Maîtriser le Fraisage : Vitesses, Avances et Techniques de Taraudage

Objectif

Après cette unité, vous serez capable de :

• Identifier et sélectionner les configurations et opérations de fraiseuse verticale pour diverses tâches d'usinage.
• Sélectionner une vitesse de coupe appropriée pour différents matériaux.
• Calculer les vitesses de coupe et avances pour les opérations de fraisage en bout.
• Expliquer comment configurer correctement le taraudage à avance motorisée.

Vitesse de Coupe (Cutting Speed)

La vitesse de coupe est définie comme la vitesse au bord extérieur de l'outil pendant la coupe. C'est aussi la vitesse de surface. Vitesse de surface, surface par minute et surface sont directement liées. Si deux outils de tailles différentes tournent au même régime (tr/min), le plus grand a une vitesse de surface plus élevée. La vitesse de surface se mesure en pieds par minute (SFM - Surface Feet per Minute). Tous les outils de coupe fonctionnent sur le principe de la vitesse de surface. Les vitesses de coupe dépendent principalement du matériau usiné et de l'outil de coupe. La dureté du matériau a une grande influence sur la vitesse recommandée. Plus le matériau est dur, plus la vitesse de coupe est lente. Plus il est tendre, plus la vitesse recommandée est rapide (voir Figure 1).

Acier – Fer – Aluminium – Plomb

Figure 1 : Augmentation de la vitesse de coupe selon la dureté du matériau

La dureté du matériau de l'outil de coupe influence aussi grandement la vitesse recommandée. Plus l'outil est dur, plus la vitesse de coupe est rapide. Plus il est tendre, plus la vitesse recommandée est lente (voir Figure 2).

Acier au carbone – Acier rapide (HSS) – Carbure

Figure 2 : Augmentation de la vitesse de coupe selon la dureté de l'outil

Tableau 1 : Vitesses de coupe par type de matériau

Type de matériau	Vitesse de coupe (SFM)
Acier faible carbone	40–140
Acier moyen carbone	70–120
Acier haute carbone	65–100
Acier à usinage facile	100–150
Inox 302, 304	60
Inox 310, 316	70
Inox 410	100
Inox 416	140
Inox 17-4 pH	50
Acier allié SAE 4130, 4140	70
Acier allié SAE 4030	90
Acier à outils	40–70
Fonte ordinaire	80–120
Fonte dure	5–30
Fonte grise	50–80
Alliages d'aluminium	300–400
Alliage Ni Monel 400	40–60
Alliage Ni Monel K500	30–60
Alliage Ni Inconel	5–10
Alliages base Cobalt	5–10
Alliage Titane	20–60
Titane non allié	35–55
Cuivre	100–500
Bronze ordinaire	90–150
Bronze dur	30–70
Zirconium	70–90
Laiton et Aluminium	200–350
Non-métalliques sans silicium	100–300
Non-métalliques avec silicium	30–70

Vitesse de Broche (Spindle Speed)

Une fois la vitesse de coupe (SFM) déterminée pour un matériau et un outil donnés, la vitesse de broche (RPM) se calcule car elle dépend de la vitesse de coupe et du diamètre de l'outil.

RPM = (CS × 4) / D

Où :

• RPM = Tours par minute
• CS = Vitesse de coupe en SFM
• D = Diamètre de l'outil en pouces

Avance de Fraisage (Milling Feed)

L'avance (milling machine feed) est la distance en pouces par minute que la pièce parcourt vers la fraise.

Sur nos fraiseuses à LBCC, l'avance est indépendante de la vitesse de broche. C'est un bon arrangement qui permet des avances plus rapides pour les fraises de grand diamètre tournant lentement.

Le taux d'avance dépend des facteurs suivants :

1. Profondeur et largeur de coupe.
2. Type de fraise.
3. Aiguisage de la fraise.
4. Matériau de la pièce.
5. Solidité et uniformité de la pièce.
6. Finition requise.
7. Précision requise.
8. Puissance et rigidité de la machine, du dispositif de maintien et de la configuration d'outillage.

Avance par Dent (Feed per Tooth)

L'avance par dent est la quantité de matière que chaque dent de la fraise doit enlever à chaque tour lorsqu'elle avance dans la pièce.

À mesure que la pièce avance, chaque dent pénètre d'une quantité égale, produisant des copeaux d'épaisseur égale.

Cette épaisseur de copeau (avance par dent), avec le nombre de dents, détermine le taux d'avance.

Le taux d'avance idéal pour le fraisage se mesure en pouces par minute (IPM) et se calcule ainsi :

IPM = F × N × RPM

Où :

• IPM = Taux d'avance en pouces par minute
• F = Avance par dent
• N = Nombre de dents
• RPM = Tours par minute

Exemple :

Les avances pour fraises en bout sur fraiseuses verticales vont de 0,001 à 0,002 pouce/dent pour petits diamètres sur acier, à 0,010 pouce/dent pour gros diamètres sur aluminium. La vitesse de coupe pour acier doux étant 90 SFM, le RPM pour une fraise en bout HSS 2 dents de 3/8" est :

RPM = CS × 4 / D = 90 × 4 / (3/8) = 360 / 0,375 = 960 RPM

Pour calculer l'avance, choisissons 0,002 pouce/dent :

IPM = F × N × RPM = 0,002 × 2 × 960 = 3,84 IPM

Avance Machine (Machine Feed)

Le mouvement machine qui fait couper l'outil dans ou le long de la surface de la pièce s'appelle avance.

La quantité d'avance se mesure généralement en millièmes de pouce en usinage métallique.

Les avances s'expriment différemment selon les machines.

Les perceuses à avance motorisée sont conçues pour avancer le foret d'une quantité donnée par tour de broche. Si on règle l'avance à 0,006", la machine avancera de 0,006" par tour. Cela s'exprime en IPR (inches per revolution - pouces par tour).

Procédures de Taraudage (Tapping Procedures)

Bonnes Pratiques :

Utilisation de guides de taraud

Les guides de taraud sont essentiels pour obtenir un filetage droit et utilisable. Sur tour ou fraiseuse, le taraud est déjà droit et centré. À la main, un guide à 90° est bien plus précis que l'œil humain.

Utilisation d'huile de coupe

Lors du perçage et taraudage, l'huile est cruciale. Elle évite le grincement, améliore la coupe, évacue les copeaux et empêche la surchauffe du foret/taraud et de la pièce.

Taraudage par à-coups (Pecking)

Le taraudage par à-coups évite la surchauffe et la casse. On perce/taraude partiellement, on retire pour évacuer les copeaux et laisser refroidir. Tourner d'un tour complet puis un demi-tour en arrière est une pratique courante. À chaque retrait, enlevez un maximum de copeaux et ajoutez de l'huile entre l'outil et la pièce.

Procédure de Taraudage à la Main

1. Sélectionnez la taille de foret selon le tableau.
   Ce tableau est la première référence pour choisir un taraud.

2. Si nécessaire, ajoutez un chanfrein au trou avant le taraudage.
   Les chanfreins et alésages sont parfois souhaités pour les vis. Pour de meilleurs résultats, la vitesse de broche doit être entre 150 et 250 tr/min.
3. Procurez-vous un guide de taraud.
   Le trou est prêt. Utilisez les tarauds et blocs guides près des fraiseuses manuelles. Les blocs ont plusieurs trous pour différentes tailles. Choisissez celui le plus proche de votre taraud et placez-le sur le trou percé.
4. Taraudez le filetage.
   Taraudez par à-coups avec la clé à taraud. Appliquez une pression douce en tournant un tour complet, puis un demi-tour en arrière. Continuez jusqu'à la profondeur désirée.
5. Terminez le taraudage.
   Si le taraud ne progresse plus ou la profondeur est atteinte, relâchez la pression ; il a probablement buté. Retirez le taraud. Toute pression supplémentaire risque de le casser. Plus le taraud est petit, plus il risque de casser.

Procédure de Taraudage à Avance Motorisée (Fraiseuse Verticale)

1. Similaire au taraudage manuel, mais on utilise la fraiseuse verticale pour tarauder la pièce.
2. Avant de démarrer, passez la fraiseuse en vitesse basse (low gear).
3. Déverrouillez la broche (quill lock) et descendez-la au maximum pour avoir assez d'espace pour tarauder à la profondeur voulue.
4. Mettez la broche en marche AVANT et réglez la vitesse à 60 RPM.
5. Faites descendre le taraud. Quand il accroche la matière, il s'auto-alimente dans le trou.
6. À la profondeur désirée, basculez rapidement le sens de rotation de AVANT à ARRIÈRE. Ce mouvement fluide évite d'endommager le filetage et le taraud.
7. Arrêtez la machine.
8. Nettoyez le filetage, le taraud et la machine avant de partir.

TEST DE L'UNITÉ

1. Expliquez les vitesses de coupe pour matériaux durs et tendres.
2. Quelle est la vitesse de coupe pour l'acier à outils et l'aluminium ?
3. Calculez le RPM pour une fraise en bout HSS de ½" pour usiner de l'aluminium.
4. Calculez l'avance pour un outil 3 dents. Utilisez le RPM de la question 3.
5. Calculez le RPM pour une fraise en bout HSS de ¾" pour usiner du bronze.
6. Calculez l'avance pour une fraise en bout carbure 2 dents de ½" pour usiner de l'acier faible carbone.
7. Quel est le but du taraudage par à-coups (pecking) ?
8. Sélectionnez la taille de foret pour un taraud 5/16–24.
9. Pourquoi utilise-t-on des fluides de coupe ?
10. Décrivez la différence entre taraudage manuel et à avance motorisée.