Maîtriser le fraisage de filetage :techniques de filetage CNC expertes et meilleures pratiques

Qu'est-ce que le fraisage de filetage ?

Nous commencerons par une introduction technique au filetage à la fraise. Il s'agit d'un type d'opération de fraisage qui crée des filetages internes ou externes dans une pièce à l'aide d'une fraise à fileter. Dans le fraisage de filetage, l'outil tourne (il s'agit d'un processus de fraisage) et suit un parcours d'outil hélicoïdal.

Le fraisage de filetage CNC est un processus de haute précision dans lequel l'outil de coupe se déplace en coordination avec les axes de la machine, en utilisant des techniques d'interpolation avancées. Le filetage CNC offre beaucoup de contrôle et de polyvalence à l'utilisateur, en plus d'être une alternative plus sûre aux autres opérations de filetage.

Paramètres clés du fraisage de filetage

Le filetage est un processus de fraisage complexe comportant plusieurs paramètres essentiels. Ces paramètres concernent le processus de coupe ainsi que le mouvement synchrone entre l'outil et la pièce.

Les sections suivantes décrivent les paramètres importants de fraisage de filetage.

Pas de filetage

Le pas du filetage est sans doute le paramètre le plus déterminant pour les opérations de filetage. Chaque conception de filetage a un filetage spécifique, définissant la distance entre les filetages adjacents.

L'outil de coupe doit avancer en fonction de la définition du pas de filetage afin de couper le pas de filetage correct. Cela a généralement un impact sur le parcours d'outil et la planification du mouvement hélicoïdal dans la phase de programmation CAM du processus.

Vitesse de broche

La vitesse de broche détermine la vitesse à laquelle l'outil tourne le long de son axe. L'unité commune pour la vitesse de broche est le nombre de tours par minute (RPM). Les machinistes sélectionnent la vitesse de broche en fonction du matériau de la pièce à usiner, du diamètre de l'outil et de la durée de vie de l'outil.

Généralement, des vitesses plus élevées sont préférables pour le filetage CNC afin de maximiser la productivité et la qualité de surface. Cependant, des vitesses trop élevées génèrent également de la chaleur et, par conséquent, des imprécisions dimensionnelles.

Avance de coupe

L'avance de coupe, mesurée en unités de mm/tour, mm/min ou mm/dent, dicte la façon dont la fraise à fileter se déplace le long de son parcours d'outil. Des vitesses d'avance de coupe plus élevées donnent des résultats plus rapides mais détériorent l'état de surface et la précision, qui sont les principales considérations dans la plupart des composants filetés. Ces règles sont similaires à tout processus de fraisage comme le rainurage.

Un filetage avec une rugosité élevée ou une mauvaise finition risque de se coincer, nécessitant une force excessive et ruinant la pièce.

Généralement, les avances comprises entre 0,05 et 0,15 mm/dent constituent la norme industrielle acceptée.

Profondeur de coupe

La profondeur de coupe contrôle la profondeur de coupe de l'outil dans la surface de la pièce. Une profondeur de coupe plus petite convient aux métaux difficiles à couper, mais elle nécessite plus de passes pour obtenir la profondeur de filetage correcte.

Au contraire, les ingénieurs de fabrication préfèrent la découpe en un seul passage pour les filetages mineurs et les matériaux faciles à couper. Dans ce cas, la profondeur de coupe radiale est équivalente à la profondeur du filetage.

Fraisage de filetage par rapport aux autres opérations de filetage

Le fraisage de filetage n'est pas le seul type d'opération de filetage. Les machinistes disposent de toute une gamme de techniques de filetage pour couper les fils. Cependant, chaque processus a ses avantages et ses inconvénients.

Jetons un bref coup d'œil à la façon dont le filetage CNC se compare aux méthodes de filetage conventionnelles.

Fraisage de filetage ou taraudage

Le taraudage est une méthode de filetage dans laquelle la fraise (un taraud) pénètre dans le trou/sur l'arbre comme un foret, coupant les filetages en cours de route.

La principale différence entre ces deux méthodes est que le filetage à la fraise peut couper des filetages sur différents diamètres et pas, tandis qu'une fraise à tarauder est limitée à un diamètre et un pas spécifiques. Les tarauds sont également connus pour leur mauvaise évacuation des copeaux et leurs bris occasionnels.

Le taraudage reste cependant un choix populaire dans les environnements d'atelier d'usinage en raison de sa vitesse plus élevée et de son coût inférieur, ce qui constitue une bonne affaire pour sa précision dimensionnelle inférieure.

Fraisage de filets ou tournage de filets

La principale différence ici est simple. Le tournage du filetage est effectué sur le tour, tandis que le fraisage du filetage utilise une fraiseuse.

Le filetage par tournage est plus adapté aux pièces cylindriques présentant des diamètres importants et des exigences de concentricité. Le fraisage de filets, en revanche, est plus polyvalent en termes de parcours d'outils et de gestion de géométries complexes.

Fraisage de filets ou roulage de filets

Le laminage de filets est un processus de formage qui n'implique pas de découpe de matériau comme le fraisage.
Le laminage de filetage consiste à placer la pièce entre des matrices de forgeage avec le motif de filetage découpé dans leur surface. Ils forment les filetages sur la surface de la pièce en appliquant de la température et de la pression. Généralement, cela donne des fils plus solides et plus lisses grâce au processus de forgeage à froid.

Cependant, le laminage de filets nécessite un équipement spécialisé et coûteux et n'est pas aussi polyvalent que le fraisage de filets en termes de géométrie et de contrôle du filetage.

Types de fraises à fileter

Le fraisage de filets est un processus polyvalent avec un certain nombre de fraises à la disposition des ingénieurs et techniciens de production. Les sections suivantes couvrent les principaux types d'outils de filetage CNC.

Flûte droite

Les fraises à fileter à goujures droites ont des arêtes de coupe parallèles à l'axe de l'outil. Cette configuration les rend rigides et parfaits pour une utilisation avec des matériaux souples et des opérations de filetage à basse vitesse. Généralement, leur rigidité les rend résistants aux déformations et à la casse.

Cependant, en raison de l’absence d’angle d’hélice, l’évacuation des copeaux lors de l’utilisation de fraises à goujures droites peut s’avérer difficile. Par conséquent, leur utilisation est limitée aux fils peu profonds.

Flûte hélicoïdale

Les fraises à flûtes hélicoïdales, comme leur nom l'indique, présentent un angle d'hélice dans les arêtes de coupe, leur donnant leur forme caractéristique en spirale. L'angle d'hélice facilite la gestion de la charge et l'évacuation des copeaux, ce qui les rend adaptés aux matériaux difficiles à couper.

Les fraises à fileter à goujures hélicoïdales sont mieux adaptées aux paramètres de coupe agressifs, prenant en charge des vitesses et des avances élevées sans problèmes tels que les vibrations et les vibrations.

Profil unique

Les fraises à profil unique, également à pointe unique, ne comportent qu'une seule rangée de dents à l'extrémité de leur longueur. Cette caractéristique de conception les rend très polyvalents, car les machinistes obtiennent alors un contrôle séparé sur chaque fil.

Ces fraises à fileter sont préférables pour les travaux de filetage personnalisés comme les filetages à pas variable.

Cependant, leur inconvénient est qu'ils nécessitent un nombre élevé de passes pour terminer le filetage puisqu'ils n'ont qu'un seul tranchant. Par conséquent, ils ne constituent pas un choix populaire pour les conceptions de filetage standard.

Marches internes/externes

Les filetages peuvent être internes, comme dans les filetages à l'intérieur des trous, ou externes, comme dans le cas des boulons ou des goujons. Il existe des fraises à fileter spécialisées pour ces deux types de filetage.

Par exemple, dans les opérations de filetage CNC internes, il n'y a pas beaucoup d'espace à occuper pour l'outil car il se trouve à l'intérieur d'un trou ; ainsi, les fraises à filetage interne présentent une conception de type barre d'alésage avec un petit bord de coupe saillant.

Les fraises à filetage externe ressemblent davantage aux fraises en bout avec des cannelures régulières, une géométrie d'outil et des filetages.

Avantages et limites du fraisage de filetage

Le fraisage de filets n'est pas la seule opération d'usinage permettant de découper des filetages dans des pièces. Avec d'autres choix disponibles, les ingénieurs ont le luxe de choisir le meilleur processus de filetage pour leur application.

Avantages du fraisage de filetage

• Flexibilité :Le fraisage de filetage CNC est assez polyvalent. Une fraise à filetage unique peut couper différents types de filetages, tailles de filetage et pas.
• Meilleur contrôle  :Le fraisage de filetage donne aux machinistes un meilleur contrôle pour résoudre des problèmes tels que le filetage de trous borgnes, les matériaux difficiles à couper et la casse d'outils.
• Qualité :Le filetage CNC produit généralement des filetages lisses et sans bavures par rapport aux autres techniques de filetage. Cela est principalement dû au contrôle précis au niveau CNC et à la qualité des fraises à fileter.
• Meilleure évacuation des copeaux  :Des programmes d'évacuation des copeaux optimaux et une précision de mouvement élevée conduisent à une élimination des copeaux plus efficace et plus sûre dans les opérations de filetage CNC.

Inconvénients du filetage à la fraise

• Dépendance CNC :Le fraisage de filets ne peut pas être effectué facilement sur une fraiseuse manuelle avec des précisions élevées. Par conséquent, pour les applications de précision, les opérateurs doivent s'appuyer sur une machine CNC pour produire des filetages.
• Coût des outils :Les fraises à fileter ont des caractéristiques géométriques spéciales, ce qui les rend plus coûteuses que les fraises ordinaires.
• Exigence de vitesse élevée  : Le filetage CNC fin nécessite des machines à grande vitesse, qui ne sont pas toujours disponibles dans tous les ateliers d'usinage.

Bonnes pratiques pour le fraisage de filetage CNC

Les experts en usinage suivent un certain nombre de bonnes pratiques lors de la planification d’une opération de fraisage de filets CNC. Les points suivants résument ces lignes directrices :

• Interpolation hélicoïdale :Les parcours d'outils hélicoïdaux sont la méthode incontournable pour programmer les opérations de filetage CNC. Il est préférable d'utiliser des codes standards comme G32/G33 pour les opérations de threading.
• Chanfrein/trou de départ pré-percé :Les experts recommandent d'utiliser des chanfreins ou des trous pré-percés avant de commencer le fraisage de filets. Ces caractéristiques guident le coupe-filetage vers la position correcte, réduisent les charges de coupe et permettent une entrée en douceur dans la coupe.
• Fraisage en montée :Le fraisage en montée est préférable pour le filetage CNC car il génère une surface lisse. Dans le fraisage conventionnel, la fraise frotte contre la surface du filetage et sa durée de vie est réduite en raison de la chaleur et de la friction.
• Découpe en plusieurs passes :L'usinage de l'intégralité du filetage en une seule passe (une profondeur de passe) peut conduire à une finition de surface rugueuse et à des forces de coupe élevées. Plusieurs passes radiales peuvent améliorer considérablement la qualité du filetage.
• Petit diamètre de coupe :Le diamètre de la fraise a un impact sur le parcours d'outil. Une petite fraise nécessite une trajectoire de coupe de plus grand diamètre, permettant à son centre de passer très près de la surface de filetage. Cela réduit les risques d'erreurs de formulaire dans le profil du fil de discussion.
• Optimiser le parcours d'outil  :Les fonctionnalités de parcours d'outil telles que les techniques d'entrée/sortie et d'interpolation peuvent être optimisées dans le logiciel de FAO, ce qui entraîne moins de vibrations, de pannes de coupe et de problèmes de qualité.
• Stratégie du liquide de refroidissement :L'application de liquide de refroidissement affecte la qualité de la surface usinée. Certains matériaux, comme l'acier inoxydable, sont utilisés pour une lubrification efficace au niveau de la zone de coupe, mais dans certains cas, l'usinage à sec est préférable pour éviter les chocs thermiques au niveau de l'interface de coupe.

Applications courantes du fraisage de filetage

Le fraisage de filetage CNC est un processus universel dans tout atelier d'usinage. Étant donné que la plupart des composants mécaniques font partie d'assemblages plus grands, il est courant de rencontrer des fonctionnalités filetées.

Voici une liste de quelques applications industrielles courantes du fraisage de filetage :

• Blocs moteurs automobiles :Les boulons sont le premier choix pour assembler différents blocs moteurs. De plus, la plupart des capteurs, comme les capteurs de température, comportent également des filetages pour l'installation.
• Médical  :Les vis à os et les implants dentaires utilisent généralement des pièces de fraisage de filetage de précision pour fournir une fixation rigide et confortable.
• Boîtiers :les boîtiers multi-composants sont dotés de filetages à pas fin pour accueillir les vis de fixation. Par exemple, les boîtiers électroniques et les boîtiers de smartphones.
• Supports et boîtiers pour l'aérospatiale  : Les panneaux, les boîtiers d'avionique et les supports de l'industrie aérospatiale sont souvent assemblés via des composants filetés produits avec des opérations de fraisage de filetage CNC de super précision.

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Pour conclure cette discussion sur le fraisage de filetage, le filetage CNC est l'une des techniques d'usinage de base pour produire des filetages mécaniques. Ils offrent plusieurs avantages, tels qu'une rigidité élevée, une précision dimensionnelle et une polyvalence concernant différents types de filetages.