Fraises - Trametal

OUTILS COUPANTS
CDJ.01.04.88.03
Fraises:
parmi celles pour
profiler et usiner
des formes
Nombreuses sont les fraises à queue aujourd’hui
proposées par les fabricants d’outils pour l’usinage
des moules, notamment les fraises à plaquettes
amovibles. Selon leur profil, elles ont des applications
différentes. Pour les personnes n’ayant pas une
connaissance particulière de ces outils car, peut-être,
elles entrent dans la profession, voici un examen
rapide de leurs formes et de leurs fonctions.
Pratiquement tous les outils de fraisage sont
capables d’effectuer des opérations normales
en les utilisant avec des paramètres de coupe
modérés. Seulement, lorsque l’on en vient à
de grandes vitesses de coupe ou à des conditions d’usinage à hautes performances impliquant un enlèvement de copeaux rapide et de
nombreuses passes, les différences entre les
fraises deviennent nettement plus critiques.
Les formes d’outils spécifiques ont des applications spécifiques.
Dans les lignes qui suivent, on a réuni un
certain nombre de remarques destinées à exploiter le plus efficacement possible les différentes formes de fraises. Les quatre types de
base étudiés sont ceux les plus largement utilisés en fraisage tridimensionnel et en profilage mais, entre cette large catégorie de travaux
il existe des applications plus étroites où un
type d’outil donné peut assurer de meilleurs résultats. Au moins l’une de ces fraises est capable d’être utilisée dans des cas où l’on n’envisage généralement pas d’y faire appel.
Fraises cylindriques à bout plat
Ce qu’il est important de savoir au sujet
des fraises à bout plat, c’est que la chaleur générée dans la passe a tendance à se concentrer dans la partie angulaire à 90° de la denture. Dans les métaux trempés, il est préférable
de n’utiliser cet outil que si cette partie n’est
absolument pas engagée dans la coupe. Un
exemple est celui du fraisage finition de la surface d’une paroi latérale n’aboutissant pas
sur un fond. Dans les métaux n’ayant pas subi
de traitement thermique, les utilisations types
comprennent l’ébauche ou la finition de surfaces ou de parois planes.
Fraises à bout plat rayonnées
Une fraise à bout plat dont l’extrémité des
dentures est rayonnée permet de pratiquer des
vitesses de coupe plus importantes car l’échauffement se trouve dispersé dans une grande
partie de l’outil. Comme pour les fraises à bout
plat à angle vif, ses utilisations types incluent
l’ébauche ou la finition des parois rectilignes
dans les métaux non traités thermiquement.
D’autres utilisations comprennent la finition de
parois rectilignes débouchantes ou non dans les
métaux trempés ou, encore, le piquage d’angles de fonds de pièces dont l’angle usiné demande un léger rayon.
Une autre application de ces outils est l’usinage trochoïdal. Il s’agit d’un procédé d’usinage dont le parcours d’outil se recouvre en
permanence au fur et à mesure de son avance
à travers un tracé d’arcs de rayon constant
(fig. 4). Les outils à bout plat à angle vif ne peuvent être utilisés pour des usinages trochoïdaux que dans les cas où ils débouchent en
fin de travail. Par contre, les outils à angle arrondi peuvent être utilisés pour des usinages trochoïdaux à des profondeurs quelconques.
TRAMETAL
Les outils
aujourd’hui
mis sur le
marché pour
permettre une
meilleure
rentabilité des
usinages
présentent des
caractéristiques qu’il
convient de
parfaitement
apprécier.
Parmi eux, les
fraises à queue
jouent un rôle
primordial
dans la
fabrication des
moules. Or si,
dans leur
ensemble,
elles peuvent
être utilisées
pour une
variété
d’opérations,
elles peuvent
aussi être plus
productives
dans des cas
particuliers à
connaître.
- Spécial Moulistes - Mai 2004 - 7
OUTILS COUPANTS
tage plus important de la pression de coupe.
Ceci a en même temps pour effet de réduire
les risques de vibration de l’outil, ce qui contribue à son tour à mieux maîtriser l’échauffement. Compte tenu de la combinaison de la
vitesse et de la profondeur de coupe que ces
avantages autorisent, une fraise hémisphérique
conduit à pouvoir atteindre des débits de copeaux bien plus élevés que les autres types de
fraises que l’on vient d’examiner. Ceci est mis
en évidence par les données du tableau 1.
Fig. 1 (à gauche)
- Plaquettes
se montant
en bout d’une
fraise torique.
Fig. 2 (à droite) On voit
nettement
que les fraises
toriques
se distinguent
de celles
à bout plat
par la forme de
leur extrémité.
Ces outils
sont parfaits
pour réaliser
des opérations
de finition
sur des
surfaces planes.
Fig. 3 - Le
fraisage
trochoïdal
implique
un parcours
d’usinage
suivant des arcs
de rayon
constants.
Cette technique
permet
à la fraise
de conserver
une vitesse
d’avance
régulière
tout au long
des parties
incurvées
de la pièce.
On notera que
cette illustration
a été réalisée
au moyen
d’un logiciel de
programmation
Delcam.
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Fraises toriques
Les fraises toriques ont une forme particulière illustrée sur les figures 1 et 2. Il ne faut pas
confondre une telle fraise avec une fraise à
plaquettes rondes multiples. Les fraises à plaquettes rondes couvrent des domaines d’application importants mais, le fait même qu’elles
soient pourvues de plusieurs plaquettes leur retire le niveau de précision nécessaire pour travailler comme le font les fraises toriques. Elles
sont utilisées pour ébaucher des empreintes,
des cavités et des noyaux à des vitesses de
coupe moyennes avec des enlèvements de
copeaux importants. Néanmoins, leur meilleur
domaine d’application est la finition des surfaces planes, y compris des plans de joints.
Fraises hémisphériques
Les fraises hémisphériques figurent parmi les
plus universelles pour usiner à grande vitesse.
On peut s’en servir pour ébaucher toutes empreintes et cavités comme n’importe quelle autre forme tridimensionnelle. Elles conviennent,
également, pour la finition de n’importe quelle
matière, quelle qu’en soit sa dureté. Comme
leur forme hémisphérique permet à l’échauffement d’être absorbé dans une large zone,
ces fraises peuvent travailler à des vitesses de
coupe bien plus élevées que les autres. Elles
permettent, aussi, de prendre des profondeurs
de passes plus importantes car leur forme hémisphérique permet de transmettre à la broche,
qui possède une rigidité élevée, un pourcen-
- Mai 2004 - Spécial Moulistes - TRAMETAL
Pour ébaucher une matière traitée thermiquement, la fraise hémisphérique doit toujours
être privilégiée. Si des petits rayons d’angle sont
nécessaires, il est toujours possible de procéder à une reprise avec une autre fraise. Pour
du rainurage ou de l’usinage de nervures, on se
sert normalement d’une fraise cylindrique dont
le profil correspond mieux à la forme à usiner.
On peut, cependant, aussi faire appel à une
fraise hémisphérique, par exemple dans le cas
d’une rainure profonde, aussi bien avec que sans
fond, en procédant par plongée oblique et par
prise de niveaux successifs en Z, technique type en usinage à grande vitesse. La gorge est
obtenue plus vite qu’en se servant d’une fraise cylindrique engagée sur toute la profondeur.
Sans compter que les parois ont toutes les
chances d’être plus droites et perpendiculaires par rapport à l’ensemble de la pièce au lieu
de subir les effets d’une flexion de l’outil. On
peut usiner les nervures de la même manière.
Voilà une bonne conclusion…
A titre d’exemple, l’usinage avec une fraise
cylindrique d’une rainure de 6,4 mm de large
dans un acier P20 sur 125 mm de longueur et
50 mm de profondeur, rainure qui comportait
le passage transversal d’un trou provoquant
une coupe interrompue, l’outil ne permettait la
finition que de six rainures demandant 30 mn
chacune - sans l’ébauche -, alors qu’avec une
fraise hémisphérique utilisée à grande vitesse
on ébauchait et finissait directement, six rainures également, en seulement 10 mn. Est-il besoin de donner plus d’explications?
❑
Tableau 1 - L’opération de fraisage de poche dont les
données sont réunies dans ce tableau a été effectuée
avec un outil de 25 mm de diamètre en passes prises
en Z dans un acier P20. La fraise hémisphérique a assuré un débit de copeaux deux fois plus élevé que la
fraise torique.
Type de fraise
Fraise
torique
Fraise hémisphérique
Profondeur de coupe
1,25 mm
2,50 mm
Recouvrement
10 mm
10 mm
Vitesse de rotation
2200 t/mn
4000 t/mn
Vitesse d’avance
895 mm
2440 mm
Volume d’enlèvement
de copeaux
11,54 cm3/mn
63 cm3/mn