Maximiser la longévité d'outil : comment les angles de dépouille façonnent la performance en tournage

Fatigué de brûler des outils de coupe en diamant pour les travaux à angle de dépouille ? Nous explorons les problèmes créés par les angles de dépouille — et nous parlons aux fabricants d'outils de coupe sur les meilleures façons d'optimiser pour vos besoins.

Pour le travail de tournage général, les inserts de style CNMG, diamants 80 degrés, ont longtemps été l'insert de choix. Ils sont largement disponibles, raisonnablement prix et fournissent une bonne durée de vie d'outil dans une grande variété de matériaux. Ils permettent aussi au machiniste de surfacer et tourner la pièce avec le même outil, simplifiant les mises en place et réduisant le temps perdu aux changements d'outil. À cause de ce double devoir, les diamants 80 degrés libèrent au moins une station d'outil, une considération importante avec les tourelles de tour encombrées.

Le statu quo : L'angle de dépouille négatif affecte la durée de vie d'outil

Le défi vient quand les matériaux de pièce tombent dans la catégorie « pas très amusant à couper ». Les superalliages base nickel ou cobalt résistants à la chaleur comme l'Inconel 718 et le cobalt-chrome (CoCr), le Ti-6Al-4V titane, la plupart des aciers à outils, et les aciers inoxydables séries 300 ou PH peuvent créer une multitude de problèmes pour les machinistes, incluant le bord rapporté (BUE), l'usure de flanc excessive et surtout l'encoche à la profondeur de coupe.

Malheureusement, ces problèmes sont quelque peu auto-infligés. En utilisant un insert diamant 80 degrés, le machiniste sur tour coupe avec un outil à angle de dépouille négatif de 5 degrés, ce qui est mauvais pour la durée de vie d'outil — en supposant le porte-outil style « surfacer et tourner » habituel. Que ce soit en fraisage ou tournage, passer à un angle de dépouille positif non seulement amincit le copeau, mais étale aussi 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 angles de dépouille négatifs sont les outils de tournage les plus couramment appliqués de tous », dit Aaron Schade, responsable de programme pour le Centre de Connaissance Amériques chez Kennametal. « Ça ne veut pas dire qu'ils sont les meilleurs, seulement que c'est ce que tout le monde utilise. Parce que vous avez du dégagement dans les deux directions, un angle de dépouille négatif rend l'outil plus polyvalent — vous pouvez surfacer la pièce et puis tourner jusqu'à un épaulement, alors qu'un outil avec un angle de dépouille positif veut dire que vous aurez besoin de revenir avec un second outil pour ces opérations. »

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

Bien que les bénéfices soient difficiles à quantifier, passer à un outil avec un angle de dépouille positif peut offrir des améliorations significatives en durée de vie d'outil. Et quand la durée de vie d'outil est meilleure, la productivité monte, soit parce qu'il y a moins de temps d'arrêt, soit parce que les avances peuvent être significativement augmentées.

« Nous recommandons les inserts ronds partout où c'est possible, principalement parce qu'ils sont la solution la plus rentable pour les clients qui veulent enlever de grandes quantités de matière en le moins de temps possible ou où la durée de vie d'outil est problématique », dit Aaron-Michael Eller, responsable produit pour le tournage ISO et matériaux avancés chez Seco Tools. « Sur un tournage droit avec une faible profondeur de coupe, par exemple, vous pouvez facilement obtenir une douzaine ou plus d'index par insert et l'avancer comme un fou. »

C'est pourquoi Kennametal, Seco Tools, Sandvik Coromant et tous les fabricants d'outils de tournage offrent des porte-outils qui acceptent des inserts ronds aussi bien que divers inserts en forme de losange avec angles de dépouille de 15 degrés, 45 degrés et 75 degrés. Tous offrent l'opportunité d'améliorer dramatiquement les opérations de tournage d'un atelier.

Pas si vite : Les angles de dépouille peuvent causer du chatter et de la déflexion d'outil

Malgré les bénéfices potentiels, cependant, il y a un revers — à mesure que les angles de dépouille deviennent plus positifs, l'engagement d'outil augmente, générant des forces de coupe plus élevées qui sont maintenant décalées dans une direction radiale ; le machiniste a peut-être éliminé l'encoche à la profondeur de coupe, mais fera possiblement face à du chatter et de la déflexion d'outil à la place.

Aussi, l'effet d'amincissement de copeau veut dire que ces copeaux sont plus durs à contrôler, et des avances plus lourdes seront probablement nécessaires pour compenser. Ce sont ces considérations, plus le fait qu'un second outil sera requis pour surfacer la pièce et nettoyer les zones non coupées adjacentes à tout épaulement, qui expliquent pourquoi la plupart des machinistes prennent le chemin de moindre résistance des 80 degrés.

Bien qu'adopter une stratégie de tournage à angle de dépouille positif soit admis un exercice d'équilibre et puisse nécessiter une série de tests chronophages à maîtriser, les deux experts s'accordent que — pour la bonne application — ça vaut bien l'effort.

« Oui, vous aurez besoin d'une mise en place assez rigide, et oui, vous devez ajuster vos processus un peu, mais les angles de dépouille positifs équivalent généralement à des taux d'enlèvement de matière augmentés, durée de vie d'outil et productivité », dit Eller de Seco.

Pourquoi les bons porte-outils sont-ils si importants ? Lisez « Lessons in High-Performance Machining: Don't Forget the Tool Holders. »

Pas de formule magique pour déterminer l'outil de coupe optimal

Le premier changement de processus est de déterminer quel angle de dépouille est le meilleur. Ce processus est définitivement une de ces instances où plus n'est pas toujours mieux. En supposant une profondeur de coupe constante, passer d'un outil à angle négatif 5 degrés à un avec un angle de dépouille positif 45 degrés augmente l'engagement de pièce de 40 % environ. Encore, des ajustements aux paramètres de coupe seront presque certainement nécessaires pour atteindre les résultats désirés.

Puisque les forces de coupe sont toujours perpendiculaires à l'angle de dépouille de l'outil, aller positif veut dire une plus grande pression radiale d'outil est appliquée à la pièce. Quand on tourne des arbres élancés et des pièces à parois minces dans ces scénarios et avec la plupart des opérations d'alésage, un angle de dépouille neutre est généralement le meilleur, puisque 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 avez besoin d'une bonne compréhension de l'impact que les angles de dépouille ont sur l'opération de tournage, mais en même temps reconnaître que la configuration de pièce joue aussi un rôle critique dans la sélection d'outil », dit Schade. « Si c'est une coupe droite en axe Z sans épaulements et sans surfacage, il y a vraiment un nombre illimité d'options d'outillage, alors que les sous-coupes, profilage, épaulements, et autres caractéristiques de pièce tendent à limiter ce qui peut être fait avec un seul outil. »

« Tout en usinage est dépendant de l'application, et ce qui est le plus important est de saisir les options disponibles et de les utiliser à votre meilleur avantage — passer à un angle de dépouille positif est une telle option », dit Schade.

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