Maîtriser l'usinage des coins internes :un guide complet de l'ingénieur

Le problème des angles vifs lors de l'usinage se pose lorsque les outils de coupe cylindriques rencontrent des angles intérieurs vifs dans des éléments internes tels que des poches carrées. La forme des outils de coupe les empêche de couper un coin précis. Au lieu de cela, le rayon de coupe minimum est égal au congé du rayon de l'outil.

Il s’agit d’un problème inévitable car la géométrie des outils de coupe est tout simplement incapable d’usiner des coins intérieurs pointus. Dans le même temps, quelques fonctionnalités internes devraient présenter des angles vifs. Généralement, cette exigence concerne les applications d'assemblage, où l'élément interne sert de siège/chambre pour le montage d'une pièce externe avec des coins extérieurs pointus.

Ces exigences contradictoires ne créent toutefois pas une impasse. Les ingénieurs et les machinistes ont mis au point de nombreuses manœuvres de conception pour résoudre ce problème.

Changer les coins en congés

La solution la plus simple et la plus évidente consiste à éviter complètement les coins intérieurs pointus. Certes, cela ne ressemble peut-être pas à une « solution » au problème en question, mais c’est ce que recommandent les experts à tous les niveaux. La plupart des conceptions sont flexibles pour modifier le rayon d'angle, avec de petits ajustements permettant d'effectuer le travail tout en conservant la même fonctionnalité.

La principale raison de cette recommandation est sa simplicité. Les techniques d'usinage des coins dont nous parlerons plus tard nécessitent toutes des efforts, des coûts et du temps supplémentaires. S'il existe un moyen de les éviter, donnez-lui la priorité.

L’autre raison est la stabilité du processus. Les outils de coupe comme les fraises en bout ne conviennent pas à 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 tels que des vibrations, des bris d'outils et un mauvais état de surface commencent à apparaître. Tous ces éléments entravent la capacité de l'outil de coupe à produire des coins intérieurs tranchants de haute qualité.

Ainsi, lorsque les concepteurs choisissent de convertir des coins en congés, ils doivent également prêter attention au rayon du congé. En fonction de la profondeur de la poche, ils doivent sélectionner un rayon de coin approprié que le service de production peut usiner en toute sécurité et qui préserve également la fonctionnalité de la pièce.

Filets de T-bone et Dogbone

Une autre solution consiste à ajouter des contre-dépouilles à chaque coin pointu. Une contre-dépouille 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, cela supprime le surplus de matière dans les coins.

Cela fonctionne mieux lorsque vous avez besoin de coins intérieurs pointus pour insérer un composant externe dans la poche interne. Cela n'affecte pas la fonctionnalité ou les performances de l'assemblage et laisse toujours la place au composant d'accouplement. De plus, cela pourrait conduire à une réduction de poids utile.

Il existe deux solutions populaires que les machinistes utilisent régulièrement pour les angles vifs de l'usinage.

T-os

Le type de contre-dépouille de coin le plus simple et le plus facile est le « T-Bone ». Lors de cette opération, la fraise se déplace dans le coin dans une seule direction. Généralement, l'extension de la coupe est d'au moins la moitié du diamètre de la fraise pour laisser suffisamment d'espace pour que les objets s'emboîtent.

Os de chien

L’autre type de contre-dépouille est « l’os de chien », tirant son nom de sa ressemblance avec la forme d’un os de chien. Il est différent des T-bones car il étend la coupe dans deux directions au lieu d’une seule. Ce type de contre-dépouille est légèrement plus complexe à usiner, mais il est esthétique.

Usinage par électroérosion (EDM)

Maintenant, faisons une petite parenthèse et regardons des solutions légèrement en dehors du territoire de l'usinage classique. L'EDM est un procédé de fabrication populaire qui utilise des étincelles électriques entre la pièce et l'outil pour éliminer la matière par fusion et érosion. Il a des applications spéciales dans l’usinage des coins intérieurs. Nous aborderons deux types de processus d'électroérosion :l'électroérosion à puce et l'électroérosion à fil.

EDM par évier

Dans un processus d'électroérosion par enlèvement de matière, l'outil de coupe est une matrice conçue sur mesure qui est progressivement abaissée (enfoncée) dans la pièce à usiner. Puisque le dé est la forme négative de la géométrie de l’entité, il s’agit d’un composant externe. Ainsi, il peut avoir des angles vifs sans aucun problème.

EDM à fil

L'EDM à fil est différent de l'EDM à puce. Son outil est un fil fin qui se déplace le long des contours de l'élément pour couper le matériau. Il convient parfaitement à l'usinage d'angles vifs en raison de sa taille d'outil incroyablement petite, inférieure à 0,1 mm de diamètre. Cela signifie que l'électroérosion à fil peut produire des coins intérieurs avec un rayon aussi petit que 0,05 mm, ce qui est certainement « tranchant ».

Le processus EDM présente cependant des inconvénients. 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 des coins. De plus, l’EDM peut être difficile à planifier pour les machinistes en raison de sa complexité. De plus, il est limité aux seuls matériaux électriquement conducteurs et présente une mauvaise finition de surface qui peut nécessiter un traitement supplémentaire pour le rendre conforme.

Découpe manuelle

Enfin, lorsque les machines ne parviennent pas à produire un angle vif de haute qualité, les compétences manuelles s'avèrent utiles. Le dernier recours consiste à utiliser divers outils manuels pour couper, meuler et polir le coin interne afin d'obtenir la forme souhaitée.

Certains outils à main courants comprennent les ciseaux, les limes et les papiers de verre. Naturellement, les processus manuels prennent du temps et ne sont certainement pas aussi précis que les machines. Cependant, lorsque l'utilisation de machines n'est pas réalisable, elles constituent une bonne alternative.

Le sujet des angles vifs dans l'usinage est intéressant, et tous, des concepteurs aux machinistes, apportent leurs solutions innovantes pour résoudre ce problème. Les concepteurs disposent d’une variété d’options parmi lesquelles choisir lorsqu’ils sont confrontés à des angles intérieurs pointus, ce qui leur donne une liberté de conception appréciable.

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