Optimisation de la durée de vie de l'outil :l'effet des angles d'attaque sur les opérations de tournage

Vous en avez assez de brûler des outils de coupe en forme de diamant pour le travail d'angle d'attaque ? Nous explorons les problèmes créés par les angles d'attaque et nous discutons avec les fabricants d'outils de coupe des meilleures façons d'optimiser pour vos besoins.

Pour les travaux de tournage à usage général, les plaquettes diamantées à 80 degrés de style CNMG sont depuis longtemps la plaquette de choix. Ils sont largement disponibles, à un prix raisonnable et offrent une bonne durée de vie dans une grande variété de matériaux. Ils permettent également au machiniste de faire face et de tourner la pièce avec le même outil, simplifiant les configurations et réduisant le temps perdu pour les changements d'outils. En raison de cette double fonction, les diamants à 80 degrés libèrent au moins une station d'outils, une considération importante avec les tourelles de tour encombrées.

Le statu quo :un angle d'attaque négatif affecte la durée de vie de l'outil de coupe

Le défi survient lorsque les matériaux de la pièce tombent dans la catégorie "pas très amusant à couper". Les superalliages résistants à la chaleur à base de nickel ou de cobalt tels que l'Inconel 718 et le cobalt-chrome (CoCr), le titane Ti-6Al-4V, la plupart des aciers à outils et les aciers inoxydables de la série 300 ou PH peuvent créer une foule de problèmes pour les machinistes, notamment arête rapportée (BUE), usure excessive des flancs et surtout entailles de profondeur de coupe.

Malheureusement, ces problèmes sont quelque peu auto-infligés. En utilisant une plaquette diamantée à 80 degrés, le machiniste du tour coupe avec un outil à angle d'attaque négatif de 5 degrés, ce qui est mauvais pour la durée de vie de l'outil, en supposant que le porte-outil habituel de style "face et tour" est utilisé. Qu'il s'agisse de fraisage ou de tournage, le passage à un angle d'attaque positif amincit non seulement le copeau, mais répartit également les forces de coupe sur une plus grande longueur de carbure, ce qui réduit ou, dans certains cas, élimine les modes de défaillance.

"Les outils avec des angles d'attaque négatifs sont les plus couramment utilisés de tous les outils de tournage", explique Aaron Schade, responsable de programme pour le Knowledge Center Americas chez Kennametal. "Cela ne veut pas dire qu'ils sont les meilleurs, seulement que c'est ce que tout le monde utilise. Parce que vous avez un dégagement dans les deux sens, un angle d'attaque négatif rend l'outil plus polyvalent - vous pouvez faire face à la pièce puis tourner jusqu'à un épaulement, alors qu'un outil avec un angle d'attaque positif signifie que vous devrez revenir avec un deuxième outil pour ces opérations.”

Rond et rond :la valeur des inserts d'outils de coupe ronds

Bien que les avantages soient difficiles à quantifier, le passage à un outil avec un angle d'attaque positif peut offrir des améliorations significatives de la durée de vie de l'outil. Et lorsque la durée de vie de l'outil est meilleure, la productivité augmente, soit parce qu'il y a moins de temps d'arrêt, soit parce que les vitesses d'avance peuvent être considérablement augmentées.

"Nous recommandons les plaquettes rondes dans la mesure du possible, principalement parce qu'elles constituent la solution la plus rentable pour les clients qui souhaitent enlever de grandes quantités de matière dans les plus brefs délais ou lorsque la durée de vie de l'outil est problématique", déclare Aaron-Michael Eller, chef de produit. pour le tournage ISO et les matériaux avancés chez Seco Tools. "Sur un virage droit avec une faible profondeur de coupe, par exemple, vous pouvez facilement obtenir une douzaine d'index ou plus par plaquette et l'alimenter comme un fou."

C'est pourquoi Kennametal, Seco Tools, Sandvik Coromant et tous les fabricants d'outils de tournage proposent des porte-outils qui acceptent des plaquettes rondes ainsi que diverses plaquettes de forme rhomboïde avec des angles d'attaque de 15 degrés, 45 degrés et 75 degrés. Tous offrent la possibilité d'améliorer considérablement les opérations de tournage d'un atelier.

Pas si rapide :les angles d'attaque peuvent provoquer des vibrations et une déviation de l'outil

Malgré les avantages potentiels, cependant, il y a un inconvénient :à mesure que les angles d'attaque deviennent plus positifs, l'engagement de l'outil augmente, générant des forces de coupe plus élevées qui sont maintenant décalées dans une direction radiale; le machiniste peut avoir éliminé les encoches de profondeur de coupe, mais sera peut-être confronté à un broutage et à une déviation de l'outil à la place.

De plus, l'effet d'amincissement des copeaux signifie que ces copeaux sont plus difficiles à contrôler et des vitesses d'alimentation plus élevées seront probablement nécessaires pour compenser. Ce sont ces considérations, plus le fait qu'un deuxième outil sera nécessaire pour faire face à la pièce et nettoyer les zones non coupées adjacentes aux épaulements, qui expliquent pourquoi la plupart des machinistes empruntent le chemin à 80 degrés de moindre résistance.

Bien que l'adoption d'une stratégie de virage à angle d'attaque positif soit certes un exercice d'équilibre et puisse nécessiter une série de tests chronophages à maîtriser, les deux experts conviennent que, pour la bonne application, cela en vaut la peine.

"Oui, vous aurez besoin d'une configuration assez rigide, et oui, vous devez ajuster quelque peu vos processus, mais des angles d'attaque positifs correspondent généralement à une augmentation des taux d'enlèvement de métal, de la durée de vie de l'outil et de la productivité", déclare Eller de Seco.

Pourquoi les bons porte-outils sont-ils si importants ? Lire " Leçons d'usinage haute performance :n'oubliez pas les porte-outils ."

Aucune formule magique pour déterminer l'outil de coupe optimal

Le premier changement de processus consiste à déterminer quel angle d'avance est le meilleur. Ce processus est certainement l'un de ces cas où plus n'est pas toujours mieux. En supposant une profondeur de coupe constante, le passage d'un outil à 5 ​​degrés négatifs à un outil avec un angle d'attaque positif à 45 degrés augmente l'engagement de la pièce de 40 %. Encore une fois, des ajustements des paramètres de coupe seront presque certainement nécessaires pour obtenir les résultats souhaités.

Étant donné que les forces de coupe sont toujours perpendiculaires à l'angle d'attaque de l'outil, le fait d'être positif signifie qu'une plus grande pression radiale de l'outil est appliquée à la pièce. Lors du tournage d'arbres minces et de pièces à parois minces dans ces scénarios et avec la plupart des opérations d'alésage, un angle d'attaque neutre est généralement préférable, car les forces d'avance sont presque entièrement dans l'axe Z. C'est un compromis complexe. Malheureusement, il n'y a pas de formule magique pour déterminer l'outil de coupe optimal.

« Vous devez bien comprendre l'impact des angles d'attaque sur les opérations de tournage, mais en même temps reconnaître que la configuration des pièces joue également un rôle essentiel dans la sélection des outils », explique Schade. "S'il s'agit d'une coupe droite sur l'axe Z sans épaulements ni surfaçage, il existe vraiment un nombre illimité d'options d'outillage, tandis que les contre-dépouilles, le profilage, les épaulements et d'autres caractéristiques de la pièce ont tendance à limiter ce qui peut être fait avec un seul outil."

"Tout dans l'usinage dépend de l'application, et le plus important est de saisir les options disponibles et de les utiliser à votre meilleur avantage. Le passage à un angle d'attaque positif est l'une de ces options", déclare Schade.

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