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Les principaux objectifs des process de tronçonnage et de rainurage sont identiques à ceux des opérations générales de tournage : parvenir à façonner la pièce à usiner selon la forme souhaitée, respecter les spécificités de précision et de maximisation de la productivité.
Toutefois, les applications de tronçonnage et de rainurage se caractérisent par des contraintes spécifiques en ce qui concerne la résistance et la rigidité des outils ainsi que le contrôle des copeaux.
Les fabricants d’outils utilisent des conceptions d’outils innovantes ainsi que des techniques améliorées de distribution du liquide de refroidissement afin de répondre aux exigences spécifiques des process de tronçonnage et de rainurage.

Outils de tronçonnage et de rainurage De la même manière que pour les opérations générales de tournage, les process de tronçonnage et de rainurage impliquent la rotation d’une pièce à usiner et sa coupe à l’aide d’un outil statique. Le premier à prendre en compte est la configuration d’un système d’outils coupants qui façonne la pièce selon la forme souhaitée. Les conceptions de systèmes d’outils de tronçonnage et de rainurage varient par conséquent en fonction de la taille et de la profondeur des pièces à usiner. Pour des opérations de tronçonnage et de rainurage sur de grandes pièces, ainsi que pour un tronçonnage et un rainurage peu profond sur des pièces plus petites, les fabricants d’outils, par exemple, proposent des plaquettes de tronçonnage et de rainurage de configuration tangentielle ou verticale directement fixées sur un porte-outils.

La nouvelle gamme de plaquettes de conception tangentielle Seco à quatre arêtes de coupe, la X4, en est un exemple. Disponibles dans des largeurs de coupe comprises entre 0.5 mm et 3 mm (0.02" et 0.12"), les plaquettes sont conçues pour réduire le plus possible la consommation de matériau au cours du tronçonnage et permettre un copiage et un rainurage précis de pièces complexes de petite et moyenne tailles. En fonction de la largeur des arêtes de coupe, la profondeur de coupe maximale de l’outil est comprise entre 2.6 mm et 6.5 mm (0.10" et 0.26"), pour des diamètres de barres importantes compris entre 5.2 et 13 mm (0.20” et 0.52”).
La conception tangentielle des plaquettes oriente les efforts de coupe vers le porte-outils afin de maximiser la rigidité, la stabilité et la productivité.

Après avoir déterminé la forme de la plaquette de base, le choix de l’angle d’entrée de l’arête de coupe est un facteur clé de l’efficacité du tronçonnage et du rainurage. Un outil à angle d’entrée nul entraîne un alignement perpendiculaire par rapport à la pièce à usiner et transfère directement les efforts de coupe dans le porte-outil, ce qui améliore la précision, la durée de vie de l’outil et l’état de surface. Une fois que le tronçonnage est terminé, un outil à angle nul laisse une petite bosse ou un petit point au centre de la barre à découper.
Si le point est à éviter, il convient d’utiliser un outil présentant un léger angle d’entrée qui usinera le point lorsqu’il passera au centre la pièce. Les outils à angle d’entrée ont moins tendance à créer des bavures dans certaines matières à usiner.

Après la configuration de base de l’outil, le choix de la nuance de plaquette la plus efficace pour l’usinage d’une pièce dépend généralement des caractéristiques des matières à usiner. Une matière à usiner dure ou une coupe interrompue indique que la résistance et la résilience sont à prendre en compte dans le choix de la nuance de plaquette, tandis qu’une pièce à usiner particulièrement abrasive nécessitera une nuance de plaquette conçue pour résister à l’usure. Les revêtements des outils tels que le revêtement à l’oxyde d’aluminium CVD Duratomic® de Seco sont utilisés pour ajuster les caractéristiques de l’outil aux matières à usiner et aux trajectoires d’outils spécifiques.

Recommandations concernant les applications

Il existe certaines recommandations de configuration spécifiques aux outils de tronçonnage et de rainurage.
Un soin particulier doit être apporté au montage de l’outil afin que la lame soit parfaitement perpendiculaire à l’axe de la pièce à usiner. Ceci réduit les efforts axiaux exercées sur l’outil et empêche le frottement sur les côtés de la plaquette. En ce qui concerne la position de l’outil, la hauteur de pointe de l’arête de coupe doit être la plus proche possible du centre de la pièce à usiner, à +/- 0.1 mm/ 0.004", là aussi pour éviter d’exercer une trop grande pression sur l’outil et de réduire éventuellement la durée de vie de l’outil.

Les paramètres de coupe pour les outils de tronçonnage et de rainurage sont légèrement différents de ceux utilisés dans le tournage général. Si la vitesse de broche est constante, la vitesse de coupe de l’outil de tronçonnage diminue jusqu’à être nulle lorsque l’outil atteint le centre de la barre. Le ralentissement entraîne une forte contrainte sur l’outil et crée éventuellement une arête rapportée. En conséquence, la vitesse d’avance doit être réduite de jusqu’à 75 % lorsque l’outil atteint le centre de la pièce. La vitesse de coupe peut être réglée pour réduire le plus possible les vibrations. Les plaquettes utilisées dans les opérations de tronçonnage et de rainurage sont généralement étroites, ce qui peut entraîner une certaine instabilité dans la coupe. Le maintien de la plaquette dans la plus courte lame possible et sa fixation dans le plus grand emmanchement d’outil qui n’interfèrera pas avec la pièce à usiner permettront également de contrôler les vibrations.

Les défis du contrôle des copeaux

L’espace limité dans la zone de coupe, caractéristique des opérations de tronçonnage et de rainurage, engendre de nombreux défis en ce qui concerne le contrôle des copeaux créés par l’usinage. Dans le process de rainurage, l’outil de coupe est entouré des deux côtés par une matière à usiner lorsqu’il se trouve dans la découpe, ce qui limite l’évacuation des copeaux. Enfin, en fonction de la matière à usiner, les copeaux fins créés au cours des opérations de tronçonnage et de rainurage ont tendance à ne pas casser.
Un copeau cisaillé non contrôlé peut se bloquer au cours de l’usinage, casser la pièce à usiner et mettre en danger l’opérateur.
Les problèmes de contrôle des copeaux excluent toute opération non surveillée ou en service réduit.

Un grand nombre d’outils de tronçonnage et de rainurage présentent des géométries d’arête de coupe conçues pour plier le copeau et le casser si possible. L’exemple Seco est sa géométrie de broyage de copeaux MC. Si l’état de surface et d’autres éléments permettent, une pause dans l’avance de l’outil, appelée pause de fermeture d’un moule, au cours de la coupe peut faciliter la rupture des copeaux. Une autre méthode de contrôle des copeaux consiste à utiliser l’application d’un fluide de refroidissement, qui peut évacuer les copeaux qui risquent d’obstruer la zone de coupe.
L’arrosage liquide classique présente cependant, généralement, une pression insuffisante pour atteindre la zone de coupe dans les applications de tronçonnage et de rainurage. De plus, il est difficile de positionner les buses d’arrosage liquide pour un écoulement optimal du flux de fluide de refroidissement.
Pour finir, le débit relativement faible du fluide de refroidissement peut se transformer en vapeur dans la zone de coupe et former ainsi une barrière qui peut contenir, plutôt que de dissiper, la chaleur générée au cours du process de coupe.

Une alternative à l’arrosage liquide est l’application de fluide de refroidissement sous haute pression et le plus près possible de l’arête de coupe. Les pompes de fluide de refroidissement des outils d’usinage actuels délivrent généralement du fluide de refroidissement à des pressions comprises entre 20 bar (290 psi) et 70 bar (1,015 psi). Le système d’outils de distribution de fluide de refroidissement Seco, par exemple, offre la possibilité de travailler à de faibles pressions, avec un impact sur la productivité, d’environ 5 bar (72 psi) jusqu’à des pressions élevées de 70 bar (1,015 psi), voire des pressions très élevées de 275 bar (4,351 psi).

Pour une efficacité maximale, le fluide de refroidissement sous haute pression doit être distribué de manière ciblée, le plus près possible de la zone de coupe.
Les fabricants d’outils ont développé un certain nombre de systèmes de distribution de fluide de refroidissement sous haute pression. Cela implique l’acheminement du fluide de refroidissement via la plaquette de coupe.
Seco a déterminé, cependant, que le flux de fluide de refroidissement le plus efficace crée un "coin" entre la zone de coupe de la plaquette et le copeau, en soulevant le copeau et en le coupant. Il est évident que, lorsque le fluide de refroidissement circule dans les plaquettes de coupe, il est difficile d’orienter le flux dans la direction optimale permettant de créer le coin.
L’acheminement du fluide de refroidissement à proximité de la zone de coupe n’est pas suffisant ; pour agir comme un coin, le flux doit être positionné plus près et orienté vers l’arête de coupe.

En conséquence, Seco a développé un système de distribution de fluide de refroidissement appelé Jetstream Tooling® qui oriente le fluide de refroidissement sous haute pression via les inducteurs situés dans les porte-outils eux-mêmes. Les ouvertures de petit diamètre des inducteurs créent un flux précis et très rapide du fluide de refroidissement qui peut pénétrer et lubrifier la zone à friction élevée entre la pièce à usiner et l’arête de coupe de l’outil. Récemment, dans une innovation visant à contrôler les copeaux dans les opérations difficiles, l’entreprise a intégré ce qu’elle appelle la technologie Jetstream Tooling®Duo dans ses porte-outils de tronçonnage et de rainurage X4. Cette méthode distribue le fluide de refroidissement par deux sorties. En complément des jets supérieurs orientés vers le point optimal de la face de coupe, la nouvelle technologie Duo utilise un jet de fluide de refroidissement supplémentaire pour arroser la surface de dégagement. L’arête de coupe reçoit le fluide de refroidissement sous haute pression depuis deux directions opposées, ce qui maximise le contrôle des copeaux et refroidit la zone de coupe.

Applications spécialisées

Le contrôle des copeaux est primordial lors du traitement de matières difficiles à usiner telles que les alliages de titane et l’acier inoxydable. Ces matières sont particulièrement robustes et résistantes à la chaleur et à l’usure, et entrent souvent dans la composition de pièces de grande valeur utilisées dans les industries aéronautique, médicale et de production d’énergie. La rupture des copeaux dépend de leur absorption et de leur assouplissement par la chaleur générée par la coupe. Cependant, les alliages de titane, par exemple, conduisent mal la chaleur, ce qui crée des copeaux difficiles à ro.

Les outils affûtés à coupe positive peuvent couper efficacement des matières telles que les alliages de titane. Afin de contrôler les copeaux et de maximiser la productivité, un arrosage à haute pression est cependant souvent nécessaire. La combinaison du flux ciblé de fluide de refroidissement et de l’effet de coin entre la face de coupe des plaquettes et le copeau entraîne la création de copeaux qui se rompent en copeaux plus petits, plus faciles à évacuer.

Conclusion

Les processus de tronçonnage et de rainurage constituent un important sous-ensemble d’opérations de tournage.
Ils représentent également un certain nombre de défis inhabituels. La zone de coupe limitée requiert de porter une attention particulière à la géométrie et à la forme de l’outil de base, aux matériaux de plaquette, ainsi qu’aux détails de configuration et aux paramètres de coupe.
Le contrôle des copeaux, une préoccupation de toute opération d’usinage, devient plus difficile lorsque l’espace est réduit, et les découpes étroites créent des copeaux fins et difficiles à rompre.
Les fabricants d’outils ont développé des géométries de contrôle des copeaux qui peuvent aider à résoudre ce problème, et les stratégies d’usinage telles que les pauses dans l’avance peuvent également y contribuer.
La distribution ciblée du fluide de refroidissement sous haute pression peut être un excellent moyen de contrôle des copeaux. Étant donné que les copeaux non contrôlés requièrent une surveillance constante par l’opérateur, un avantage significatif du contrôle constant des copeaux est l’acquisition de la capacité à effectuer des opérations d’usinage en service réduit/non surveillées ou très peu surveillées.
Le fluide de refroidissement apporte également les mêmes avantages dans d’autres opérations d’usinage, y compris une plus longue durée de vie des outils et/ou la capacité à augmenter les paramètres de coupe.
L’ensemble des outils, des techniques et des innovations actuelles en matière d’outils de tronçonnage et de rainurage, permettent aux utilisateurs de maximiser la productivité dans ce groupe, spécialisé mais important, de process d’usinage.

http://www.secotools.com/fr