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Mettons une chose au clair dès le départ. Je ne me soucie pas beaucoup des pièces que vous fabriquez. Mais je me soucie beaucoup des jetons, et vous devriez aussi.

A la fin d'un processus d'usinage, vous avez deux choses : une pièce finie et un tas de copeaux. La plupart des gens se concentrent sur la partie. Je me concentre sur les puces.

Il ne s'agit pas d'être contraire. Je pense que si vous produisez beaucoup de très bons copeaux, très rapidement, vous pouvez gagner beaucoup d'argent en usinant des pièces. Il y a beaucoup d'histoires sur les avantages et les inconvénients du fraisage à grande vitesse par rapport à celui à grande avance. Bien qu'ils soient très différents, à bien des égards, ils présentent des similitudes. Mais pour être clair, tout tourne autour des puces.

Quelles sont les deux choses nécessaires pour fabriquer une puce ? Chaleur et pression. La découpe du métal est un processus de déformation plastique. La chaleur est créée par le frottement dans la zone de cisaillement. La régulation de la quantité de chaleur est la vitesse de rotation de la fraise. La pression est générée par l'alimentation. Il est important de noter que la chaleur et la pression nécessaires pour déformer plastiquement le matériau et le cisailler sont les mêmes chaleur et pression qui provoquent l'usure de l'outil et une défaillance prématurée. Nous voulons diriger la chaleur dans la puce, mais nous devons d'abord avoir une puce suffisamment épaisse pour absorber la chaleur. C'est de là que viennent les vitesses d'avance élevées dans le fraisage à grande avance.

Toutes les fraises à grande avance, qu'elles soient pleines ou indexables, ont un facteur très important en commun : de très grands angles d'attaque. L'arête de coupe des fraises à grande avance peut être droite ou avoir un très grand rayon. Mais dans tous les cas, l'angle d'attaque moyen résultant est très élevé, généralement entre 78° et 82°.

Quel impact un angle d'attaque élevé a-t-il sur la puce ? Lorsque l'angle d'attaque d'une fraise passe de 0° (épaulement carré) à 45° ou 75°, des choses commencent à se produire au niveau du copeau. A 0° votre épaisseur de copeau est égale à votre avance par dent. À mesure que l'angle d'attaque augmente, l'épaisseur du copeau diminue. Vous pouvez calculer votre épaisseur de copeau réelle en multipliant votre vitesse d'avance IPT (pouce par dent) par le cosinus de l'angle d'attaque. Ainsi, une vitesse d'alimentation IPT de 0,010" (0,254 mm), en utilisant un angle d'attaque de 78°, donnerait une épaisseur de copeau réelle de 0,002" (0,0508 mm). C'est mince et pas assez épais pour absorber la chaleur. Votre vitesse d'avance doit toujours être supérieure à votre affûtage de préparation des bords ou à votre T-land, ou vous transformez votre fraise en un morceau de papier de verre. Pour obtenir une épaisseur de copeau de 0,010" (0,254 mm) à l'aide d'un outil à angle d'attaque de 78°, vous devrez programmer un IPT de 0,048" (1,22 mm). Cela représente une augmentation de 385 % de la vitesse d'avance, d'où le nom de fraisage à grande avance.

Les vitesses d'avance élevées obtenues avec le fraisage à grande avance s'accompagnent d'un compromis. En raison des grands angles d'attaque, leurs capacités DOC (profondeur de coupe) sont limitées. Les COD maximum pour la plupart des broyeurs à haute alimentation varient entre un et deux millimètres. Il existe quelques exceptions indexables à cette règle qui intègrent de grands inserts IC. Le coût accru de ces broyeurs est justifié par le fait qu'ils peuvent être trois à quatre fois plus rapides que la normale.

Outre les gains de productivité, le fraisage à grande avance présente un autre avantage considérable. Tout est question de force.

Une autre règle d'or du fraisage est que les forces de coupe sont toujours perpendiculaires à l'arête de coupe. Les fraises à grande avance avec un angle d'attaque moyen compris entre 80° et 82,5° génèrent certaines des forces radiales les plus faibles en fraisage. Presque toutes les forces de coupe sont dirigées axialement vers le haut dans la broche. Plus le rapport des forces axiales aux forces radiales est élevé, plus le fonctionnement est stable. Cela peut être un avantage, en particulier lorsque la configuration de l'outillage ou la configuration de la pièce nécessite une grande longueur de jauge. Les longues portées et les cavités profondes ne sont pas un problème avec le fraisage à grande avance. Les longueurs de jauge de l'ordre de 10: 1 (longueur au diamètre) sont courantes, mais peuvent nécessiter une modération de la vitesse d'alimentation.

Il existe quelques autres techniques d'application à prendre en compte lors du fraisage à grande avance. Gardez autant de diamètre de fraise engagé dans la coupe que possible. Cela équilibrera les forces axiales générées par l'angle d'attaque élevé. Lorsque l'ae (largeur radiale de coupe) diminue et se rapproche de 50 à 60 % du diamètre de la fraise, la stabilité diminue. Des précautions doivent également être prises lors de la programmation de votre chemin de coupe. À des vitesses d'avance élevées, des transitions douces dans le sens de la trajectoire de la fraise sont préférées. Évitez à tout prix les virages à 90° car ils créent un engagement radial excessif, ce qui signifie des forces radiales élevées et des vibrations. Programmez un arc ou un rayon dans les coins au moins 50 % plus grand que le diamètre de la fraise lors du changement de direction. N'oubliez pas que passer d'un mouvement en ligne droite à un arc signifie réduire votre vitesse d'avance. Dans l'exemple fourni ci-dessus, vous réduiriez le taux d'alimentation de 33 %.

La formule utilisée pour déterminer la compensation de l'avance d'interpolation angulaire ou circulaire est : ((2 × rayon de l'arc) – diamètre de la fraise)) / (2 × rayon).

En résumé, le fraisage à grande avance est une question d'amincissement des copeaux. Vous devez augmenter la vitesse d'avance pour compenser l'amincissement des copeaux créé par le grand angle d'attaque, généralement de 80° à 82,5°. Dans la plupart des cas, votre vitesse d'avance est quatre à cinq fois plus rapide que les vitesses d'avance standard en utilisant des fraises à épaulement carré ou à 45°. Le grand angle d'attaque, tout en limitant quelque peu le COD axial, pousse la plupart des forces de coupe axialement vers le haut dans la broche, augmentant la stabilité et permettant des capacités de longue portée.

Tout comme dans les courses automobiles, des précautions doivent être prises lors de l'entrée dans les virages et du changement de direction de la trajectoire de la fraise. Utilisez le calcul de la compensation de vitesse d'avance pour réduire votre vitesse d'avance et utilisez des arcs lisses ou des trajectoires d'outil à rayon lors du changement de direction pour éviter un engagement excessif de la fraise et un broutage. Appliqué correctement, le fraisage à grande avance est un processus d'enlèvement de métal productif et peut être une bouée de sauvetage dans les applications à cavité profonde et à longue portée.

Comme le fraisage à grande avance, le fraisage à grande vitesse signifie également augmenter votre vitesse d'avance pour compenser l'amincissement des copeaux, mais pas à cause de l'angle d'attaque de l'outil. L'amincissement des copeaux dans le fraisage à grande vitesse résulte d'un engagement radial limité du diamètre de la fraise dans la coupe. En tournage, le copeau a une épaisseur constante. Une fraise, cependant, coupe sur un arc, pas sur un plan plat. L'épaisseur des copeaux varie en fonction de l'emplacement de l'arête de coupe par rapport à l'arc de coupe. Lorsqu'un diamètre de fraise est entièrement engagé dans la coupe, l'épaisseur du copeau est nulle à l'entrée et à la sortie et à son maximum au milieu de l'arc de rotation. Comme pour toutes les opérations de coupe de métaux, nous devons gérer l'épaisseur des copeaux et nous rappeler que l'épaisseur des copeaux n'est pas toujours égale à la vitesse d'avance.

Nous avons d'abord introduit le concept d'amincissement des copeaux lorsque nous avons discuté de l'angle d'attaque. À mesure que l'angle d'attaque augmente, l'épaisseur du copeau commence à s'amincir. Dans une opération de tournage normale, une fois que le facteur d'amincissement des copeaux pour l'angle d'attaque est appliqué, l'épaisseur des copeaux reste la même.

Le fraisage nécessite de prendre en compte à la fois l'amincissement des copeaux pour l'angle d'attaque et l'amincissement des copeaux pour l'engagement radial. Le résultat est appelé "épaisseur moyenne des copeaux" ou hm. Maintenant, avant que les majors de physique ne me lâchent, hm est un terme de physique signifiant la mesure du point au milieu du groupe. La moyenne n'est que cela; la moyenne de l'ensemble du groupe. Je ne sais pas pourquoi l'industrie de la découpe des métaux a décidé de confondre les deux, mais ils l'ont fait, alors je vais continuer la mascarade.

Veuillez noter que l'épaisseur du copeau est nulle au début, au milieu et à la fin de la rotation de la fraise dans la coupe. La puce est la plus épaisse sur la ligne médiane. Le hm moyen est situé entre la ligne médiane de la coupe et le début et la fin de la coupe.

Alors pourquoi nous soucions-nous de l'épaisseur moyenne des copeaux ? Rappelez-vous : que faut-il pour fabriquer une puce ? Chaleur et pression. Vous voulez que la chaleur entre dans la puce. C'est là que l'épaisseur moyenne des copeaux (hm) entre en jeu. L'épaisseur moyenne des copeaux doit être supérieure à la préparation des bords, au T-land ou au rodage, ou encore la fraise devient du papier de verre. Le carbure aime couper; il n'aime pas frotter. Le frottement crée une friction et une chaleur incontrôlables qui nuisent à la durée de vie de votre outil. C'est là qu'intervient l'équation d'avance par dent : fz = hm × √(D1/ae) × cos(K).

Cette équation semble difficile, mais elle ne l'est pas et elle fait toute la différence entre le succès et l'échec.

La clé du fraisage à grande avance est de comprendre la relation entre l'engagement radial (ae) de l'outil et son impact sur l'épaisseur moyenne des copeaux (hm) et l'avance programmée par dent ou goujure fz. Comme l'engagement radial du diamètre de la fraise est réduit, votre vitesse d'avance programmée doit être augmentée pour compenser l'amincissement radial des copeaux qui se produira. En utilisant la formule, vous pouvez calculer la vitesse d'avance programmée fz requise par goujure ou plaquette pour obtenir l'épaisseur de copeau moyenne souhaitée (hm). La plupart des fabricants d'outils de coupe fournissent à la fois les valeurs fz (avance par dent) ainsi que les valeurs hm basées sur la taille et la forme de la préparation des arêtes pour l'outil donné. Une fois que vous avez calculé la vitesse d'alimentation requise par goujure ou plaquette, le calcul de la course de la table IPM (pouces par minute) est facile. Dans la plupart des cas, la vitesse d'alimentation IPM sera plus de quatre ou cinq fois plus rapide que les vitesses d'alimentation standard.

Dans le fraisage à grande avance, la vitesse d'avance élevée est associée à une profondeur de passe axiale élevée et à des stratégies de trajectoire de fraise spécifiques pour obtenir des taux d'enlèvement de copeaux élevés. La profondeur de coupe axiale plus élevée est possible en raison des forces radiales réduites créées par l'engagement radial réduit. Typiquement, les profondeurs axiales sont supérieures à deux fois le diamètre et jusqu'à six fois le diamètre est réalisable. Les forces radiales peuvent être encore réduites en utilisant un angle d'hélice plus élevé, qui entraîne une plus grande partie de la force de coupe dans la broche. L'évacuation des copeaux à la profondeur de coupe axiale plus élevée n'est pas un problème car les copeaux ne sont pas entassés dans la goujure comme ils le seraient avec un engagement radial plus élevé. La facilité d'évacuation des copeaux permet également l'utilisation d'outils avec plus de cannelures ou d'inserts, ce qui se traduit par des capacités d'avance encore plus élevées. Les outils avec plus de cannelures et d'inserts ont généralement des diamètres de noyau plus grands en raison de petits creux de copeaux ou d'espaces de cannelure, ce qui améliore encore la rigidité, la rigidité et la stabilité.

En plus de ces avantages, le fraisage à grande vitesse réduit également la quantité de chaleur transférée dans l'outil et la pièce, améliorant la durée de vie de l'outil et réduisant la possibilité d'écrouissage de la pièce. C'est contre-intuitif; lorsque vous entendez une vitesse élevée, vous pensez à une chaleur élevée. Pas vrai ici. Dans une application à fente complète, le diamètre complet de la fraise est engagé dans la pièce ou la fraise a un arc d'engagement complet de 180°. Cet arc d'engagement élevé signifie que le tranchant est engagé dans la coupe pendant une longue période, produisant ainsi plus de chaleur. Au fur et à mesure que le radial ou l'arc d'engagement diminue, le temps pendant lequel chaque arête de coupe est en contact avec la pièce à usiner diminue, produisant moins de chaleur et donnant plus de temps à l'arête de coupe pour refroidir entre les coupes.

Cette réduction de la chaleur a quelques avantages. Il aide à prévenir l'écrouissage dans les aciers à haute teneur en carbone et inoxydables et réduit la quantité de transfert de chaleur vers l'outil lors de l'usinage de métaux réfractaires et de superalliages. Conclusion : il améliore la durée de vie de l'outil. Avec tous ces résultats positifs, quel est le piège ?

Il n'y a pas vraiment de piège, cependant, il y a des principes de base qui doivent être suivis. La rigidité de l'ensemble du mécanisme d'usinage : la machine, la broche, le support, le montage, etc., est toujours importante. Le maintien d'une charge constante sur l'outil est essentiel et nécessite des trajectoires d'outil spécifiques - pas de changements de direction brusques et brusques.

Le fraisage trochoïdal, le fraisage dynamique, le fraisage volumétrique ou le tranchage sont quelques stratégies de trajectoire de coupe prises en charge par la plupart des logiciels de CAO/FAO modernes qui facilitent l'usinage à grande vitesse et à grande avance. Dans de nombreux cas, il faut une combinaison de plusieurs stratégies pour terminer la pièce.

N'oubliez pas que plus il y a de copeaux sur le sol, plus il y a de pièces à la porte !

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