Identifier les types de puces de fraisage CNC

1.0 Introduction

L'un des processus d'usinage CNC les plus couramment utilisés pour créer des articles non rotatifs et non cylindriques utilisés dans diverses industries est le fraisage. Des fraises à grande vitesse sont utilisées par les fraiseuses pour donner au produit la forme requise. Le coupeur fait de petits copeaux avec le métal sur la pièce à travailler. Une fois la découpe terminée, ces copeaux sont retirés de la pièce à usiner. Ces copeaux se présentent sous différentes formes et tailles en fonction des matériaux utilisés dans la pièce, de l'environnement de coupe et de toute déformation survenue tout au long de l'opération. Les copeaux résultants sont souvent classés selon leur forme en copeaux continus, copeaux non continus, copeaux continus avec bord accumulé et copeaux non homogènes.

1.1 La technologie de traitement de la fraiseuse

Le fraisage est une technique de traitement d'une pièce à usiner pour lui donner la forme et la taille souhaitées en la mettant rapidement en contact avec une fraise. Au cours de cette procédure de fraisage, la fraise sépare les copeaux métalliques de la surface de traitement en découpant le métal à la surface de la pièce à usiner en copeaux ainsi qu'en poussant et en écartant la surface de la lame. La tension dans la pièce à usiner augmente régulièrement à mesure que la charge de travail augmente, la contrainte au point de contact avec le bord de la lame étant la plus importante. C'est l'effet de coupe de la lame. La substance métallique se fissure et se sépare en premier là où la tension est la plus forte et la plus concentrée sur la pièce à usiner.

En conséquence, l'action de coupe de la lame provoque toujours la séparation de la couche superficielle métallique du substrat métallique de la pièce à usiner en premier. Le métal à couper sera fendu dans le sens du mouvement de la lame pour produire une surface usinée lorsqu'une force mécanique suffisante est appliquée pendant que l'outil et la pièce à usiner continuent de se déplacer l'un par rapport à l'autre. La couche de coupe se déforme à la fois de manière élastique et plastique sous l'effet de la pression exercée devant l'outil, formant finalement des copeaux qui s'écoulent le long de l'avant de l'outil. Devant l'outil, c'est l'effet de poussée.

Sous l'action du tranchant, le métal coupé génère quatre zones de déformation : l'avant et l'arrière de l'outil, la zone de déformation de base, la zone de déformation par frottement devant l'outil, la zone de déformation devant la lame et la zone de déformation par frottement. derrière l'outil Zone de déformation. Dans les quatre zones de déformation, il existe des relations et des interactions entre les états de contraintes internes et les circonstances de déformation.

2.0 Types de copeaux et leurs conditions de formation

Le métal devant l'outil se contracte pendant la coupe à mesure qu'il pénètre dans la pièce. Une compression trop importante entraîne le décollement du métal de la pièce et son écoulement plastique sous la forme d'un copeau (déformation par cisaillement). Le cisaillement principal provoque l'écoulement du métal au niveau du plan de cisaillement. La surface non coupée devant l'outil est l'endroit où le plan de cisaillement commence à s'étendre en angle vers le haut. La valeur de l'angle de cisaillement est influencée par le type de matériau et les conditions de coupe. Lorsque l'angle de cisaillement est modeste, le trajet de cisaillement est long, les copeaux sont épais et la force de coupe est importante. L'inverse est également vrai. Le cisaillement secondaire est provoqué par le frottement lorsque le copeau se déplace sur la face de la pointe de l'outil. Les copeaux surchauffent en raison du frottement qui augmente la température de fonctionnement du processus de fraisage.

Les quatre principales catégories de copeaux créés par une fraiseuse sont les suivantes : copeaux discontinus ; Puce continue ; Puce continue avec bord intégré ; Chips non homogènes.

2.1 Puce discontinue

Les copeaux discontinus ont une forme irrégulière et se déforment souvent à la suite de fractures répétitives. La fonte, le laiton et le bronze ne sont que quelques exemples de métaux durs et délicats dont les pièces sont connues pour créer des éclats discontinus. Dans des conditions où il existe un frottement important entre une pièce à travailler et un outil, les pièces ductiles peuvent également entraîner des copeaux discontinus. Un outil avec un angle de coupe court, une vitesse de coupe rapide, une coupe profonde dans le matériau et d'autres facteurs peuvent entraîner la formation de copeaux discontinus.

Les matériaux fragiles peuvent voir leur finition de surface améliorée et leur consommation d'énergie réduite grâce à la formation de copeaux discontinus. Cependant, dans les matériaux ductiles, le développement de copeaux discontinus entraîne un polissage de surface médiocre et peut allonger le processus d'usinage.

2.2 Puces continues

Des copeaux continus se forment généralement lorsque des métaux malléables, comme l'acier, le cuivre ou l'aluminium, sont usinés à des vitesses de coupe élevées. La différence de température entre la pointe de l'outil et la pièce ductile augmente pendant le processus de découpe. Un flux de copeaux long et continu est créé lorsque les couches successives du métal retiré sont assemblées par soudage. Les circonstances d'usinage suivantes entraînent généralement des copeaux continus :

• profondeur de coupe minimale
• angle de coupe étendu
• taux de coupe élevé
• utiliser des lubrifiants ou des liquides de refroidissement pour réduire la friction des copeaux d'outils
• tranchant tranchant

Les copeaux continus offrent une qualité de surface lisse, une longévité accrue des outils et une consommation d'énergie réduite. Cependant, il peut être difficile de se débarrasser de certains types de chips. Des brise-copeaux sont nécessaires pour améliorer les conditions d'élimination.

2.3 Puce continue avec bord accumulé

Lors de la coupe de métaux ductiles, le frottement important entre l'outil et le copeau entraîne la formation de copeaux continus avec le BUE. Dans ces circonstances, certains fragments de copeaux ont tendance à adhérer à la pointe de l'outil. Le nouveau tranchant continue à se développer en tant que matériau collé jusqu'à ce qu'il se sépare de la pointe de l'outil. Une mauvaise finition de surface résulte de la liaison du matériau accumulé au copeau et à la surface de la pièce pendant le processus de rupture. Le processus de formation du BUE est souvent appelé « soudage de copeaux ». Les circonstances suivantes entraînent généralement un écaillage continu avec le BUE :

• Faible angle de coupe ;
• faible taux de coupe;
• forces de friction élevées;
• gros aliment.

Les copeaux BUE continus ont un impact négatif sur la durée de vie des outils, augmentent la consommation d'énergie et entraînent des finitions de surface médiocres. Il est donc essentiel de les éviter.

La prévention du soudage des copeaux peut être améliorée en prenant des mesures pour réduire la friction en utilisant des lubrifiants, éviter le contact métal sur métal en utilisant des revêtements pour outils et abaisser la température en utilisant des liquides de refroidissement.

2.4 Chips dentelées

Les copeaux dentelés, également appelés copeaux non homogènes, sont semi-continus. En raison des zones de contrainte de cisaillement faible et élevée, ils ont un aspect en dents de scie. Les matériaux utilisés pour fabriquer ces copeaux ont généralement une conductivité thermique ou une résistance mécanique limitée qui est affectée par le ramollissement thermique. Les matériaux utilisés dans les pièces à usiner qui peuvent produire des copeaux non homogènes pendant l'usinage comprennent le nickel, l'acier inoxydable austénitique et les alliages de titane. L'une des raisons des copeaux non homogènes est la quantité importante de contrainte qui se forme à la surface du copeau de l'outil lors de la coupe de matériaux durs à des vitesses de coupe moyennes.

3.0 Comparaison entre les puces continues, discontinues et continues avec bord accumulé

Le tableau ci-dessous compare et met en contraste les puces continues, discontinues et continues avec bord accumulé.

3.1 Contrôle des copeaux

La création de copeaux longs et filandreux se produit lorsque des métaux malléables, tels que l'acier, sont usinés à des vitesses de coupe rapides et à des angles de coupe importants. La sécurité des travailleurs de la machine peut être menacée et le produit peut être endommagé s'il s'emmêle dans l'outil. De plus, l’élimination de ces copeaux chauds, continus et aux arêtes vives peut s’avérer difficile. Les chips doivent être divisées en tailles gérables. Les copeaux peuvent se séparer soit par bris automatique, soit par bris forcé. Les copeaux s'enroulent souvent lors de la coupe de matériaux ductiles en raison de la différence de température et de débit. Les trois différentes méthodes par lesquelles les copeaux recourbés peuvent s'auto-casser sont les suivantes :

• par une contrainte provoquée par le refroidissement qui entraîne une fracture spontanée ;
• via un impact sur la pièce ;
• en prenant contact avec l'outil.

L’utilisation d’un brise-copeaux est de loin la technique de bris forcé la plus courante.

3.2 Brise-copeaux

L’objectif le plus fondamental des brise-copeaux est de rendre les copeaux enroulés plus étroitement qu’ils ne le feraient autrement. Le copeau se brise lors du curling forcé lorsqu'il heurte l'outil ou la pièce. Les brise-copeaux améliorent le contrôle des copeaux et réduisent les forces de coupe, ce qui augmente l'efficacité de l'usinage.

La plupart des brise-copeaux contemporains se trouvent sur l'outil de coupe sous forme de rainures ou d'obstacles. La clé pour créer la tension qui permettra aux copeaux de se détacher facilement est de découvrir la forme appropriée pour un certain scénario d'usinage lors de la conception des brise-copeaux. Le bord d'attaque des brise-copeaux à rainure est doté d'une petite rainure derrière lui.

Le rayon de courbure du copeau est fonction de la forme de la courbe. La conception géométrique des brise-copeaux de type obstacle est inhabituelle et ressemble à une marche. L'obstacle peut être séparé de l'instrument de coupe ou fixé à celui-ci. Pour le type « attaché », ils peuvent être modifiés pour s'adapter à diverses circonstances d'usinage.

4.0 Conclusion

La physique et la science des matériaux sont étroitement liées tout au long de l'opération de fraisage. L'interaction des contraintes entre la pièce et l'outil de coupe pendant le processus de fraisage entraîne l'enlèvement de matière. La couleur et la taille des copeaux sont déterminées par la nature de ces forces de contact. Les copeaux contiennent des informations utiles pour la recherche et le diagnostic des ingénieurs de coupe. Cependant, si les copeaux ne sont pas manipulés correctement, ils peuvent entraîner une réduction de la productivité de la machine. Pendant l'usinage, des copeaux segmentés, continus et continus avec BUE de trois types différents peuvent apparaître. 

Les paramètres de l'opération de fraisage et le choix du matériau affectent tous deux la formation des copeaux.

Lors de l'amélioration de l'efficacité globale du fraisage et de la planification du fonctionnement autonome des machines, l'élimination des copeaux est un élément crucial à prendre en compte. En règle générale, les brise-copeaux doivent être utilisés dans les réglages de fraisage, même si les copeaux segmentés et les copeaux continus peuvent se briser automatiquement dans certaines circonstances d'usinage.

L'enchevêtrement des copeaux avec l'outil, les vibrations et les dommages à l'outil sont tous évités lorsque les copeaux sont brisés par un brise-copeaux en des longueurs gérables. De plus, les brise-copeaux réduisent la résistance à la coupe, ce qui empêche le tranchant de s'écailler et de se briser. Il est important de choisir le brise-copeaux approprié pour le travail lorsque vous en employez un. Nous devons sélectionner les brise-copeaux appropriés pour chaque opération de tournage, comme la finition, le support et l'ébauche. Utilisez un brise-copeaux adapté à la profondeur de coupe, à l'avance, à la vitesse de broche et au polissage de surface prévus.