Choisir les bonnes stratégies d'usinage métal pour un prototypage rentable

L'usinage du métal et spécifiquement le fraisage sont répandus dans les techniques de prototypage modernes. Les fabricants de prototypes tendent à maximiser les capacités de leur équipement en matière de technologie. L'une des méthodes devenues populaires ces dernières années est le fraisage hélicoïdal. Essayons de clarifier ce qu'est le fraisage hélicoïdal, ses avantages et inconvénients et comment vous pouvez utiliser cette connaissance lors de la conception de votre prototype pour réduire ses coûts de fabrication.

Qu'est-ce que le fraisage hélicoïdal ?

Le fraisage hélicoïdal est un processus alternatif de perçage de trous. Ce processus implique une fraise en bout qui suit une trajectoire hélicoïdale pour réaliser un alésage de haute qualité. Il offre beaucoup d'avantages par rapport au perçage conventionnel et peut carrément remplacer les machines d'alésage, ce qui est toujours avantageux pour les ateliers de prototypage car ils veulent vraiment éviter d'acheter beaucoup d'équipement. (Ha, pas dire qu'elles sont émoussées, elles sont assez tranchantes en fait, attendez... elles sont ennuyeuses et tranchantes en même temps. Ce jeu de mots me tue). Le fraisage hélicoïdal peut être utilisé pour créer des alésages de pratiquement n'importe quelle forme, la force de coupe est plus faible, l'usure de l'outil aussi et la qualité atteignable peut être assez élevée.

Pourquoi pas le perçage ?

La principale alternative au fraisage hélicoïdal est le perçage conventionnel. C'est une méthode très répandue de faire des trous. Statistiquement, le perçage prend jusqu'à 25 % du temps de cycle et 33 % du nombre total d'opérations d'usinage lors de la fabrication d'une pièce métallique. Mais pourquoi devriez-vous envisager le fraisage ? Malgré le fait qu'évidemment, la cinématique est beaucoup plus simple, le perçage a une gamme d'inconvénients qui justifient l'utilisation d'une technique de fraisage plus compliquée.

Par exemple, la vitesse de perçage diffère avec le diamètre. Elle est la plus élevée à son point externe et est pratiquement nulle au centre de la mèche (là où se trouve l'axe). Cela signifie que le processus d'usinage près de l'axe de révolution n'est pas réellement de la coupe mais de la déformation plastique. Cela augmente la force de poussée de l'outil et l'outil s'use drastiquement.

À cause de la force de poussée axiale, la mèche, surtout une usée, va plier une fine couche de métal en sortant du stock. Le matériau résiduel résultant dépasse autour du trou et doit être enlevé manuellement. L'utilisation d'une fraise au lieu réduit drastiquement le matériau résiduel.

Le perçage fournit d'affreuses conditions d'évacuation des copeaux. Le matériau traité ne peut être évacué que par les goujures de la mèche. L'évacuation des copeaux influence la finition de surface du trou et la température de coupe. Alors que les morceaux de métal se déplacent de la zone de coupe à travers les goujures vers la surface, ils grattent les parois du trou et abaissent la finition de surface. Il a été prouvé que les copeaux emportent jusqu'à 80 % de la chaleur de coupe, donc les problèmes d'évacuation augmentent la température de la mèche. Elle s'use plus vite à cause de cela. Pour augmenter le taux d'évacuation des copeaux, les opérateurs utilisent des méthodes de perçage discret. La mèche traite une partie de la longueur totale après laquelle elle est retirée. C'est une bonne stratégie mais le temps de perçage augmente.

Comme vous pouvez le voir, le perçage a des inconvénients significatifs, donc dans la tendance à augmenter l'efficacité d'usinage et donc l'efficacité des ateliers de prototypage, les fabricants emploient le fraisage hélicoïdal.

Quelques spécificités du fraisage hélicoïdal

Passons en revue certains des processus qui se produisent dans le fraisage hélicoïdal.

Premièrement, la fraise en bout se déplace le long d'un chemin hélicoïdal. Cela signifie que le centre d'usinage doit combiner le mouvement vertical de l'axe Z et le mouvement horizontal des axes X-Y. Cela rend le programme NC très complexe à écrire manuellement, cependant, beaucoup de systèmes FAO ont adopté le fraisage hélicoïdal comme l'une des stratégies.

La géométrie du copeau consiste en deux zones : la zone bleue créée par le côté de la fraise en bout et la zone rouge créée par la face de la fraise. Il a été prouvé que le rapport entre les deux zones est déterminé uniquement par les diamètres de l'outil et de l'alésage.

Avec l'augmentation du diamètre de l'outil, la zone bleue augmente. Elle fournit un fraisage pire en termes de vibrations car le copeau bleu est discontinu, contrairement au rouge. Donc la finition de surface sera pire. De plus, avec l'augmentation du volume enlevé par le côté de la fraise, les forces de coupe radiales augmentent (Fr rouge sur l'image) et elles plient l'outil à l'intérieur du trou, donc la tolérance diminue. L'effet négatif est diminué dans une certaine mesure par le fait que les outils plus grands ont plus de rigidité.

Si l'outil est plus petit, la zone rouge prévaut, donc la force radiale est faible, ainsi que les vibrations, cependant la diminution du diamètre de l'outil est limitée par la rigidité du système.

Je dirais qu'utiliser un outil plus grand au début est mieux et le changer pour un plus petit pour une coupe finale avec faible profondeur et avance donnera une excellente finition de surface.

Raisons d'utiliser le fraisage hélicoïdal

Comme vous pouvez le voir, le fraisage hélicoïdal est un processus prometteur qui offre un certain nombre d'avantages.

Vous pouvez atteindre n'importe quel diamètre avec une meilleure précision et qualité de surface sans changer l'outil. Si vous avez déjà percé un trou plus grand que 35 mm, vous saurez que le faire avec une seule mèche est une mauvaise décision. C'est généralement fait avec une gamme de mèches plus petites, par exemple, le trou initial sera de 10 mm, puis il sera percé à 20 mm avec une mèche plus grande et seulement ensuite à 35 mm. Après, si vous avez besoin de plus de précision ou de finition de surface, vous alésez ou chanfreinez le trou. C'est comme 4-6 changements d'outils pour faire un trou. Eh bien, avec le fraisage hélicoïdal, vous n'aurez juste besoin d'utiliser une fraise en bout pour couper le trou et puis utiliser une avance plus petite pour atteindre la tolérance et la qualité désirées. Vous pouvez atteindre jusqu'à IT7 avec Ra 1,25 sans changer les outils.

Vous avez une température de coupe plus basse et une meilleure évacuation des copeaux. La fraise en bout ne prend pas tout l'espace de l'alésage. C'est l'avantage principal. Vous n'avez pas à extraire l'outil après l'enfoncement de chaque 30 mm environ. Vaporisez juste le fluide de coupe dans le trou et il supprimera le copeau et baissera la température de l'usinage.

Vous pouvez prédire l'usure de l'outil et faire des modifications de trajectoire. L'un des principaux problèmes du perçage est que quand la mèche est usée, vous ne la voyez mostly une fois qu'elle est complètement cassée quand on usine des matériaux durs, elle peut même rester coincée dans l'alésage. Avec le fraisage hélicoïdal, vous faites basically juste du fraisage. Donc, vous pouvez prédire l'usure de l'outil en utilisant des méthodes de calcul standard ou en utilisant la durée de vie de l'outil spécifiée par le fabricant. Vous pouvez même prendre ces changements en compte pendant le processus. Donc, vous pouvez changer un peu la trajectoire pour préserver la dimension du diamètre. Vous ne pouvez pas vraiment faire ça avec le perçage. Oh, au fait, la durée de vie de l'outil est déterminée par l'usure de la face de l'outil (copeau zone rouge).

Conclusions

Bien sûr, le fraisage hélicoïdal est un processus innovant et il a ses inconvénients. Par exemple, son taux d'évacuation des copeaux n'est pas aussi rapide et ses paramètres ne sont pas encore si bien étudiés. Cependant, cette technique réduit le nombre de configurations, d'usinage et d'outillage, tout en conservant la qualité des alésages. C'est un avantage considérable pour les fabricants de prototypes qui veulent minimiser la quantité d'outillage et d'équipement requis.