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Les outils de fraisage récemment développés garantissent la flexibilité opérationnelle nécessaire pour usiner des pièces de plus en plus complexes.

Les fabricants proposent des ensembles avec davantage de fonctionnalité et d’efficacité, les pièces qui équipent ces produits deviennent plus compliqués et difficiles à usiner. Outre des formes complexes et des tolérances plus serrées, les pièces sont souvent fabriquées avec des matériaux haute performance qui offrent robustesse et fiabilité, mais qui affectent négativement l’usinabilité.

Le développement des outils

Les fabricants d’outils développent continuellement de nouveaux outils conçus pour maximiser l’efficacité de l’usinage. L’amélioration de la technologie de fraisage témoigne de cet effort. Les fraises en carbure monobloc ont traditionnellement permis d’obtenir des débits copeaux élevés et une excellente précision.
Cependant, ces fraises nécessitent d’être réaffûtées lorsqu’elles sont usées. Le remplacement des outils interrompt la production et requiert beaucoup de temps et d’argent.
L’application d’une fraise réaffûtée implique de modifier les paramètres du programme machine et l’application peut conduire à choisir une fraise adaptée, avec une géométrie plus appropriée.

Comme alternative aux fraises monoblocs, les fabricants d’outils ont développé des fraises avec plaquettes indexables. Lorsque les arêtes de coupe sont usées, les plaquettes sont simplement tournées. Les plaquettes usées peuvent être rapidement remplacées sur la machine. _ Différentes géométries de plaquettes peuvent être montées sur le même corps de fraise pour s’adapter à différentes opérations.

Coupe négative et coupe positive

De même, les géométries des plaquettes indexables ont évolué. La plupart d’entre elles disposent d’arêtes de coupe sur les faces. Une plaquette double face double le nombre d’arêtes de coupe disponibles. Toutefois, la conception des plaquettes double face n’inclut pas d’angle de dépouille, et de ce fait ne permet pas d’utiliser les outils dans une approche de coupe positive.
Dans un outil à coupe positive, la plaquette est inclinée vers l’arrière, permettant à l’arête de cisailler la matière à usiner. En revanche, dans un outil de coupe négative, la plaquette bascule vers la pièce à usiner et l’outil pousse essentiellement le matériau à usiner. En raison de sa conception, l’arête de coupe d’une plaquette double face approche la pièce sous un angle négatif.

Angle de coupe positif et négatif de l’outil

Les outils à coupe négative offrent certains avantages. Ils sont robustes, peuvent supporter des débits copeaux et des efforts de coupe élevés et de ce fait peuvent réaliser les fraisages d’ébauche et les coupes interrompues ainsi que des matières à usiner abrasives et dures telles que la fonte. . _La disponibilité de plusieurs arêtes de coupe permet de réaliser des économies de coûts d’outils. Les plaquettes négatives réversibles deviennent ainsi le choix économique en matière de fraisage 2D simple pour les matières faciles à usiner.
Cependant, les outils de coupe négative poussant la matière première au lieu de la cisailler génèrent des efforts de coupe et de la chaleur.
Si la machine-outil vient à manquer de puissance ou si l’ensemble du système d’usinage n’est pas suffisamment rigide, la précision finale s’en ressentira.
Les efforts de coupe générés par un outil de coupe négative, peuvent, par exemple, altérer une pièce à paroi fine.

Inversement, un outil à coupe positive est de type coupe douce, réduit la résistance de coupe et permet d’usiner des formes plus complexes qu’un outil négatif ne peut pas atteindre.
Les géométries des plaquettes positives offrent une grande flexibilité pour de nombreuses opérations, notamment le rainurage, le contournage, l’interpolation hélicoïdale et la plongée oblique. Ces outils aident à stabiliser l’usinage sur des machines plus anciennes et/ou moins rigides.
De plus, minimiser les efforts de coupe est crucial lors de l’usinage de matériaux complexes tels que le titane, l’Inconel et de nombreux aciers inoxydables.

Plaquettes non réversibles

Pour offrir des plaquettes indexables qui peuvent couper en mode positif, les fabricants d’outils proposent des plaquettes non réversibles avec des angles de dépouille. Bien que les plaquettes ne peuvent pas être retournées, elles peuvent être indexées dans le porte-outils, fournissant plusieurs arêtes de coupe utiles.

La nature de coupe des outils de coupe positive réduit les efforts et la chaleur produite dans la coupe, améliorant ainsi la durée de vie de l’outil. C’est un facteur important, car une plaquette non réversible doit avoir trois fois plus de durée de vie par arête pour être rentable, comparativement aux plaquettes réversibles.

Les plaquettes XO.X10 à coupe positive, non réversibles à haute performance conçues pour le fraisage ont été développées pour la gamme de fraises Turbo 10 de Seco. Ces plaquettes sont configurées pour réduire au minimum les efforts de coupe et contrôler les copeaux, tout en offrant la souplesse nécessaire pour usiner une grande variété de matériaux et de formes de pièces.

Géométries techniques

Au-delà de la distinction entre les arêtes de coupe positive et négative, les fabricants d’outils ont développé plusieurs traitements d’arête visant à maximiser la productivité de différentes matières à usiner.
Par exemple, les arêtes polies sans revêtement et tranchantes sont adaptées à des matériaux plus tendres tels que des alliages d’aluminium.
Pour les matériaux plus difficiles à usiner comme les aciers, la fonte ou les aciers inoxydables, le pierrage ou le chanfreinage de l’arête de l’outil est nécessaire pour la protéger contre l’écaillage.
Les plaquettes conçues pour usiner des fontes, par exemple, ont souvent des traitements d’arête incluant un chanfrein négatif et une rectification d’arête de l’ordre de 30 à 35 microns. L’Inconel et le titane, d’autre part, exigent une géométrie de coupe libre, sans chanfrein et une rectification d’arête comprise entre 20 et 25 microns.

Nuances et revêtements

Une grande partie de la performance de l’outil de coupe est déterminée par l’association des caractéristiques du substrat avec du revêtement.
Généralement, les substrats des plaquettes établissent un équilibre entre la ténacité et la dureté. Une nuance dure est dotée d’une résilience pour résister à des coupes interrompues, certaines matières difficiles à usiner ou des configurations d’usinage moins stables. Les nuances résistantes à l’usure, ont une dureté nécessaire pour usiner des matières abrasives.

Les revêtements sont destinés à améliorer les performances de l’outil en offrant une résistance supplémentaire à l’usure et à la chaleur. Les revêtements comprennent des matériaux polyvalents tels que le TiN (nitrure de titane), qui est économique et adapté aux applications de métaux ferreux n’impliquant pas de niveaux élevés de chaleur. L’AlTiN est un revêtement plus avancé (nitrure de titane d’aluminium). _ Il est plus coûteux que les revêtements de base, mais il possède une bonne résistance aux températures élevées. Il est donc excellent pour une utilisation dans des applications exigeantes telles que le fraisage du titane, les alliages à base de nickel et les fontes.
Dans certaines situations, la haute résistance à la chaleur du revêtement permet l’usinage à sec.
Chaque fabricant d’outils développe ses propres concepts de revêtement : dans le revêtement Duratomic® de Seco, par exemple, la structure atomique de la couche externe d’oxyde d’aluminium est contrôlée de manière à maximiser la qualité de la surface, ce qui améliore la durée de vie de l’outil et permet une vitesse élevée.

Fraises à surfacer-dresser et fraises hélicoïdales

Les fraises sont généralement configurées pour gérer des situations d’usinage spécifiques. Les fraises à surfacer-dresser, dotées d’une seule rangée de plaquettes réparties horizontalement autour de la fraise, sont appropriées lorsque les profondeurs de coupe axiales sont inférieures à la longueur de l’arête de coupe.
Pour de plus grandes profondeurs de coupe, les fraises hélicoïdales, avec des rangés de plaquettes disposées de manière axiale, peuvent être utilisées pour le rainurage, l’usinage de poches et la plongée oblique comme pour le contournage et l’interpolation hélicoïdale.

Le pas d’une fraise ou l’espacement entre les plaquettes, influence sa performance. Les fraises à pas large (grand espacement) sont appropriées quand la puissance et la rigidité de la machine sont limitées, ou lorsque la fraise est montée sur un long porte-à-faux ou utilisée dans un usinage axial profond. Les fraises à pas fin, en revanche, fournissent des débits copeaux importants quand elles sont utilisées dans des configurations efficaces sur des machines puissantes. Si la puissance et la rigidité de la machine manquent, l’application d’une fraise à pas fin peut provoquer des vibrations.

La sélection Seco Turbo 10 inclut des types de fraises à surfacer-dresser et hélicoïdales. Grâce à une géométrie de plaquette appropriée, les fraises à surfacer-dresser peuvent réaliser des angles à 90°.
Les fraises sont proposées en deux pas, avec quatre et cinq versions de dents. Les fraises hélicoïdales Turbo 10, commercialisées depuis peu, sont disponibles dans des diamètres compris entre 32 et 80 mm, avec des hauteurs de coupe entre 0,8xD et 2,0xD. Ces fraises sont disponibles dans un grand nombre de types de montage.
La flexibilité du système Turbo 10 est mis en évidence par un choix de 13 nuances de carbure, trois nuances avec insert PCD et cinq géométrie adaptées à un grand nombre de matériaux incluant l’acier, l’acier inoxydable, la fonte, les matériaux trempés, les alliages réfractaires et les matériaux non ferreux.

Une précision accrue

En ce qui concerne la précision, les outils en carbure monobloc comportent généralement moins de faux-ronds que les outils indexables et peuvent permettre d’obtenir un meilleur état de surface. _ Dans de nombreuses situations, il convient donc d’ébaucher et de semi-finir avec une fraise à plaquette indexable et d’obtenir l’état de surface avec une fraise monobloc.
D’autre part, certains corps de fraise, notamment les fraises Turbo 10, disposent de logements de plaquettes de précision afin de minimiser la disparité entre les niveaux de plaquettes et renforcer ainsi la précision d’usinage et la durée de vie de l’outil.

Une application correcte

Ces outils doivent être utilisés correctement pour tirer pleinement parti de leurs capacités. Un cas typique d’erreur d’application est l’utilisation d’une nuance incorrecte, telle que l’emploi d’un substrat dur, résistant à l’usure dans une coupe pour laquelle un outil tenace serait plus approprié.
Toutefois, l’erreur la plus commune dans l’application des outils de fraisage est l’utilisation de paramètres de coupe qui n’exploitent pas pleinement le potentiel de performance des outils.
De nombreux utilisateurs utilisent l’outil haute performance de la même manière que celle qu’ils emploient des outils plus petits qu’ils ont remplacés, le plus souvent avec une avance ou une vitesse de coupe trop lente.
La clé de la productivité est d’usiner de manière plus performante. Pour certains outils, il est nécessaire d’augmenter la vitesse, tandis que d’autres géométries nécessitent une augmentation de l’avance. Les utilisateurs doivent consulter les conditions de coupe fournies par les fabricants d’outils lors de la commercialisation de nouveaux produits.

L’amélioration continue

De nombreux secteurs, notamment l’aéronautique, l’énergie et la défense, développent de nouveaux ensembles qui comportent des pièces complexes de haute précision et utilisent des nouvelles matières qui sont plus difficiles à usiner. De plus en plus de pièces disposent de formes qui exigent une technologie d’usinage cinq axes, et certaines pièces qui étaient auparavant assemblées sont usinées en une seule partie.

Ces tendances vont encore stimuler le développement des nouveaux outils de fraisage. Les outils de coupe douce hautes performances qui peuvent usiner des alliages exotiques avec des efforts de coupe faibles et une précision élevée feront l’objet d’une demande croissante. L’évolution de systèmes de fraisage poursuivra sa croissance.

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