Booster l'efficacité du fraisage : techniques éprouvées pour maximiser le taux d'enlèvement de matière

Des experts partagent des tactiques permettant aux machinistes d'utiliser nouveaux outils et techniques pour augmenter le taux d'enlèvement de matière (TEM/MRR) en fraisage.

Les ateliers voulant maximiser le TEM en fraisage peuvent choisir parmi plusieurs outils et techniques qui ne ruinent pas le budget et n'exigent pas de sacrifices inacceptables en durée de vie d'outil ou qualité d'usinage.

Une innovation matière récente vise à augmenter vitesses et avances lors du fraisage d'alliages haute température (groupe haute résistance : titane, Inconel, inox PH). Ce nouveau grade de fraisage, KCSM40, améliore la résistance thermique des plaquettes pour usiner ces alliages, selon Kennametal (Latrobe, Pennsylvanie), qui a développé ce carbure.

Introduction du fraisage Ti-6Al-4V

Utilisateurs de plaquettes KCSM40 usinent maintenant le Ti-6Al-4V à 160 sfm (contre 140 sfm auparavant), avec durée de vie plus longue, selon Scott Etling, directeur gestion produits mondiaux fraisage indexable chez Kennametal.

Etling note que les corps de fraise ont différentes « densités » selon le nombre de plaquettes. Exemple : fraise 4 pouces = 8, 12 ou 15 dents ; 15 dents = densité très élevée.

« Si vous pouvez faire tourner une fraise 15 dents, vous améliorez la productivité : plus de dents en coupe. »

Mais plus de dents = plus de puissance broche nécessaire. Certaines machines n'ont pas la puissance pour fraise haute densité. Et même si elles l'ont, le bridage peut ne pas être assez rigide pour les forces accrues.

« On dit à tous : comprenez votre broche, calculez vos forces de coupe, puis prenez la fraise à plus haute densité possible. »

Propriétaires de machines rigides à broche basse vitesse : fraise « hélicoidale » comme la nouvelle Harvi Ultra 8X de Kennametal, conçue pour durée de vie plus longue que fraises traditionnelles à TEM élevé. Fraises hélicoïdales = plusieurs rangées de plaquettes.

Exemple : fraise hélicoïdale 3 pouces = 5 rangées × 11 plaquettes = 55 plaquettes en engagement radial. « À avance traditionnelle, vous enlevez beaucoup plus de matière. »

Important aussi : bon débit, pression et viscosité du coolant pour maximiser TEM. « Les constructeurs ont conçu d'excellentes machines, les utilisateurs devraient faire tourner leurs outils aux vitesses/avances max que la machine permet. »

Améliorer formation copeaux et TEM avec les coolants

Vitesse production et qualité composant baissent si le fraisage peine à évacuer les copeaux. La fraise CoroMill QD de Sandvik Coromant (Fair Lawn, NJ), pour rainures jusqu'à 6 mm, utilise géométrie et système d'alimentation coolant novateur pour résoudre les problèmes de copeaux.

Géométrie plaquette QD → copeaux plus fins que la rainée. Évacués par coolant livré corps de fraise → chaque arête de coupe. Résultats : TEM boosté, durée de vie et qualité surface dramatiquement améliorées, selon Joseph DeRoss, spécialiste fraisage produit Sandvik Coromant.

Données utilisateurs : QD enlève matière ~20x plus vite que fraises concurrentes. Un cas : QD a usiné 75 pièces avant usure plaquettes vs 10 pour concurrent.

Copeaux plus fins souhaitables ici, mais trop fins = action coupe et chaleur restreintes à petite portion arête → cratérisation, usure flank, fissuration thermique. Cause fréquente de faible productivité et durée de vie réduite.

Copeaux trop épais = forces de coupe très élevées → rupture plaquette. Clé : trouver l'avance donnant épaisseur copeau max sans surcharger plaquettes.

« Si vous épaississez les copeaux, ils tombent plus vite ; en plus, durée de vie plus longue. » Atteindre épaisseur copeau optimale = +20% productivité fraisage ou plus.

Copeaux toujours épais à l'entrée, fins à la sortie. Entrée droite dans la matière = copeaux épais à la sortie jusqu'à engagement complet. Résultats indésirables : mauvaise finition entrée, durée de vie réduite, bruit/vibrations excessifs.

Deux solutions selon DeRoss : (1) réduire avance 50% jusqu'à engagement complet ; (2) programmer un « roulis » (roll) : arquer la fraise dans le sens horaire → insertion progressive des arêtes. Épaisseur copeau sortie = toujours zéro, élimine problèmes entrée droite sans réduire l'avance.

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Passer aux techniques haute avance

Technique populaire pour augmenter TEM : fraisage haute avance = avances rapides + profondeurs de coupe faibles. Petit angle d'attaque sur fond plaquettes → épaisseur copeau moyenne réduite → avances boostées, selon Tim Aydt, gestionnaire produits fraisage indexable Seco Tools (Troy, Michigan).

« Maintenant, on regarde 200-300 pouces/min vs 30-60 pouces/min. »

Inconvénient : à ces avances, fraisage haute avance = technique d'ébauche → opération secondaire souvent nécessaire pour finition requise.

Envisager l'ébauche optimisée

Autre opération d'ébauche populaire : ébauche optimisée (optimized roughing) = enlève matière encore plus vite que haute avance pour produire géométries proches forme finale. Puis opération de finition pour géométrie/final surface finish.

Ébauche optimisée = grandes profondeurs coupe + engagement radial léger. Forces radiales faibles → moins contrainte/usure broche. Durée de vie outil augmente (moins chaleur). Bonnes conditions : outils ébauche optimisée durent jusqu'à 8h sur titane vs 30 min méthodes conventionnelles.

Chaleur réduite et profondeur radiale = vitesses usinage dramatiquement augmentées. Alvéoles usinées jusqu'à 4x plus vite que méthodes conventionnelles. Bien adapté pour parois droites nécessitant grandes profondeurs axiales.

Utilisable sur tout matériau, selon Jay Ball, gestionnaire produits fraisage monobloc Seco. « Ébauche optimisée alliages haute teneur nickel très bénéfique. Clients l'utilisent aussi sur inox, fonte, aciers outillage, même aluminium. »

Ball : passage à l'ébauche optimisée = principale tendance pour augmenter TEM. « C'est la plus grande chose depuis le pain tranché. »

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