outils pour réussir dans l’usinage à grande vitesse |

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Toutes les photos sont une gracieuseté de BIG DAISHOWA.

L’usinage à des vitesses plus élevées peut économiser du temps et de l’argent. Mais comme sur l’autoroute, augmenter la vitesse signifie augmenter le risque inhérent.

Un porte-outil tournant à 35 000 tr/min présente plus de danger que le même porte-outil tournant à 8 000 tr/min, basé sur l’énergie cinétique seule. Si une opération à grande vitesse tourne mal, il n’y a pas beaucoup de temps pour agir, et généralement la pièce, le serrage ou la machine subit le plus gros des dommages, sans parler du danger potentiel pour l’opérateur.

Néanmoins, un grand risque s’accompagne d’une grande récompense, et ceux qui maîtrisent l’usinage à grande vitesse récoltent rapidement les bénéfices d’une productivité accrue. Si la nécessité exige de courir à des vitesses plus élevées, choisissez les stratégies d’outillage et de coupe appropriées ou vous risquez d’être condamné dès le départ.

Vitesse et équilibre de la broche

La première étape consiste à connaître la vitesse maximale de votre broche. C’est le plafond absolu en matière de vitesse.

L’inclination suivante est de regarder l’outil de coupe. Cela signifie échanger des outils en acier rapide contre du carbure ou du carbure contre des matériaux super durs comme le PCD ou le CBN. Des outils de coupe de plus en plus durs se traduisent en grande partie par des vitesses de coupe de plus en plus rapides, et les conceptions de géométrie de coupe modernes d’aujourd’hui ont rendu possibles des vitesses auparavant impensables.

Mais beaucoup ignorent l’interface entre les deux : le porte-outil.

La vitesse d’usinage, en plus de dépendre des limites physiques de la machine-outil et de l’outil de coupe, dépendra en grande partie de l’équilibre du porte-outil. L’équilibre est généralement au centre des préoccupations lorsque l’on parle de porte-outils à grande vitesse, car il offre la plus grande possibilité d’amélioration, mais gardez à l’esprit que la vitesse maximale ne sera aussi rapide que le «maillon le plus faible» le permet. Si vous avez une broche à 12 000 tr/min, des plaquettes qui permettent de couper à 9 000 tr/min, mais que le porte-outil n’est équilibré que pour 8 000 tr/min, alors 8 000 est le tr/min max.

Plus vous tournez vite, plus les irrégularités de masse deviennent exagérées et les harmoniques de vitesse présentes dans le système deviendront de plus en plus excitées. Cela se traduit par des vibrations qui, à leur tour, causent un faux-rond, une finition de surface, des pièces mises au rebut et des dommages à l’équipement. La symétrie est votre meilleur ami à grande vitesse.

Les porte-outils à frettage, les mandrins hydrauliques et les mandrins à pince haute performance sont généralement les meilleurs exemples de porte-outils bien équilibrés car, de par leur conception, ils sont symétriques. Ils sont également généralement minces – la majeure partie de la masse est concentrée près de leur ligne médiane.

Équilibre

Lorsqu’il s’agit d’outils d’alésage fin, l’équilibrage peut être un problème sérieux. Les têtes d’alésage de finition à point unique sont fondamentalement déséquilibrées en raison de l’asymétrie, et un soin particulier est nécessaire pour s’assurer qu’elles fonctionnent comme prévu. Dire que les alésages sont sensibles à la tolérance est un euphémisme ; ce balourd peut facilement mettre au rebut une pièce.

Exécuter une tête ennuyeuse aussi vite que possible devrait toujours être l’objectif, cependant, un déséquilibre peut être introduit dans le système. Une tête d’alésage déséquilibrée peut être trompeuse car elle alésera fréquemment votre diamètre dans les spécifications. Pourtant, après une inspection plus approfondie, vous trouverez un alésage de forme ovale plutôt qu’un alésage en forme de cercle.

La circularité/cylindricité est une légende GD&T (dimensionnement géométrique et tolérancement) courante pour les arbres et les trous, l’équilibre de la tête d’alésage est donc crucial dans ces situations. À tout le moins, les têtes d’alésage standard sont généralement pré-équilibrées pour un diamètre quelque peu proche du milieu de leur plage de diamètres. S’il s’agit d’un alésage rigide et raisonnablement court, cela suffira.

Lorsque des vitesses plus élevées et des barres d’alésage plus longues sont nécessaires, pensez aux têtes à équilibrage automatique. Ces têtes sont bien équilibrées sur toute leur plage de diamètres ; la tête qui ajuste automatiquement un contrepoids lorsque le diamètre est ajusté.

Considérations relatives à la conicité

Le cône est tout aussi important que le corps du porte-outil. Dans la plupart des cas, vous êtes coincé avec le cône de broche de la machine que vous avez. Mais, si vous envisagez une nouvelle machine, envisagez-en une avec une broche HSK.

HSK combat les problèmes rencontrés par les cônes raides conventionnels à grande vitesse. Le cône de la broche se dilate plus que le porte-outil sous une force centrifuge élevée en raison des différences de rigidité, ce qui fait « couler » l’outil dans l’axe Z. Les doigts de la barre de traction pénètrent à l’intérieur du cône à paroi mince et s’étendent vers l’extérieur pour serrer. Contrairement aux cônes raides, les vitesses élevées facilitent le mécanisme de serrage et une bonne assise.

Les porte-outils HSK ont un contact à bride en plus du contact conique dans le cadre de la norme. Cela élimine le redoutable phénomène de naufrage. Passé 35 000-40 000 tr/min, une broche HSK devient l’une des seules options.

De plus, atténuez les mouvements indésirables de l’axe Z avec l’outillage BIG-PLUS, qui est le même principe de contact de bride appliqué aux supports coniques raides comme CAT ou BT. Vous verrez également d’énormes gains de rigidité, étant donné que vous avez une broche BIG-PLUS.

Explorer une nouvelle frontière

Idéalement, gardez la masse du porte-outil aussi près que possible de l’axe de rotation et gardez l’outil aussi court que possible. C’est la raison pour laquelle il y a une tendance générale à une vitesse maximale plus élevée, plus le porte-outil est petit. Vous n’avez tout simplement pas beaucoup de masse à lancer, vous pouvez donc atteindre une vitesse plus élevée en toute sécurité. Les porte-outils de style HSK-E poussent ce principe à l’extrême.

En plus d’avoir un cône HSK bien adapté aux vitesses plus élevées, il vise à être aussi parfaitement symétrique que possible en supprimant les encoches et les fentes de clé d’entraînement. Ceux-ci sont couramment utilisés en conjonction avec des outils de très petit diamètre afin d’atteindre des vitesses ridiculement rapides. Il n’est pas rare d’atteindre plus de 50 000 tr/min dans certaines applications. Le seul hic, c’est que vous utilisez de très petits outils.

Encore une fois, en ce qui concerne les porte-outils, la vitesse maximale dépend en grande partie de l’équilibre. Un machiniste à grande vitesse connaîtra bien l’art volage d’équilibrer les porte-outils et les normes qui sont utilisées. Au fur et à mesure que la technologie et la vitesse d’outillage progressent, le besoin d’une norme appropriée permettant de mesurer le déséquilibre augmente également.

Impact futur

La tendance dans l’usinage est de plus en plus rapide, et il n’y a aucune raison de croire que cette tendance changera de si tôt.

Les développements de la technologie d’impression 3D, des processus hybrides, de la numérisation et de l’interconnectivité rapides auront un impact considérable sur le secteur manufacturier. Il y aura une poussée vers l’usinage à grande vitesse pour compléter et suivre ces processus.

Les magasins sont dans une course constante les uns contre les autres, et ceux qui ne s’adaptent pas facilement aux progrès constants de la technologie sont laissés pour compte. Avec des vitesses plus élevées devenant de plus en plus une nécessité, une bonne compréhension et mise en œuvre de ces stratégies est essentielle à la survie.

A propos de l’auteur:

Jack Kerlin est ingénieur d’application chez BIG DAISHOWA Inc. (anciennement BIG KASIER Precision Tooling). Il peut être contacté au (224) 770-2937 ou jack.kerlin@us.bigdaishowa.com. Pour plus d’informations, visitez bigdaishowa.com