Clés pour des opérations de fraisage réussies

Aug 18, 2023

Il n'est pas difficile de s'entendre sur ce à quoi ressemble une application de fraisage réussie. L'application comprend une machine capable avec des outils de coupe et des fixations adaptés au matériau de la pièce et à la configuration de la pièce pour produire la finition de surface souhaitée et attendue, l'usure de l'outil et la durée de vie de l'outil.

Mais pour tout magasin, le défi consiste à faire le bon choix parmi une multitude de technologies concurrentes, à identifier les compromis et, dans la mesure du possible, à intégrer les dernières technologies avancées et stratégies de programmation. Voici comment certains fournisseurs de technologie de premier plan perçoivent le processus de fraisage et les choix associés.

Dans un récent podcast SME Advanced Manufacturing Now, Chuck Somerville, ingénieur commercial spécialisé dans les outils de coupe, Ceratizit USA, Schaumburg, Illinois, a décrit ce qu'il appelle les "Six clés pour une application de fraisage réussie". Ils comprennent:

Parmi les considérations figurent la complexité de la pièce, le niveau de compétence de l'atelier et le besoin de communication entre les opérateurs de machine, les programmeurs et le personnel de configuration. "Tous ne partagent pas une connaissance commune", a déclaré Somerville.

"Le programmeur sait comment générer du code. L'opérateur de la machine sait comment charger la machine et appuyer sur les boutons", a-t-il expliqué. "Mais, dans de nombreux cas, le programmeur ne comprend pas ce qui se passe lorsque l'opérateur appuie sur le bouton et que les outils commencent à couper."

C'est pourquoi la flexibilité de la machine est si importante. Le nouveau système d'outillage MaxiMill 273 de Ceratizit, par exemple, comprend une plaquette prismatique de haute précision avec un angle de dégagement positif des deux côtés. La plaquette combine l'avantage des plaquettes négatives dans lesquelles les deux côtés des arêtes de coupe peuvent être utilisés avec ceux des plaquettes positives avec leurs faibles efforts de coupe. Le nouveau système d'outillage est destiné à la majorité des pièces de fraisage nécessitant un enlèvement de matière inférieur à 0,140" [3,6 mm].

Le MaxiMill 273 version 2 présente un pas particulièrement serré avec un nombre maximum de dents sur chaque diamètre qui permettent des vitesses d'avance élevées. Il est particulièrement bien adapté à la production à grand volume de pièces en fonte, principalement dans l'automobile, a décrit ce qu'il appelle les "Six clés pour une application de fraisage réussie". Ils comprennent:

Parmi les considérations figurent la complexité de la pièce, le niveau de compétence de l'atelier et le besoin de communication entre les opérateurs de machine, les programmeurs et le personnel de configuration. "Tous ne partagent pas une connaissance commune", a déclaré Somerville.

"Le programmeur sait comment générer du code. L'opérateur de la machine sait comment charger la machine et appuyer sur les boutons", a-t-il expliqué. "Mais, dans de nombreux cas, le programmeur ne comprend pas ce qui se passe lorsque l'opérateur appuie sur le bouton et que les outils commencent à couper."

C'est pourquoi la flexibilité de la machine est si importante. Le nouveau système d'outillage MaxiMill 273 de Ceratizit, par exemple, comprend une plaquette prismatique de haute précision avec un angle de dégagement positif des deux côtés. La plaquette combine l'avantage des plaquettes négatives dans lesquelles les deux côtés des arêtes de coupe peuvent être utilisés avec ceux des plaquettes positives avec leurs faibles efforts de coupe. Le nouveau système d'outillage est destiné à la majorité des pièces de fraisage nécessitant un enlèvement de matière inférieur à 0,140" [3,6 mm].

Le MaxiMill 273 version 2 présente un pas particulièrement serré avec un nombre maximum de dents sur chaque diamètre qui permettent des vitesses d'avance élevées. Il est particulièrement bien adapté à la production à grand volume de pièces en fonte, principalement dans l'automobile où des temps d'usinage courts sont nécessaires à des profondeurs de coupe modérées, selon Ceratizit.

Bryan Stusak, chef de produit national - fraisage, Iscar USA, Arlington, Texas, a décrit les bases de la prise en charge de l'usinabilité, qui est fortement affectée par la condition de dureté du matériau de la pièce (Rc). Le choix de la géométrie et du revêtement d'outil de coupe appropriés pour un matériau de pièce et une application donnés, a-t-il noté, est essentiel au succès.

Les outils de coupe doivent cisailler plutôt que "labourer" le matériau de la pièce pour éviter l'écrouissage et l'excès de chaleur lors de la formation du copeau, a expliqué Stusak. "Le serrage doit être solide pour un processus stable et sécurisé. Tout broutage et/ou vibration peut entraîner une mauvaise qualité de la pièce et réduire les performances de l'outil de coupe", a-t-il ajouté.

"L'intégration des principes et des stratégies d'application de fraisage de base avec la CAO/FAO est essentielle pour obtenir une pièce de qualité avec une durée de vie optimisée. Pour certaines applications/matériaux, le liquide de refroidissement est indispensable, agissant comme un lubrifiant, aidant à évacuer les copeaux et refroidissant la zone de coupe. Le liquide de refroidissement haute pression (HPC) est toujours recommandé si la machine-outil offre cette capacité. pièce », a déclaré Stusak.

Pour des applications aussi diverses que l'automobile, l'ingénierie générale et le médical, les conceptions de fraises indexables d'Iscar peuvent être classées comme une solution polyvalente ou spécifique à une application. Pour les ateliers, a noté Stusak, le fait d'avoir une fraise polyvalente avec une inclinaison élevée et positive de la poche de coupe (axiale/radiale) permet des opérations telles que le surfaçage, l'épaulement, le rainurage fermé et ouvert, l'interpolation hélicoïdale, le ramping, le profilage et le fraisage par copie.

La conception Heli3Mill d'Iscar présente des avantages par rapport à l'insert traditionnel de style APKT qui existe depuis "des éternités", selon la société. Tout d'abord, la fraise a un véritable angle d'arête de coupe de 90° avec trois arêtes de coupe hélicoïdales pour réduire le coût par arête par rapport à une plaquette à deux coins. La poche en forme de V de Heli3Mill capture la plaquette sur deux points de contact dans l'orientation radiale pour une plus grande rigidité de serrage.

"Cette fraise est idéale pour les machines légères en raison des angles de coupe axiaux élevés incorporés dans la conception de la fraise", a déclaré Stusak. Les offres de géométrie d'arête de plaquette de forme triangulaire Heli3Mill, ainsi que de nombreuses options de nuances, sont disponibles en cinq tailles IC : 5, 7, 10, 15 et 19 mm. Ces plaquettes sont disponibles sur des diamètres de corps de fraise allant de 0,236" à 6,00" (6 à 152 mm).

Pour les opérations spécifiques à l'application, Iscar propose la gamme d'outils HELIDO H690 avec une plaquette double face triangulaire ou trigone. Cela réduit le coût par bord pour les environnements de production, a souligné Stusak. Pour les opérations intensives, a-t-il déclaré, les HELIDO H490 et HELITANG T490 présentent une plaquette à quatre coins avec une section transversale plus épaisse pour des avances accrues pour les taux d'élimination des métaux lourds (MRR).

Iscar a récemment introduit des plaquettes à huit coins, telles que la LOGIQ8TANG et la NEODO S890, pour "des attentes presque nettes pour n'importe quel segment de l'industrie si une analyse des coûts est effectuée à l'avance pour comparer les coûts d'usinage, le coût/arête et la durée de vie de l'outil pour une application donnée", a ajouté Stusak.

Il a également noté la popularité des machines plus légères. "Moins d'enlèvement de matière dans la fabrication additive et les pièces moulées/forgées presque nettes deviennent monnaie courante. Les fraises en bout conçues pour les applications de finition, c'est-à-dire les broyeurs à barillets, peuvent réduire les temps de cycle de 50 à 90 % par rapport aux conceptions de fraises en bout à billes traditionnelles."

Les broyeurs à tonneaux d'Iscar sont disponibles en carbure monobloc et Multi-Master. Les plaquettes de fraisage conçues avec des offres de faible profondeur de coupe répondent également à ce besoin. Les Mini Mills d'Iscar (NANMILL, Heli3Mill et Heli4Mill) offrent une faible profondeur de coupe pour les applications de fraisage à 90°. Pour un MRR plus rapide, l'offre de mini-broyeurs indexables d'Iscar s'étend également à l'alimentation rapide, c'est-à-dire Micro3Feed et NANFEED.

De plus, les fraises en bout avec brise-copeaux sont devenues monnaie courante dans les ateliers et les environnements de production. Cette technologie réduit les forces de coupe radiales exercées sur la pièce et gère le contrôle des copeaux.

Les facteurs les plus importants pour usiner une pièce à imprimer avec succès commencent par "littéralement tout", a affirmé Brian Baker, chef de produit, Walter USA LLC, Waukesha, Wis. important aussi », a conseillé Baker.

"Mais n'oublions pas l'outillage. Avoir le bon outil pour l'application est définitivement un must", a poursuivi Baker.

"Une défaillance dans l'un de ces domaines rendra l'usinage réussi une bataille difficile, voire impossible."A cet effet, Walter propose une vaste sélection de produits de fraisage pour toutes les applications, avec des fraises en bout en micro-carbure monobloc à partir de 0,0157" [0,4 mm] pour le médical, des fraises en bout à longue portée à 7 dents spécialement conçues pour les alliages de titane et une large sélection de fraises insérables pour presque toutes les applications imaginables.

Le catalogue actuel d'outils standard de Walter compte plus de 44 000 articles. En ce qui concerne les dessins et les modèles d'outillage, a déclaré Baker, la majorité des produits standard de Walter ont déjà des dessins accessibles sur le site Web de l'entreprise au format PDF, DXF, STP ou les trois. Le logiciel Walter's Xpress permet aux ingénieurs commerciaux de concevoir et de citer certains outils spéciaux sur le site d'un client, en fournissant un devis, une impression et un modèle en quelques minutes.

Le fournisseur développe également des outils nouveaux et améliorés pour gérer des vitesses et une puissance de machine plus élevées afin de répondre aux exigences changeantes, a déclaré Baker.

"Un exemple est notre fraise M2131 pour l'usinage à grande vitesse de l'aluminium. Nous avons littéralement usiné des clavettes dans chaque siège de plaquette et moulé des rainures de clavette dans chaque plaquette pour les fixer dans le corps contre les forces centrifuges des broches à grande vitesse d'aujourd'hui, leur permettant de fonctionner à 40 000 tr/min ou même plus. Mais notre spécialité, ce sont nos nuances.

Il existe également des changements importants du marché auxquels les outils doivent répondre. Dans l'industrie automobile, par exemple, Baker a cité le "passage massif" aux véhicules électriques, aux panneaux de carrosserie composites, aux cadres en aluminium et aux carters de moteur. "La composition à 90 % d'acier et de fer des décennies passées disparaît rapidement, et les besoins en outillage en sont le reflet", a-t-il poursuivi. "Walter se concentre fortement sur l'usinage de l'aluminium et du titane pour l'automobile et l'aérospatiale, ainsi que sur l'usinage des matériaux durs pour les moules et matrices et le secteur de l'énergie qui est également dans sa propre transformation similaire."

La tendance dans la conception des machines est vers une vitesse plus élevée, une productivité plus élevée, une plus grande précision, des délais plus courts, des coûts réduits et un fonctionnement respectueux de l'environnement. Tous ces éléments sont pris en compte dans la conception de l'outillage par la stabilité de la plaquette au niveau de la poche, la précision de la poche, le matériau du corps de fraise et le faux-rond.

Selon Gil Getz, chef de produit mondial senior, Kennametal Inc., Latrobe, Pennsylvanie, l'efficacité est primordiale pour permettre une fabrication allégée ou des ateliers de travail avec de petites tailles de lots produits sur des machines à usage général.

L'atelier est soumis au coût élevé de la gestion des matériaux, du suivi et du stockage des matériaux, à l'augmentation des délais de production et à la distance dans le flux de matériaux, ce qui entraîne des coûts de production élevés, a expliqué Getz. L'objectif de Kennametal, a-t-il dit, commence par une vaste sélection d'outils de fraisage qui fournissent "une solution efficace et performante" pour toute exigence de matériau ou d'opération de fraisage.

Les ateliers peuvent avoir besoin d'outils de conception personnalisés pour plusieurs raisons. "La pièce peut avoir un besoin spécial qui ne peut pas être réalisé par un outil standard, comme une longue portée, une tolérance extrêmement serrée ou même une taille particulière", a noté Getz. "La raison la plus courante d'une solution personnalisée est de combiner plusieurs opérations en un seul outil. Cela peut souvent réduire considérablement le temps de cycle en éliminant les passes multiples, le temps de changement d'outil et la nécessité d'effectuer plusieurs opérations.

Le principal avantage des outils de conception personnalisés est le gain de temps de la broche, selon Getz. Comme avantage supplémentaire, il a cité la simplification des processus. "La mise en œuvre d'un outil de solution personnalisé déplace la complexité de la fabrication de l'opérateur ou du programmeur vers le fabricant d'outils", a-t-il poursuivi. "L'outil est livré déjà équipé pour tenir compte des défis de l'opération."

La conception de l'outil dépend en grande partie de sa fonction, a déclaré Getz, La conception de l'outil dépend en grande partie de sa fonction, a déclaré Getz, notant que plusieurs facteurs doivent être pris en compte, dont certains auront un impact important. Ceux-ci inclus:

De nombreux magasins ont également besoin de polyvalence, a déclaré Getz. Cela peut inclure l'usinage de différents matériaux avec un seul outil ou l'exécution de plusieurs opérations avec un seul outil, ainsi que la polyvalence pour un seul matériau de pièce.

"Une fraise indexable peut travailler dans tous les matériaux pour une grande variété d'applications comme le fraisage d'épaulement, de rampe, de fente, de plongée et hélicoïdal", a expliqué Getz. "Avec la même fraise, les clients peuvent monter différentes géométries de plaquettes dans des poches sans modification et différentes nuances de plaquettes pour usiner différents matériaux, améliorer la productivité et réduire le temps de cycle et les coûts d'usinage."

La série Mill 4-15 de Kennametal est conçue pour de multiples fonctions. Par exemple, Getz a souligné "une excellente qualité de surface et des taux d'enlèvement de copeaux élevés dans les applications de fraisage d'épaulements" et une "plaquette double face à quatre arêtes de coupe garantit un faible coût par arête".

Décrivant le Mill 4-15 comme un "changeur de jeu définitif", Getz a déclaré que les machines sont capables de nombreuses opérations et peuvent accueillir la plupart des matériaux. La nouvelle géométrie de plaquette SGE-R ajoute également une rampe et une interpolation hélicoïdale, ce qui rend l'outil encore plus polyvalent.

Un autre exemple est la fraise à surfacer KCFM45, qui, selon Getz, est conçue pour un seul matériau de pièce (fonte), une plaquette intelligente et un développement de nuance qui offre une polyvalence dans son espace. Il comporte des sièges de poche fixes et réglables, offrant la possibilité d'applications de semi-finition ainsi que de finition fine. Avec des inserts en carbure, en céramique et en PcBN, cet outil est une solution flexible, économique et conviviale, idéale pour tout type de centre d'usinage CNC, selon Kennametal. Les plaquettes en carbure sont idéales pour l'usinage à bas régime ou dans des pièces à paroi mince et dans des conditions moins stables, tandis que les plaquettes en céramique offrent des vitesses de surface élevées, ce qui se traduit par une productivité plus élevée.

Selon Jason Lutch, ingénieur d'application, Absolute Machine Tools, Lorain, Ohio, la tendance est aux ateliers utilisant des applications de fraisage à grande avance. "En conséquence, nous sommes appelés à configurer un grand nombre de nos nouvelles machines avec une capacité d'avance élevée. Cela signifie prendre des profondeurs de coupe (DOC) plus légères de 0,020" à 0,036" [0,5-0,9 mm], un engagement radial de 5 ou 6" [127, 152 mm], et les pousser n'importe où entre 180 et 300 ipm 4,5-7,6 m/min. Pour l'industrie des moules métalliques, en particulier pour les cavités de moules aux formes de plus en plus complexes, le fraisage dynamique permet d'obtenir un taux d'enlèvement de métal (MRR) élevé en enlevant autant de matière que possible hors de la cavité et en l'introduisant ensuite avec des outils de finition."

Sur quelque chose qui est une application murale droite avec une simple poche, par exemple, le fraisage dynamique produit généralement les taux d'enlèvement les plus rapides, a déclaré Lutch. "Nous rencontrons également d'autres applications, qui utilisent les mêmes principes. Mais plutôt que d'avoir un DOC de 0,015" à 0,030" [0,38-0,76 mm] ou 040" [1,02 mm], ils auront un chargeur latéral avec un DOC axial de 0,020" à 0,040 [0,5-1,02 mm]. [0,5 mm] à un passage mais à un régime très élevé et à une vitesse d'avance très élevée. Il y a un inconvénient à utiliser un DOC profond lorsque vous avez des pentes et des contours différents dans les moules. Un peu plus de matière est laissée pour les passes de finition car le DOC ne suit pas vraiment le mur aussi bien qu'une fraise à grande avance le ferait », a souligné Lutch.

« De nombreux logiciels de fraisage dynamique et de FAO ont été adaptés aux broches bas de gamme de 8 000 à 15 000 tr/min », a-t-il déclaré. "Par exemple, une grande partie du fraisage dynamique ou du fraisage trochoïdal qui peut être effectué avec un logiciel de FAO comme Mastercam permet de contrôler l'avance et la vitesse en fonction des contraintes de puissance de la machine. Qu'il s'agisse de 10 ch ou de 50 ch, le MRR maximum peut être composé afin de ne pas surcharger la machine."

Avec le fraisage trochoïdal ou dynamique, vous pouvez choisir votre poche, le pas, le DOC et le régime qui maintiendront la fraise engagée pour maximiser l'enlèvement de métal, selon Lutch.

Les logiciels de FAO ont parcouru un long chemin avec des fiches de configuration et des fiches techniques. Le programmeur est désormais la personne ressource en matière de MRR élevé, a déclaré Lutch, notant que les opérateurs contrôlaient beaucoup avec le code G et comment ils programmaient la machine. "Ce que nous avons constaté dans le monde du fraisage, c'est qu'il est passé au logiciel de FAO", a-t-il poursuivi. "Il y a beaucoup de choses que vous pouvez faire avec le logiciel. Vous pouvez configurer des tables d'outils et des opérations, ce qui permet au frontal de la FAO d'être beaucoup plus simple.

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