Fraisage de forme expliqué : processus, applications et avantages

L'usinage CNC (usinage à commande numérique par ordinateur) est un usinage de précision entièrement automatisé, assurant une précision exceptionnelle et une exactitude remarquable. L'usinage CNC atteint des niveaux de complexité au-delà de l'usinage de précision conventionnel, et c'est rentable, particulièrement pour les composants et pièces complexes.

Bien que les machines CNC effectuent de nombreuses tâches, le fraisage est le plus courant et facile à comprendre. À son niveau le plus basique, le fraisage enlève de la matière d'une pièce fixe en mettant un outil de coupe rotatif en contact avec elle.

La fabrication de caractéristiques spéciales, cependant, comme des profils complexes, présente des défis. C'est là que le fraisage de forme brille. Idéal pour former des contours irréguliers, le fraisage de forme utilise des fraises de forme spécialement conçues qui correspondent exactement à une forme particulière selon les spécifications du plan. Par exemple, le profil de la fraise est aligné concavement pour créer un bord convexe sur une pièce.

Comment sont fabriqués les outils de coupe pour fraisage de forme ?

Fabriqués à partir de matériaux tels que l'acier à outils, le carbure massif ou brasé, le diamant polycristallin (PCD) ou l'acier rapide (HSS), les fraises personnalisées nécessitent un temps et un coût significatifs pour être fabriquées (nous explorerons les types de fraises de forme plus tard).

Les délais sur les outils de forme spécialisés varient. Le plus souvent, des préformes sont nécessaires pour démarrer le processus. Une préforme est faite puis rectifiée à un profil exact. Dans certains cas, du carbure est brasé dans les poches de la fraise pour fixer le carbure dans la fraise. Ensuite, une fois l'outil jugé usé, la fraise est renvoyée au fabricant pour retirer le carbure. Ils inspectent les poches et, si elles sont conformes, du nouveau carbure est incrusté et la géométrie est finie avec une rectification finale.

Ce même processus est fait pour un outil de forme PCD. Quant à une fraise en carbure massif ou HSS, la fraise est inspectée. Si elle n'est pas trop usée, elle est réaffûtée. Une fois fait, tous les outils sont réinspectés avant d'être renvoyés au client (l'atelier d'usinage CNC).

Quels matériaux conviennent au fraisage de forme ?

Un exemple de la polyvalence du fraisage de forme est son utilisation sur divers matériaux tels que les plastiques, les composites et les métaux comme les alliages d'aluminium et la fonte.

Fraisage de forme vs autres types de fraisage

Le fraisage de forme se distingue par sa capacité à couper des caractéristiques spécifiques et uniques et peut couper plusieurs formes à la fois avec des finitions de surface supérieures.

Bien que les coûts initiaux pour les outils de forme puissent être élevés, les économies en temps de cycle l'emportent sur l'utilisation de plusieurs outils. L'utilisation d'outils de forme élimine les changements d'outils multiples en combinant des fraises pour plusieurs caractéristiques en un seul outil. Le temps, c'est de l'argent, comme on dit !

Les paramètres de coupe, qui dépendent des caractéristiques et du matériau, peuvent devoir être réduits mais pas toujours. Si vous coupez une surface pleine, vous ouvrez généralement la caractéristique avec une foreuse à noyau. Ensuite, vous passez avec un outil de semi-finition qui fournit la forme initiale de la caractéristique.

Ensuite, vous utilisez un outil de finition comme un alésage à étages. Les alésages à étages finissent les diamètres de la caractéristique et la forme finale de la caractéristique du plan. Les outils de forme ne sont pas nécessairement réservés aux travaux à haut volume. Parfois, la difficulté d'une caractéristique dicte si un outil de forme sera le meilleur.

Avantages du fraisage de forme

1. Capable de couper des contours difficiles
2. Fournit des résultats précis et uniformes
3. Améliore l'efficacité en réduisant les opérations de fraisage multiples
4. Réduit les coûts totaux

Défis du fraisage de forme

1. La conception et la configuration prennent du temps, augmentant le coût des pièces individuelles pour les petites séries (les productions en lots plus importants sont plus économiques)
2. Pas rentable pour la production de composants de faible valeur et de petite quantité
3. La programmation en G-code et l'acquisition d'outils personnalisés peuvent causer des retards
4. Assurance qualité des pièces usinées due à une coupe inconstante

Comment fonctionne le fraisage de forme ?

Le fraisage de forme implique une série d'étapes et de formes. Initialement, le plan identifie la forme ou le contour. L'utilisation d'un modèle 3D CAO de la pièce est aussi une grande aide. Une fois conçu, un modèle 3D de l'outil est créé et inséré dans le modèle de la pièce. Il est revu pour s'assurer qu'il s'agit d'une correspondance exacte avec le modèle (vérification des dimensions du plan).

Dans la machine CNC, la fraise de forme est montée, et la pièce est solidement fixée sur la fraiseuse — dans un étau, fixée sur la table, ou sur dispositif — pour assurer la stabilité pendant le fraisage. Le réglage de l'outil dans la broche est critique pour le succès de la fraise. La condition de battement normal est de 0,0002" ou moins. Chaque broche est différente, il est donc crucial d'indiquer tout outil de forme spécial.

Avant de couper, les paramètres doivent être établis : vitesse de broche, profondeur de coupe, direction de coupe et vitesse d'avance. Aussi, un essai à sec — faire passer l'outil devant ou à côté de la pièce — garde l'outil hors de la pièce tout en assurant que la programmation de la pièce et les paramètres de coupe sont corrects. Toute erreur peut être corrigée après avoir « coupé du vide », et la production peut passer à la coupe de matière réelle.

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Types de fraises de forme

En général, il y a trois principaux types de fraises de forme :

Fraises concaves et convexes

• Les fraises concaves façonnent des contours convexes sur les pièces, disponibles dans divers rayons de courbure. Les fraises convexes, avec des profils demi-ronds, créent des caractéristiques concaves. Chacune est équipée de plusieurs goujures ou dents d'insert pour l'enlèvement de matière et varie en nombre de goujures selon la complexité du profil et la taille de l'outil. Cette conception permet la production efficace et précise de composants complexes.

Outils de forme

• Les outils de forme massifs sont rectifiés pour correspondre à un profil. Les outils de forme sont couramment utilisés pour couper des caractéristiques comme les ports hydrauliques. Les outils de forme à plaquettes peuvent être personnalisés pour couper plusieurs caractéristiques à la fois, y compris plusieurs diamètres et chanfreins.

Fraises à arrondir les angles

• Utilisées pour arrondir les angles sur les pièces, ces fraises ont un profil quart de cercle concave. Elles créent efficacement des rayons lisses sur les angles, réduisant les passes et éliminant les marches typiques avec les fraises standard.

Choisir la bonne fraise de forme

Sélectionner la bonne fraise de forme est crucial pour atteindre une haute précision. Ces fraises spécialisées offrent un contrôle et une précision améliorés, surtout lorsqu'une seule fraise personnalisée intègre plusieurs aspects de forme. Idéales pour des formes complexes telles que les ports hydrauliques et les alésages de tiroir, les fraises de forme assurent une réplication précise des contours et des finitions de haute qualité.

Adaptées aux formes et dimensions exactes, les fraises de forme offrent une précision et une répétabilité constantes avec moins d'effort et de compétence. Les fraises de forme sont efficaces, maintiennent l'uniformité sur des séries de production rapides, et sont idéales pour l'usinage de nombreux composants identiques.

Le fraisage de forme n'est qu'une technique d'usinage CNC. Un atelier d'usinage CNC expérimenté peut en expliquer plus sur l'usinage et vous aider à déterminer quelle technique est appropriée pour votre application. Pourtant, comment savoir quand il est temps de travailler avec un atelier d'usinage CNC haut de gamme ? Notre guide a des conseils à partager ; cliquez sur le lien ci-dessous pour obtenir votre exemplaire.

À propos de l'auteur

Dan s'assure que les machines de Stecker Machine tournent vite. Il optimise les outils de coupe et les programmes pour une efficacité maximale, corrige tout problème de fabrication, et conçoit et sélectionne l'outillage avancé pour les nouveaux travaux et améliorations de produits. Débutant sa carrière dans un atelier d'outillage et de matrices, Dan a rejoint SMC quand la fabrication CNC en était à ses débuts. Chez SMC, il a progressé d'opérateur de machine à ingénieur en amélioration continue, implémentant des améliorations qui ont économisé environ 500 000 $ au cours des dernières années.