Fraisage latéral :types, paramètres et applications clés

Qu'est-ce que le fraisage latéral ?

Commençons par une réponse technique à la question posée. Le fraisage latéral est essentiellement un processus d'usinage, en particulier le fraisage, dans lequel les bords latéraux d'une fraise enlèvent de la matière d'une pièce à usiner. Il en résulte des surfaces verticales ou angulaires du côté de la pièce.

Cela contraste avec le surfaçage, où les arêtes coupantes effectuent la coupe et les arêtes latérales ne s'engagent pas.

Le fraisage latéral est largement utilisé dans l'usinage CNC pour produire des éléments 3D tels que des épaulements, des fentes, des marches, des poches et d'autres géométries complexes avec une haute précision.

La mécanique et les performances du fraisage latéral, comme pour toute opération d'usinage, sont dictées par certains paramètres d'usinage. S'agissant d'une opération de fraisage standard, les paramètres de coupe pour le fraisage latéral sont assez simples.

1. Vitesse de coupe

La vitesse de coupe (m/min ou ft/min) correspond à la vitesse à laquelle le tranchant se déplace sur la surface de la pièce. Le choix de la vitesse de coupe dépend de facteurs tels que le matériau de la pièce à usiner, le matériau de la fraise, la géométrie de la fraise comme l'angle d'hélice et les exigences de qualité telles que le débit et l'état de surface.

2. Vitesse d'alimentation

La vitesse d'avance (mm/tour) détermine la rapidité avec laquelle l'outil traverse la pièce. Cela ne doit pas être confondu avec la vitesse de coupe, qui est la vitesse locale à l'interface tranchant-matériau, tandis que l'avance est la manière dont l'outil tout entier se déplace dans son ensemble. Des avances plus élevées sont liées à une productivité plus élevée, mais à une qualité de surface et une stabilité thermique faibles.

3. Profondeur de coupe axiale

La profondeur de coupe axiale (mm) correspond à la profondeur à laquelle l'outil pénètre dans la pièce dans sa direction axiale. Une profondeur de coupe plus élevée augmente le taux d'enlèvement de matière mais également les forces de coupe. En règle générale, la résistance de l'outil limite la profondeur axiale de coupe, car des coupes plus profondes peuvent provoquer des déviations de l'outil et même une rupture.

4. Profondeur de coupe radiale

La profondeur de coupe radiale (mm) est liée à la mesure dans laquelle le diamètre de l'outil pénètre dans la surface non coupée de la pièce. Comme pour la profondeur de coupe axiale, les profondeurs de coupe radiales plus profondes augmentent les forces, la température et la productivité. Cela peut aller de 5 à 10 % du diamètre de la fraise pour les coupes de finition des parois latérales à 100 % pour les opérations de fraisage de rainures.

5. Passage

Le pas est plus un paramètre de planification de parcours d'outil qu'un paramètre d'usinage direct. Il s'agit d'une mesure du déplacement de l'outil dans la pièce après chaque passe de coupe. Les incréments plus petits prennent du temps mais génèrent une finition de surface plus lisse.

Formules de fraisage latéral principal

Le fraisage latéral est un processus très systématique avec des équations fondamentales qui aident les ingénieurs et les techniciens dans la prise de décision en atelier.
Certaines de ces formules de fraisage latéral sont répertoriées ci-dessous.

Vitesse de broche

Il est important de déterminer le régime de broche correct en fonction des directives de vitesse de coupe.

• n =Vitesse de broche (RPM)
• Vc =Vitesse de coupe (m/min)
• D =Diamètre de la fraise (mm)

Taux d'avance

La vitesse d'avance est une entrée nécessaire dans un programme de fraisage CNC. Ainsi, son calcul se fait en fonction de la géométrie de la fraise et de l'avance par dent souhaitée.

• fz =Avance par dent (mm/dent)
• n =Vitesse de broche (RPM)
• z =nombre de cannelures dans la fraise

Taux d'enlèvement de matière

Les fabricants sont très préoccupés par le taux d’enlèvement de matière, qui est une indication directe du débit de leur chaîne de production. Calculer le MRR et l'optimiser pour obtenir des résultats optimaux est une question de profits et de pertes pour les entreprises manufacturières.

• MRR =Taux d'enlèvement de matière (mm3/min)
• Ap =Profondeur de passe axiale (mm)
• Ae =Profondeur de passe radiale (mm)
• F =Avance (mm/min)

Fraisage latéral par rapport aux autres techniques de fraisage

Le fraisage latéral se distingue des autres techniques de fraisage CNC de diverses manières. Faisons une brève comparaison du fraisage latéral avec certains processus de fraisage courants pour mettre en évidence ces différences.

 Engagement de la fraiseFinition de surfaceApplicationsFraisage latéralUniquement les bords latéraux de la fraise avec engagement radial partiel.Bonne finition (meilleure avec le fraisage en montée)Parois verticales, marches et épaulesFraisage de surfaceUniquement les bords inférieurs de la fraise.Excellente finition.Faces/plans platsFenteLes deux côtés et les bords inférieurs de la fraise avec engagement radial complet.Nécessite une optimisation et une planification minutieuseFentes pleine largeur, fentes pour rainure de clavetteFraisage en boutLes deux côtés et les bords inférieurs de la fraise avec engagement radial partiel. Variable, en fonction du plan de processus et du parcours d'outil. Contours à usage général

Types d'opérations de fraisage latéral

Le fraisage latéral est un processus d'usinage polyvalent. Les machinistes l'utilisent dans plusieurs configurations pour une variété de fonctionnalités. Les sections suivantes aborderont ces types d'opérations de fraisage latéral.

Fraisage simple

Le fraisage simple, également appelé fraisage de brames, est la forme la plus basique de fraisage latéral. Il utilise une fraise latérale pour usiner une surface latérale plane. Généralement, il utilise un parcours d'outil droit et le résultat est une grande surface plane le long de la direction verticale ou une face angulaire.

Fraisage latéral angulaire

Le fraisage latéral angulaire produit une surface plane, mais avec l'outil réglé à un angle autre que 90 ° par rapport à la face de la pièce de référence. Ceci est très utile pour produire des caractéristiques angulaires telles que des chanfreins, des biseaux ou des guides angulaires.

Dans de nombreux cas, cela nécessite des fraises angulaires spécialisées avec l'angle souhaité déjà intégré dans la conception de l'outil.

Fraisage latéral et frontal

Le fraisage latéral est un type de processus de fraisage hybride dans lequel les bords latéraux et périphériques de la fraise coupent simultanément les surfaces verticales et horizontales de la pièce. Il est très efficace pour découper des fentes/rainures car elles ont à la fois des caractéristiques de sol et de mur.

Fraisage de contours

Le fraisage de contour est similaire au fraisage simple, mais le long de parcours d'outils complexes et courbes. Cette technique de fraisage latéral est utile pour usiner des pièces aux contours irréguliers sur leurs faces verticales, telles que les cavités de moules.

Fraisage en chevauchement

Le fraisage latéral en chevauchement utilise deux fraises montées de chaque côté de la pièce. Cette configuration usine deux faces verticales en même temps, obtenant un bon parallélisme, une bonne symétrie et un gain de temps.

Exigences et configuration du fraisage latéral

Une opération typique de fraisage latéral, bien que basique par nature, nécessite une certaine configuration de la machine-outil pour une exécution correcte. Les machinistes utilisent généralement les points de la liste de contrôle comme ci-dessous avant de fraiser une pièce par CNC.

• Type de machine :Les machines CNC sont disponibles en différents types et tailles. Par exemple, les centres de fraisage verticaux offrent généralement une plus grande maniabilité mais ne sont pas aussi rigides que les centres d'usinage horizontaux. Les matériaux difficiles à usiner nécessitent des vitesses de broche et une puissance élevées, ce qui n'est pas disponible dans tous les centres de machines-outils.
• Outillage :La configuration de l'outil de coupe et du porte-outil est essentielle au fraisage latéral de précision. Le matériau de l'outil de coupe (HSS, carbure), la géométrie (longueur, diamètre, angle d'hélice, nombre de cannelures) et la configuration de montage (porte-à-faux de l'outil, ajustement rétractable ou pince) sont les principaux facteurs contribuant à la rigidité de la pointe de l'outil et à la capacité de coupe.
• Fixation :Le serrage est important pour maintenir rigidement la pièce. Cela peut nécessiter un montage spécial et un contrôle des désalignements des pièces avant l'usinage. Les pièces mal montées sont susceptibles de subir des déformations et des vibrations indésirables.

Avantages et limites du fraisage latéral CNC

Le fraisage latéral CNC est une opération d'usinage universelle. Cependant, ce n’est pas toujours le premier choix pour générer des géométries prismatiques verticales. Cela a ses avantages et ses inconvénients.
Il est nécessaire de les comprendre pour évaluer leurs avantages par rapport aux opérations d'usinage alternatives.

Avantages 

Le fraisage latéral CNC est préférable pour les raisons suivantes :

• Haute précision :C'est une opération simple avec des perturbations externes minimes. Il est idéal pour usiner avec précision des éléments géométriques simples tels que des fentes, des marches et des épaulements.
• Polyvalence des processus :Le fraisage latéral est assez universel. Elle s'applique aux pièces robustes dotées de parois/fentes verticales et aux petites pièces présentant des caractéristiques délicates à paroi mince.
• Flexibilité des matériaux  :Grâce à la technologie avancée des fraises latérales, le fraisage latéral peut traiter des matériaux difficiles à couper comme les alliages de titane et de nickel à des vitesses et des profondeurs agressives.
• Bonne qualité de surface  : Les paramètres de coupe optimaux, le fraisage en montée et le contrôle précis au niveau de la CNC permettent des finitions de parois très précises et fines pour des applications de précision.

Limites

Les facteurs suivants limitent les performances du fraisage latéral CNC :

• Déviation de l'outil :Les coupes plus profondes augmentent les forces de coupe sur l'outil qui, en raison de sa géométrie élancée, est susceptible de se plier lors de la coupe. Cela détériore la précision dimensionnelle et de forme ainsi que la durée de vie de l'outil.
• Vibrations de chat :Il est bien connu que les flexibilités dynamiques provoquent des vibrations et des vibrations indésirables lors de l'usinage. Ces vibrations sont plus susceptibles de se produire lors des opérations de fraisage latéral en raison de l'engagement élevé de l'outil et de la profondeur de coupe.
• Parcours d'outils complexes :Les parcours d'outils de fraisage latéral sont souvent plus longs et difficiles à planifier et à exécuter. Les logiciels de FAO mettent plus de temps à traiter les caractéristiques changeantes le long de la profondeur d'une pièce, qui sont souvent plus variables que les caractéristiques de la face.

Considérations clés concernant le fraisage latéral

La qualité d’une opération de fraisage latéral CNC dépend de plusieurs facteurs. Les ingénieurs et les techniciens doivent examiner leur plan de processus sous plusieurs angles et s'assurer qu'il n'y a pas de bizarreries susceptibles de détériorer la qualité.

1. Sélection des paramètres

La sélection des paramètres de coupe est le facteur primordial lorsqu'il s'agit de processus d'usinage CNC. Le choix de la combinaison optimale de vitesse de coupe, d'avance et de profondeur de coupe est nécessaire pour la qualité des pièces, le MRR et la gestion de la durée de vie de l'outil.

Dans les environnements de production, il est courant de recourir à des théories, des logiciels et une expérience technique sophistiqués pour prendre ces décisions.

2. Sélection des matériaux

Les machinistes ont le choix entre une gamme de matériaux et de revêtements pour fraises latérales. Généralement, l'acier rapide (HSS) convient aux matériaux faciles à couper, tandis que le carbure est préférable aux matériaux difficiles à couper comme les aciers et les alliages de titane.

3. Sélection de coupeur

Une fraise latérale a de nombreuses spécifications. Outre les paramètres courants tels que la longueur, le diamètre et les cannelures, la géométrie de pointe compte beaucoup. Cela inclut des propriétés telles que l'angle d'hélice, l'angle de coupe, le bord de flanc, les brise-copeaux et le rayon de bord.

Ces spécifications ont un impact sur la mécanique de coupe à l'interface fraise-pièce, déterminant l'ampleur et la direction des forces de coupe, des copeaux et de l'évacuation de la chaleur, ainsi que les besoins en puissance de la broche.

4. Stratégie de liquide de refroidissement/lubrification

Les liquides de refroidissement/lubrifiants améliorent les propriétés de surface de la fraise et de la pièce à usiner, réduisant ainsi la friction et la génération de chaleur. Ils refroidissent également l'interface de coupe et évacuent les copeaux.

5. Stratégie de parcours d'outil

La stratégie de parcours d'outil définit la manière dont l'outil se déplace sur la pièce tout au long de l'opération. Les programmeurs FAO contrôlent cela avec des techniques telles que le fraisage ascendant/conventionnel, les passes multiples, les techniques de parcours d'outil (hélicoïdal, zigzag, trochoïdal, etc.) et les paramètres de coupe.

Bonnes pratiques pour le fraisage latéral

Les experts partagent les conseils suivants pour des performances de fraisage latéral optimales :

• Fraisage en montée  : Le fraisage en avalant permet d'obtenir une meilleure finition de surface et de réduire l'usure des outils par rapport au fraisage conventionnel.
• Réduire le porte-à-faux des outils  :Le porte-à-faux de l'outil plus petit maintient l'ensemble de l'outil rigide, aidant ainsi à éviter les problèmes de déflexion et de vibration.
• Géométrie de l'outil : Le choix du diamètre de fraise, du nombre de cannelures et de l'angle d'hélice corrects est essentiel pour maximiser la productivité, la qualité de surface et la durée de vie de l'outil.
• Chemins d'entrée/sortie fluides  :Les experts en FAO recommandent d'utiliser une sortie/entrée progressive pour des coupes plus douces et une durée de vie plus longue de l'outil.
• Utilisez une passe de finition légère  :Il peut être tentant d'enlever la matière rapidement, mais une passe de finition légère et lente est la clé pour répondre aux exigences de qualité souhaitées, en particulier dans des applications telles que l'usinage de parois minces.

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Le fraisage latéral est une opération d'usinage fondamentale avec plusieurs types, paramètres et considérations. Ses opérations ont un large éventail d'applications industrielles dans des domaines tels que l'automobile, la défense, l'aviation et la fabrication.