Comparatif rapide des outils de coupe CNC : Fraises, tarauds et plus

Les machines CNC sont des équipements d'une polyvalence immense, en grande partie grâce à la gamme d'outils de coupe qu'elles peuvent accueillir. Des fraises aux tarauds, il existe un outil pour chaque opération, permettant à une machine CNC d'effectuer une variété de coupes et d'incisions dans une pièce.

Apprendre à connaître ces outils de coupe est un excellent moyen de comprendre l'usinage CNC en général. Et une meilleure compréhension de l'usinage vous aidera à concevoir des pièces mieux adaptées au processus de fabrication.

Cet article examine certains des outils de coupe d'usinage CNC les plus utilisés, bien qu'il en existe bien d'autres.

Bases des outils de coupe

Un outil de coupe est un dispositif utilisé pour enlever de la matière d'un bloc solide. Il est monté sur la broche d'une machine CNC, qui suit des instructions informatiques pour guider l'outil où il doit aller.

Les outils de coupe enlèvent la matière de la pièce par un processus de déformation par cisaillement. L'outil tranchant tourne à grande vitesse et coupe de minuscules copeaux dans la pièce, qui sont ensuite éjectés. Certains outils ne font contact qu'en un seul point, tandis que d'autres, comme les fraises, frappent la matière en plusieurs points.

La plupart des outils de coupe pour machines CNC comportent plusieurs gorges, qui sont des rainures hélicoïdales le long de l'extérieur de l'outil. Les gorges peuvent être vues comme les creux de l'outil, tandis que les dents, les crêtes tranchantes entre chaque gorge, en sont les pics. Les copeaux coupés voyagent le long des gorges lors de leur éjection.

Le nombre idéal de gorges dépend du matériau de la pièce. Un outil avec moins de gorges est préférable pour les matériaux tendres, car la largeur accrue des gorges permet d'évacuer des copeaux plus gros. Un nombre de gorges plus élevé peut augmenter la vitesse et convient aux matériaux durs, mais peut entraîner du bourrage de copeaux, chaque gorge étant plus étroite.

Le type d'outil de coupe affecte la taille du copeau enlevé, tout comme la vitesse de broche et le débit d'avance.

Matériaux des outils de coupe

Pour couper à travers la pièce solide, les outils doivent être faits d'un matériau plus dur que celui de la pièce. Comme l'usinage CNC sert régulièrement à créer des pièces en matériaux très durs, cela limite le nombre de matériaux disponibles pour les outils.

Matériaux courants :

Acier au carbone

Alliage d'acier abordable contenant 0,6-1,5 % de carbone, ainsi que du silicium et du manganèse.

Acier rapide (HSS)

Plus cher, le HSS est plus dur et plus tenace que l'acier au carbone grâce à son mélange de chrome, tungstène et molybdène.

Carbure

Généralement fritté avec un autre métal comme le titane, les outils en carbure sont résistants à l'usure et à la chaleur, offrant une excellente finition de surface.

Céramique

Utilisés pour couper les superalliages, la fonte et autres matériaux robustes, les outils céramiques résistent à la corrosion et à la chaleur.

Revêtements d'outils de coupe

La fonction d'un outil dépend de sa forme et son matériau, mais peut aussi être ajustée par un revêtement sur le matériau principal.

Ces revêtements peuvent rendre les outils plus durs, augmenter leur durée de vie ou leur permettre de couper plus vite sans compromettre la pièce.

Revêtements courants :

Nitrure de titane (TiN)

Revêtement polyvalent à haute température d'oxydation qui augmente la dureté de l'outil.

Carbo-nitrure de titane (TiCN)

Ajoute lubrification de surface et dureté à l'outil.

Nitrure de titane-aluminium (Al-TiN)

Ajoute résistance thermique aux outils en carbure, surtout avec peu de lubrifiant.

Diamant

Revêtement haute performance pour couper matériaux abrasifs.

Nitrure de chrome (CrN)

Ajoute résistance à la corrosion et dureté aux outils.

1. Fraise (End mill)

La fraise bout est l'outil le plus utilisé pour l'usinage CNC vertical. Avec des dents de coupe à une extrémité et sur les côtés, les fraises bout peuvent enlever de grandes quantités de matière rapidement.

Les fraises bout existent sous de nombreuses formes. Certaines n'ont qu'une seule gorge, d'autres jusqu'à huit ou plus (au-delà de quatre, l'évacuation des copeaux peut devenir problématique).

Types de fraises bout :

• Plate : Outil polyvalent à face plate pour caractéristiques 2D
• Hémisphérique (Ball nose) : Extrémité sphérique pour contours et courbes 3D
• Toroïdale (Bull nose) : Fond plat et coin arrondi pour congés et ébauche

2. Fraise d'ébauche (Roughing end mill)

La fraise d'ébauche est un type de fraise bout utilisée pour enlever de plus grandes quantités de matière avec moins de précision qu'une fraise standard.

L'outil a des dents déchiquetées qui enlèvent de larges sections de matière mais laissent une finition rugueuse. Il produit de petits copeaux faciles à évacuer.

3. Fraise à surfacer (Face mill)

Les fraises à surfacer consistent en un corps solide avec des plaquettes de coupe interchangeables, généralement en carbure. Elles servent à créer des surfaces planes sur la pièce, souvent avant qu'un autre type de fraise ne crée des détails.

Comme les arêtes de coupe sont sur les côtés, la coupe doit se faire horizontalement.

Cependant, les fraises à surfacer peuvent être plus rentables que d'autres outils, car les variations de profil de coupe s'obtiennent en remplaçant les petites plaquettes plutôt que l'outil entier.

4. Fraise volante (Fly cutter)

Les fraises volantes comportent une ou deux arêtes d'outil dans un corps solide. Les arêtes font des coupes larges et peu profondes, produisant une finition de surface lisse.

Il est plus courant de trouver des fraises volantes à une arête, mais celles à deux — parfois appelées « barres volantes » — offrent un balayage plus large.

Moins chères que les fraises à surfacer, les fraises volantes peuvent néanmoins servir à des fins similaires.

5. Taraud (Thread mill)

De nombreux ingénieurs préfèrent faire les filets avec des tarauds manuels, mais les filets peuvent aussi être faits avec une machine CNC équipée d'un taraud de fraisage.

Les tarauds de fraisage peuvent couper des filets internes ou externes, et peuvent être meilleurs que les tarauds pour percer des métaux très durs ou des pièces asymétriques.

6. Foret (Drill bit)

Les machines CNC peuvent être équipées de divers forets pour différentes opérations. Les forets ont une ou plusieurs gorges et une pointe conique.

Forets utilisés en usinage CNC :

• Foret hélicoïdal : Pour percer des trous dans la pièce
• Foret de centrage : Pour localiser précisément un trou avant perçage
• Foret d'éjection : Pour perçage de trous profonds

7. Alésoir (Reamer)

Les alésoirs servent à élargir des trous existants, fournissant un diamètre exact et une excellente finition de surface.

Les alésoirs peuvent créer des trous avec des tolérances bien plus serrées que d'autres outils.

8. Fraise creuse (Hollow mill)

Les fraises creuses sont des outils de coupe en forme de tube, comme des fraises bout inversées. Leurs arêtes de coupe sont à l'intérieur du tube, et elles peuvent créer des formes comme des pointes pleines et des rayons de forme.

9. Fraise côté-face (Side-and-face cutter)

Les fraises côté-face ont des dents sur leur côté et sur leur circonférence, et conviennent aux coupes déséquilibrées.

Ces outils peuvent couper des rainures et gorges à des avances rapides. Leurs dents peuvent être droites ou décalées.

10. Fraise à engrenages (Gear cutter)

Les fraiseuses CNC sont parfois utilisées pour créer des engrenages métalliques pour l'industrie. Des outils de coupe d'engrenages spécifiques peuvent être utilisés.

La coupe d'engrenages nécessite parfois un type spécial de fraiseuse appelé machine à tailler les engrenages.

11. Fraise cylindrique (Slab mill)

Les fraises cylindriques ou fraises à surfacer simples sont utilisées pour fraiser des surfaces planes, généralement avec la surface cible montée parallèlement à la table de la machine.

Ces outils n'ont pas de dents latérales, et peuvent servir à l'usinage général ou lourd.

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