Maîtriser le fraisage à grande vitesse : Stratégies d'outils éprouvées et configuration machine pour finitions premium

Il y a autant d'opinions sur le fraisage à grande vitesse avec de petits outils de fraisage et leur utilisation appropriée dans l'industrie manufacturière qu'il y a d'écrous et de boulons. Le bénéfice du fraisage à grande vitesse est qu'il permet des charges de coupe et des taux de copeaux plus faibles produisant de meilleures finitions de surface. Dans notre monde de l'usinage à grande vitesse, haute tolérance, haute production, il y a un mariage de nombreux points pour créer une pièce parfaite. Chez DATRON, nous promouvons une stratégie de la configuration appropriée de machine DATRON, maintien de matériau et outils de coupe avec vitesses et avances optimisées pour définir cette stratégie.

5 Incontournables pour la réussite en fraisage à grande vitesse :

1. Broche haute vitesse/fréquence sans vibration
2. Axes X, Y et Z rigides et sans vibration
3. Maintien de pièce rigide, support complet, sans vibration.
4. Outillage sans vibration
5. Programme optimisé utilisant avances et vitesses appropriées

Cette discussion concernera le quatrième point, l'outillage.

Donc votre atelier a fait l'investissement d'une fraiseuse à grande vitesse et vous avez été présenté avec un programme à exécuter. Peut-être une pièce de test, ou plusieurs, ou une série de production de centaines. Il n'y a pas de question si la fraiseuse performera, ce processus a été confirmé avant l'achat. Donc, le maintien de pièce et l'outillage feront ou briseront le succès de cette pièce.

Pour la discussion, nous supposerons que les quatre autres points ci-dessus ont été remplis (broche haute vitesse/fréquence sans vibration, axes X Y et Z sans vibration, maintien de pièce rigide support complet sans vibration, programme optimisé) donc discutons des Stratégies d'Outils pour Fraisage à Grande Vitesse.

Composition des Outils de Fraisage à Grande Vitesse

Acier rapide ou carbure ? Nous pouvons tous convenir que la vibration est un tueur et encore plus en fraisage à grande vitesse. L'opération à des vitesses et avances plus élevées pour répondre à la production, aux paramètres de coût et pour obtenir la meilleure finition dicte l'outillage le plus rigide et sans vibration. Il y a le potentiel de flexion avec l'outillage en acier rapide et vibration à des taux de grande vitesse. Donc, le besoin d'outillage rigide penche vers le carbure… carbure monobloc micro-grain de haute qualité.

Conception des Outils de Fraisage à Grande Vitesse

La conception géométrique des outils en carbure à grande vitesse, et spécifiquement des Outils DATRON, permet la coupe la plus efficace et propre du matériau à grande vitesse et avances. Cela permettrait des passes d'ébauche lourdes créant un copeau bien formé sans enroulement mettant toute l'énergie de coupe de la broche dans l'enlèvement de matière.

Maintien des Outils de Fraisage à Grande Vitesse

Vient ensuite le maintien approprié de l'outil. La vibration dans l'outillage est généralement le résultat d'outillage non fait pour le fraisage à grande vitesse, d'outils mal équilibrés ou d'outils mal serrés. Avec des broches à montage direct ou des porte-outils équilibrés pour broches HSK, une coupe sans vibration peut être atteinte. Le chargement correct de l'outil (outils à montage direct avec bague d'arrêt en laiton ou porte-outils HSK) nécessite un espace de 20% ou 4-6mm entre le sommet ou l'effilement de la goujure à la bague d'arrêt ou porte-outil HSK. Cela permet aux copeaux de s'éloigner librement de l'outil lors du fraisage. Cependant, il ne devrait y avoir qu'environ 80% de la tige remplissant le mandrin de serrage direct ou le porte-outil HSK. Le sommet de l'outil ne doit pas entrer en contact avec le sommet du mandrin ou du porte-outil HSK. Cela pourrait endommager votre broche.

Avances et Vitesses pour Outils de Fraisage à Grande Vitesse (Plus Évacuation Copeaux)

Maintenant, vient la partie amusante. Quelle est la meilleure vitesse et avance ? Et pour quel type d'évacuation de copeaux devriez-vous avoir pour votre programme ?

Généralement énoncé, la stratégie de fraisage avec fraises à grande vitesse ne suivra pas le même chemin qu'une fraiseuse conventionnelle, commodité (non-grande-vitesse). La capacité d'utiliser des outils plus petits plus vite, plus proprement, et à des avances élevées, permet des passes multiples avec un temps de cycle plus court que les pratiques d'usinage commodité standard. La haute finition élimine le besoin de processus de deuxième et troisième étapes normalement nécessaires en fraisage commodité machine.

Avec cela en tête, votre stratégie inclura une sélection d'outils qui répondront à vos pratiques de fraisage les plus courantes. Cela vous permet aussi de « régler » l'avance et la vitesse des outils sélectionnés et de chercher la meilleure vitesse et avance pour chaque outil et opération de fraisage. Cela peut être fait de diverses façons : Test de tape, Test de vibration, Test d'octave (hauteur harmonique) ou la vieille méthode d'essai et erreur. Le but final est de trouver les meilleures avances et vitesses pour les meilleurs résultats. La majorité des opérateurs DATRON réussis utiliseront la méthode d'essai et erreur.

Les vitesses (rpm) et avances (déplacement de coupe) publiées sont de bons points de départ mais ne sont que des points de départ au mieux. Vous devez considérer la machine, la broche, le matériau et l'outil ? Rappelez-vous que c'est un mariage de plusieurs facteurs pour maximiser votre stratégie : broche haute vitesse/fréquence, rigidité et tolérances des axes X Y et Z, maintien de pièce rigide. Type d'outil (conception géométrique, diamètre, goujure, longueur et maintien d'outil) et profondeur de passe affecteront tous l'avance et la vitesse.

Il y a aussi quelques anomalies en fraisage à grande vitesse. En fraisage à grande vitesse, le claquement et la vibration sont un tueur et disent généralement à l'opérateur de baisser la vitesse et/ou l'avance. Cependant dans la communauté du fraisage à grande vitesse, il y a de nombreux moments où monter, augmenter le taux de vitesse permettant une meilleure avance, meilleure charge de copeau, résoudra en fait le problème.

Vérification de la Charge de Copeau

La charge de copeau est l'épaisseur réelle du copeau produit dans le processus d'usinage. C'est le reflet de la combinaison du taux d'avance de la fraise (se déplaçant dans le matériau) et du taux de vitesse (à quelle vitesse elle tourne ; RPM). Une charge de copeau trop élevée causera une finition de bord insatisfaisante et/ou un mouvement de pièce dû à la pression de coupe accrue. Cela placera un stress plus élevé sur la broche et l'outil (risquant la casse) et causera certainement une usure plus élevée sur l'outil… raccourcissant ultimement sa vie utile. Le besoin d'une bonne charge de copeau aide à réduire la cause majeure de perte d'outil : La Chaleur. La chaleur est créée par le frottement de l'action de coupe de l'outil, arête de coupe au matériau. Avec la bonne évacuation du copeau vient la libération de la chaleur générée par l'action de coupe réduisant les dommages possibles à l'outil.

La charge de copeau est mesurée en millièmes de pouce (ex: 0.010) et est influencée par la vitesse de broche et le taux d'avance d'une machine CNC. Le nombre de goujures, la longueur de goujure, le diamètre de queue et la profondeur de coupe auront aussi un effet sur la charge de copeau. Le nombre d'arêtes de coupe sur un outil détermine comment la charge de copeau est divisée. Un outil à arête unique fournit toute la charge de copeau pendant une révolution, tandis qu'un outil à double arête divise la charge sur deux arêtes et ainsi de suite.

Formule pour Déterminer la Charge de Copeau :

charge de copeau = avance / (rpm x #arêtes de coupe)

Manipulation de la Charge de Copeau :

Pour Augmenter la Charge de Copeau :

• Augmenter le taux d'avance
• Diminuer le RPM
• Utiliser moins de goujures

Pour Diminuer la Charge de Copeau :

• Diminuer le taux d'avance
• Augmenter le RPM
• Utiliser plus de goujures

Pour votre référence, la plage de charge pour les Fraises en bout DATRON sera :
1mm Dia = .01mm (.000394)
20mm dia = .15mm (.7874)

Cela dépendra grandement du diamètre de queue et de la longueur de goujure. Utilisez toujours la longueur de goujure la plus courte pour l'exigence de profondeur de fraisage. Ralentir la production pour éviter le coût additionnel d'un outil est rarement justifié.

La capacité de charge de copeau est aussi affectée par la conception géométrique du fabricant. Par conséquent, il est toujours requis d'être familier avec les spécifications du fabricant pour l'outil.

Enfin, réglez la meilleure vitesse et avance en application réelle. Regardez et Écoutez. La finition du matériau et le ton que la broche fait avec l'outil pendant l'opération donneront une bonne indication si vous allez dans la bonne ou mauvaise direction. Avoir testé les outils avant de les spécifier en production vous donnera l'« avantage concurrentiel » pour votre application. Savoir quand la vibration de l'outil est introduite (à quelle vitesse) vous permettra d'amener l'opération de l'outil aussi près que possible sans introduire les résultats dévastateurs. Cela vous donnera la capacité de maximiser l'utilisation de l'outil, machine, broche et programme pour fraiser la meilleure pièce et finition.