Fraisage en concertation vs conventionnel : quelle méthode CNC offre les meilleurs résultats ?

Le fraisage figure parmi les procédés de fabrication soustractive les plus courants, utilisant un outil rotatif pour couper une surface plane stationnaire. Avant de démarrer le processus, les opérateurs doivent tenir compte de plusieurs paramètres, et un dilemme fréquent consiste à choisir entre le fraisage en concertation (climb milling) et le fraisage conventionnel.

Ces deux approches présentent chacune leurs avantages et inconvénients, il n'y a donc pas de vainqueur absolu. Le meilleur choix dépend de votre application, de vos préférences et des caractéristiques de processus recherchées.

Nous allons examiner en détail le fraisage conventionnel et le fraisage en concertation, puis les comparer pour vous aider à prendre une décision éclairée le moment venu.

Qu'est-ce que le fraisage en concertation ?

Le fraisage en concertation, aussi appelé fraisage avalant (down milling), est un processus où l'outil de coupe CNC tourne dans le même sens que l'avance de la pièce. Le nom vient du fait que les dents de l'outil « montent » sur la surface de la pièce et déposent les copeaux derrière le cutter, ce qui élimine les risques de recoupes.

D'autres propriétés distinguent le fraisage en concertation : des forces de coupe orientées vers le bas (réduisant les exigences de bridage), une épaisseur de copeau qui diminue au fil du processus, et des spécifications particulières du plan de cisaillement.

Ces propriétés créent des conditions de processus favorables et confèrent au fraisage en concertation plusieurs avantages majeurs :

Finition de surface améliorée

L'épaisseur du copeau débute à son maximum puis diminue progressivement pendant le fraisage en concertation. Cela entraîne moins de déformations pendant la coupe. De plus, les copeaux étant évacués derrière l'outil, il n'y a pas de recoupe, ce qui se traduit par une excellente finition de surface pour les pièces usinées CNC.

Faible génération de chaleur et charge de coupe réduite

Puisque la largeur du copeau diminue graduellement, la chaleur générée reste confinée dans la pièce. Par ailleurs, les forces de coupe étant dirigées vers le bas, les exigences de bridage de la pièce s'en trouvent réduites lors des opérations de fraisage horizontal.

Meilleure durée de vie de l'outil

La réduction des déformations et de la chaleur dans le fraisage en concertation a un impact direct sur la durée de vie de l'outil. Celui-ci subissant moins de contraintes, sa durée de service s'en trouve naturellement prolongée.

Si le fraisage en concertation excelle à bien des égards, il présente aussi des limitations sévères. Voici ses principaux inconvénients :

Vibrations excessives

Lors de l'usinage de pièces épaisses ou à des vitesses d'avance élevées, de fortes vibrations apparaissent du fait de l'impact de l'outil sur la pièce. Ces vibrations peuvent provoquer déformation de l'outil et dommages, affectant la précision globale de la pièce.

Jeu (backlash)

Autre problème fréquent du fraisage en concertation : le jeu, qui survient lorsque les forces de coupe sont insuffisantes. Bien que rare sur les fraiseuses CNC modernes, ce défaut affecte presque systématiquement les machines plus anciennes.

La cause principale est l'entraînement de la table par le cutter pendant les opérations. Ce jeu peut causer des blessures par projection d'éclats et doit être pris au sérieux. Il est recommandé d'éviter le fraisage en concertation sur machines anciennes ou d'utiliser un éliminateur de jeu, composant additionnel qui absorbe l'énergie des projections et permet de profiter des avantages du fraisage en concertation.

Inadaptation aux matériaux durs

Le fraisage en concertation ne convient pas aux matériaux durs ou rigides comme la fonte, l'acier et autres, car ils peuvent endommager l'outil de coupe. Au début du processus, l'épaisseur du copeau est maximale, ce qui peut détériorer l'outil lors de l'attaque de matériaux durs.

Qu'est-ce que le fraisage conventionnel ?

Comme son nom l'indique, le fraisage conventionnel est l'approche traditionnelle où la rotation de l'outil de coupe s'oppose au mouvement de la pièce. La coupe s'effectue vers le haut, d'où l'appellation « fraisage montant » (up milling).

Le fraisage conventionnel est l'exact opposé du fraisage en concertation. L'épaisseur du copeau part de pratiquement zéro pour augmenter progressivement. Les copeaux s'évacuent dans le sens de rotation de l'outil, et la pièce subit une force de décollement vers le haut du fait de l'action de coupe.

Comme le fraisage en concertation, le fraisage conventionnel présente ses avantages et ses limites. Voici ses atouts majeurs :

Absence de jeu

L'un des plus grands avantages du fraisage montant est l'absence de jeu. La rotation de l'outil et le mouvement de la pièce n'entraînent pas la table, éliminant tout risque de jeu. Historiquement, avant l'apparition d'éliminateurs de jeu, le fraisage conventionnel était l'option privilégiée.

Stabilité accrue

En fraisage en concertation, la pièce a tendance à être attirée vers l'opérateur, ce qui peut nuire à la précision. Le fraisage conventionnel n'a pas cet inconvénient, offrant un meilleur contrôle et une plus grande stabilité des résultats.

De plus, le fraisage montant ne génère pas de vibrations excessives lors de la coupe de matériaux durs, car l'épaisseur du copeau augmente progressivement et maintient la pièce stable tout au long des opérations.

Meilleur contrôle

Pendant les opérations de fraisage, l'outil a tendance à fléchir en s'éloignant de la pièce. Si cela affecte la finition de surface, cela présente aussi un avantage : le risque de coupe involontaire est faible, et les coupes ne seront pas trop profondes même si cela se produit.

Le fraisage conventionnel a aussi ses inconvénients. Les plus importants sont :

Génération excessive de chaleur

Le fraisage conventionnel évacue les copeaux en augmentant progressivement leur largeur, ce qui signifie que toute la chaleur générée est absorbée par l'outil. Les outils de fraisage conventionnel sont donc plus sujets à la surchauffe, ce qui peut réduire leur durée de vie.

Finition rugueuse

Le processus de coupe en fraisage conventionnel provoque inévitablement une déformation de l'outil et de la pièce, résultant en une surface plus rugueuse. Cependant, cette caractéristique lui permet de traiter plus efficacement les matériaux durs. C'est pourquoi le fraisage conventionnel est préférable pour la fonte et les aciers à haute teneur en carbone.

Domages à l'outil

La chaleur excessive, combinée aux forces de frottement et aux forces verticales, cause des dommages importants à l'outil, affectant sa durée de vie et pouvant altérer la précision de la pièce.

Fraisage en concertation vs conventionnel : comparaison de la déflexion d'outil et de la précision de coupe

Lorsque les experts comparent le fraisage en concertation et le fraisage conventionnel (finition de surface ou autres paramètres de performance), les facteurs clés sont la déflexion d'outil et la précision de coupe. Ces deux éléments combinés ont l'impact le plus important sur le résultat et le processus lui-même. La déflexion d'outil influence la génération de chaleur, tandis que la précision de coupe impacte directement les résultats.

Concernant la déflexion d'outil, le fraisage conventionnel a l'avantage. La raison réside dans la direction des forces réactives : en fraisage conventionnel, celles-ci sont presque parallèles à l'avance de l'outil, ce qui réduit l'erreur et améliore le contrôle du processus.

Le fraisage en concertation, lui, présente une déflexion perpendiculaire au mouvement de la pièce. Cela cause davantage de déflexion et peut même déplacer la pièce, affectant la précision des résultats.

Globalement, l'approche conventionnelle offre un meilleur contrôle et une plus grande stabilité grâce à la déflexion d'outil. Cependant, la précision n'est pas le seul critère. Pour la finition de surface, la précision et la longévité des outils, c'est le fraisage en concertation qui l'emporte et délivre les meilleurs résultats globaux.

Quand choisir le fraisage en concertation ou le fraisage conventionnel ?

Le choix entre fraisage montant et fraisage avalant dépend de votre application, de vos exigences, du matériau et d'autres facteurs. On entend souvent que le fraisage en concertation est supérieur car il génère moins de charge, offre une meilleure finition et prolonge la durée de vie de l'outil. Pourtant, ce n'est pas une approche universelle en raison de ses inconvénients majeurs.

De même, le fraisage conventionnel a des avantages évidents, mais ses limitations sont tout aussi significatives. Une compréhension approfondie des deux processus est donc essentielle pour faire le bon choix et obtenir des résultats constants.

Voici quelques conseils pour choisir entre fraisage conventionnel et fraisage en concertation :

• Privilégiez le fraisage en concertation pour les petites pièces nécessitant une finition impeccable
• N'utilisez pas le fraisage en concertation avec des défonceuses portatives
• Assurez-vous que la machine traditionnelle dispose d'un éliminateur de jeu pour le fraisage en concertation
• Utilisez le fraisage conventionnel pour les matériaux durs, rigides ou les pièces trempées
• Évitez le fraisage en concertation pour la première passe si le matériau est oxydé ou présente une surface rugueuse
• Pour la meilleure précision, utilisez le fraisage en concertation pour la passe de finition

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Conclusion

Le débat entre fraisage en concertation et fraisage conventionnel est ancien et n'a pas de vainqueur unique. Les débutants dans l'industrie pensent souvent que le fraisage en concertation est meilleur en raison de sa simplicité et de ses paramètres de performance. Pourtant, le fraisage conventionnel a ses propres atouts.

Finalement, la bonne technique de fraisage dépend de votre application et des exigences spécifiques du projet. Mais il est crucial de connaître les bases des deux processus pour prendre une décision éclairée.