Maîtriser l'usinage des angles internes : guide complet pour ingénieurs

Le problème des angles vifs en usinage survient lorsque des outils de coupe cylindriques rencontrent des coins intérieurs vifs dans des caractéristiques internes comme des poches carrées. La forme des outils de coupe les empêche de couper un coin exact. Au lieu de cela, le rayon de coupe minimum est égal au filet du rayon de l'outil.

C'est un problème inévitable car la géométrie des outils de coupe est simplement incapable d'usiner des coins intérieurs vifs. En même temps, quelques caractéristiques internes sont censées avoir des coins vifs. Typiquement, cette exigence est pour des applications d'assemblage, où la caractéristique interne sert de siège/chambre pour l'ajustement d'une pièce externe avec des coins extérieurs vifs.

Ces exigences contradictoires ne créent pas un blocage, cependant. Les ingénieurs et machinistes ont trouvé de nombreuses manœuvres de conception pour traiter ce problème.

Changer les coins en filets

La solution la plus simple, la plus évidente est d'éviter complètement les coins intérieurs vifs. Accordé, cela peut ne pas ressembler à une « solution » au problème en question, mais c'est ce que les experts recommandent à l'unanimité. La plupart des designs sont flexibles au changement de rayon de coin, avec de petits ajustements faisant le travail tout en maintenant la même fonctionnalité.

La raison principale de cette recommandation est sa simplicité. Les techniques d'usinage de coins que nous discuterons plus tard nécessitent tous un effort, un coût et un temps supplémentaires. S'il y a un moyen d'éviter ceux-ci, priorisez-le.

L'autre raison est la stabilité du processus. Les outils de coupe comme les fraises en bout ne sont pas adaptés pour l'usinage de poches très profondes. La profondeur de coupe maximale généralement recommandée est de quatre fois le diamètre de l'outil. Au-delà de ces limites, des problèmes comme le chatter, la casse d'outil et la mauvaise finition de surface commencent à apparaître. Tous ceux-ci entravent la capacité de l'outil de coupe à produire des coins intérieurs vifs de haute qualité.

Ainsi, quand les concepteurs choisissent de convertir les coins en filets, ils devraient aussi prêter attention au rayon de filet. Selon la profondeur de la poche, ils devraient sélectionner un rayon de coin approprié que le département de production peut usiner en toute sécurité et qui préserve aussi la fonctionnalité de la pièce.

Filets en T et en os de chien

Une autre solution est d'ajouter des sous-coupes à chaque coin vif. Une sous-coupe est une caractéristique d'usinage où la coupe s'étend dans le coin au-delà de la périphérie de la poche interne. En d'autres termes, elle enlève de la matière supplémentaire des coins.

Cela fonctionne mieux quand vous avez besoin de coins intérieurs vifs pour insérer un composant externe à l'intérieur de la poche interne. Cela n'affecte pas la fonctionnalité ou la performance de l'assemblage et fait toujours de la place pour que le composant d'accouplement s'insère. De plus, cela pourrait mener à une réduction de poids utile.

Il y a deux solutions populaires que les machinistes utilisent régulièrement pour les coins vifs en usinage.

En T

Le type de sous-coupe de coin plus simple, plus facile est le « T-Bone ». Dans cette opération, la fraise se déplace dans le coin dans une seule direction. Typiquement, l'extension de la coupe est d'au moins la moitié du diamètre de la fraise pour faire un espace adéquat pour que les objets d'accouplement s'emboîtent ensemble.

Os de chien

L'autre type de sous-coupe est l'« os de chien », tirant son nom de sa ressemblance avec la forme d'un os de chien. C'est différent des en T car il étend la coupe dans deux directions au lieu d'une seule. Ce genre de sous-coupe est légèrement plus complexe à usiner, mais il est esthétiquement plaisant.

Usinage par décharge électrique (EDM)

Maintenant, creusons un peu et regardons des solutions légèrement en dehors du territoire d'usinage classique. L'EDM est un procédé de fabrication populaire qui utilise des étincelles électriques entre la pièce et l'outil pour enlever la matière par fusion et érosion. Il a des applications spéciales dans l'usinage de coins intérieurs. Nous discuterons de deux types de procédés EDM : EDM par enfonçage et EDM à fil.

EDM par enfonçage

Dans un processus EDM par enfonçage, l'outil de coupe est un matrice conçue sur mesure qui est progressivement abaissée (enfoncée) dans la pièce. Puisque la matrice est la forme négative de la géométrie de la caractéristique, c'est un composant externe. Ainsi, elle peut avoir des coins vifs sans aucun problème.

EDM à fil

L'EDM à fil est différent de l'EDM par enfonçage. Son outil est un fil fin qui se déplace le long des contours de la caractéristique pour couper la matière. Il est hautement adapté pour l'usinage de coins vifs en raison de sa taille d'outil incroyablement petite de moins de 0,1 mm de diamètre. Cela signifie que l'EDM à fil peut produire des coins intérieurs avec un rayon aussi petit que 0,05 mm, ce qui est « vif » par tous les moyens.

Il y a des inconvénients au processus EDM toutefois. Généralement, l'EDM est beaucoup plus lent que l'usinage conventionnel et les fabricants doivent avoir une raison solide pour justifier son utilisation pour l'usinage de coins. De plus, l'EDM peut être délicat à planifier pour les machinistes en raison de sa complexité. De plus, il est limité aux seuls matériaux électriquement conducteurs et a une mauvaise finition de surface qui peut nécessiter un traitement supplémentaire pour la mettre à niveau.

Coupe manuelle

Finalement, quand les machines échouent à produire un coin vif de haute qualité, les compétences manuelles sont utiles. Le dernier recours est d'utiliser divers outils manuels pour couper, meuler et polir le coin interne pour atteindre la forme désirée.

Quelques outils manuels courants incluent les ciseaux, limes et papiers de verre. Compréhensiblement, les processus manuels sont chronophages et certainement pas aussi précis que les machines. Cependant, quand l'utilisation de machines n'est pas faisable, ce sont une bonne alternative.

Le sujet des coins vifs en usinage est intéressant, avec tout le monde, des concepteurs aux machinistes, contribuant avec leurs solutions innovantes pour résoudre ce problème. Les concepteurs ont une variété d'options à choisir quand ils sont confrontés à des coins intérieurs vifs, leur donnant une liberté de conception appréciable.

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