vitesses de rotation et d'alimentation nettement plus élevées que celles utilisées traditionnellement. Ce programme a testé des vitesses de coupe (Vc) allant d'aussi peu que 0,05 po/min à 960 000 po/min et au-delà. Des recherches similaires étaient menées en Europe au milieu des années 1980 à l'Université technique de Darmstadt. Les résultats de ces efforts de recherche ont permis de réaliser que le "sweet spot" d'un processus de coupe à grande vitesse varie en fonction du matériau fraisé ainsi que de la géométrie de l'outil de coupe. En général, ces sweet spots sont définis comme suit :

Une fois le seuil de la gamme HSM atteint, les avantages de cette méthode de coupe commencent à se faire sentir. Les avantages de la découpe à grande vitesse sont réalisés dans quatre domaines principaux :

1.) Précision d'usinage accrue

Au fur et à mesure que la vitesse de coupe augmente, la force de coupe diminue en raison d'un phénomène appelé thixotropie - ou la propriété d'un matériau d'être "adouci par le travail" en raison de la contrainte de cisaillement qui lui est transmise par le tranchant de l'outil, puis de revenir à la propriétés de dureté d'origine une fois le processus de coupe terminé. Cette propriété est particulièrement vraie pour les alliages d'aluminium, ce qui fait de l'aluminium un candidat idéal pour les processus de coupe à grande vitesse.

2.) Améliorations de la finition de surface

Les connaissances générales en matière d'usinage nous indiquent que la chaleur de friction dans un processus de fraisage est générée de manière égale de chaque côté de l'arête de coupe de l'outil (représentant près de 80 % de toute la chaleur de friction induite) et que 20 % supplémentaires sont générés par la déformation ou la flexion du copeau résultant. . Dans un processus de coupe à grande vitesse, la charge de copeaux est évacuée à un taux si élevé que la majorité (environ 60 %) de cette chaleur basée sur le frottement n'a pas suffisamment de temps pour être transmise à la pièce environnante ou à l'outil lui-même. En conséquence, la finition de surface usinée présente une qualité supérieure avec une réduction appréciable de la dégradation de la pièce induite par la température.

3.) Réduction de la formation de fraises

Sur la base d'études axées sur les meilleures pratiques d'usinage à grande vitesse, une diminution notable de la formation de bavures est observée une fois qu'une vitesse de coupe suffisamment élevée a été atteinte. Cette réduction de la formation de fraises est fonction à la fois de la vitesse de coupe elle-même mais également de la conception géométrique appropriée de l'arête de coupe. En bref, un outil de coupe qui a été correctement conçu pour s'adapter au matériau de travail qui tourne à une vitesse suffisante affecte une coupe suffisamment rapide pour cisailler complètement et proprement le matériau, réduisant ou éliminant ainsi la formation d'une bavure.

4.) Amélioration de l'évacuation des copeaux

Semblable à la réduction de la formation de bavures, l'amélioration de l'évacuation des copeaux dont bénéficient ceux qui utilisent des pratiques de coupe à grande vitesse est principalement le résultat de la géométrie de l'outil de coupe combinée à l'état d'énergie élevée produit par le RPM appliqué. Avec une vitesse de coupe supérieure à 500 m/min et un outil de coupe optimisé pour évacuer un grand volume de copeaux en peu de temps, la charge de copeaux résultante peut être éjectée de la zone de traitement à grande vitesse, ce qui réduit considérablement la possibilité de réusinage de copeaux ou d'endommagement de la pièce due à une abondance de copeaux résiduels. Avec des vitesses de broche comprises entre 8 000 et 12 000 tr/min devenant très courantes sur le marché des machines-outils, la possibilité de tirer parti des avantages de la coupe à grande vitesse dans l'acier, la fonte et les alliages à base de nickel est déjà disponible pour les fabricants qui souhaitent s'adapter leurs stratégies à celles qui correspondent aux meilleures pratiques des HSC. La coupe à grande vitesse de matériaux non ferreux tels que le laiton, l'aluminium et les plastiques techniques exige une capacité de régime nettement plus élevée, et en tant que tel, ceux qui souhaitent profiter des avantages de la coupe à grande vitesse pour ces matériaux doivent se concentrer sur un équipement de fraisage capable de fonctionner à vitesses de broche à grande vitesse de 25 000 à 50 000 tr/min ou plus. Avec le besoin de pièces usinées qui affichent des niveaux de précision et de qualité toujours croissants, la coupe à grande vitesse offre un moyen de travailler "plus intelligemment, pas plus dur" - en tirant parti d'un système de fraisage CNC où une synergie entre le matériau, l'outil de coupe et la vitesse de coupe permet des niveaux de performance jamais vus dans les pratiques d'usinage traditionnelles.