Les bavures après usinage sont gênantes, mais ne vous inquiétez pas ! Voici une solution. Le processus de découpe du métal s'accompagne souvent de la formation de bavures. La présence de bavures réduit non seulement la précision de l'usinage et la qualité de surface de la pièce, affectant les performances du produit, mais peut parfois même provoquer des accidents. Le problème des bavures est généralement résolu par l'ébavurage. L'ébavurage est un processus non productif ; non seulement cela augmente les coûts du produit et prolonge le cycle de production du produit, mais un enlèvement inapproprié des bavures peut également conduire à la mise au rebut de l'ensemble du produit, entraînant des pertes économiques.
Cet article analyse d'abord systématiquement les principaux facteurs affectant la formation de bavures lors du fraisage en bout, puis explore les méthodes et techniques de réduction et de contrôle des bavures de fraisage du point de vue de la conception structurelle jusqu'à la fabrication.
I. Principales formes de bavures dans le fraisage en bout Selon le système de classification des bavures du mouvement de coupe-arête de coupe de l'outil, les bavures générées lors du fraisage en bout se présentent principalement sous cinq formes : les bavures des deux côtés de l'arête de coupe principale, les bavures découpées à partir du bord latéral dans le sens de coupe, les bavures découpées à partir du bord inférieur dans le sens de coupe et les bavures dans les sens d'avance (voir Figure 1).
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Figure 1. Bavures formées lors du fraisage en bout
De manière générale, les bavures dans le sens de coupe du bord inférieur-sont plus grosses et plus difficiles à éliminer que les autres bavures. Par conséquent, cet article se concentre sur les bavures dans la direction de coupe du bord inférieur comme principal objet de recherche.
En fonction des différentes tailles et formes des fraises dans le sens de coupe du bord inférieur en fraisage en bout, elles peuvent être divisées en trois types : les fraises de type I (plus grande taille, difficiles à enlever et plus coûteuses à enlever), les fraises de type II (plus petite taille, peuvent être laissées non retirées ou facilement retirées) et les fraises de type III, c'est-à-dire les fraises négatives (comme le montre la figure 2).
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Figure 2. Types de bavures dans le sens de coupe du bord inférieur-pendant le fraisage
II. Principaux facteurs affectant la formation de bavures lors du fraisage en bout
La formation de bavures est un processus de déformation de matériau très complexe. De nombreux facteurs, tels que les propriétés du matériau de la pièce, la géométrie, le traitement de surface, la géométrie de l'outil, la trajectoire de coupe de l'outil, l'usure de l'outil, les paramètres de coupe et l'utilisation du liquide de refroidissement, affectent directement la formation des bavures. La figure 3 montre un organigramme des facteurs affectant les fraises en bout. Dans des conditions de fraisage spécifiques, la morphologie et la taille des fraises en bout-dépendent de l'effet combiné de divers facteurs d'influence, mais différents facteurs ont des effets différents sur la formation des bavures.
Figure 3 : Diagramme de contrôle des causes-et-effets de la formation de bavures de fraisage
1. Entrée/sortie d'outil
Généralement, les bavures générées lorsque l'outil sort de la pièce sont plus grandes que celles générées lorsque l'outil entre dans la pièce.
2. Angle de sortie de l'avion
L'angle de sortie du plan a un impact significatif sur la formation de bavures dans le sens de coupe du bord inférieur. L'angle de sortie du plan est défini comme l'angle entre la direction de la vitesse de coupe (la combinaison vectorielle de la vitesse de l'outil et de l'avance) en un point perpendiculaire à l'axe de la fraise sur l'arête de coupe lorsque l'arête de coupe sort de la face d'extrémité de la pièce, et la direction de la face d'extrémité de la pièce. La direction de la face d'extrémité de la pièce va du point d'entrée de l'outil au point de sortie de l'outil. Comme le montre la figure 5, Ψ est l'angle de sortie du plan, avec une plage de 0 degré < Ψ Inférieur ou égal à 180 degrés.
Les résultats expérimentaux montrent que la hauteur de la bavure change avec la profondeur de coupe, c'est-à-dire qu'à mesure que la profondeur de coupe augmente, la bavure passe d'une bavure de type I à une bavure de type II. La profondeur de fraisage minimale requise pour produire des bavures de type II est généralement appelée profondeur de coupe limite, notée dcr. La figure 6 montre l'effet de l'angle de découpe planaire et de la profondeur de coupe sur la hauteur des bavures lors de l'usinage d'un alliage d'aluminium.
Figure 6 Type de fraise, angle de découpe planaire et profondeur de coupe
Comme le montre la figure 6, plus l'angle de découpe planaire est grand, plus la profondeur limite de coupe est grande. Lorsque l'angle de découpe planaire est supérieur à 120 degrés, la taille des bavures de type I est plus grande et la profondeur de coupe limite pour la transition vers les bavures de type II est également plus grande. Par conséquent, un angle de découpe planaire plus petit est propice à la formation de bavures de type II, car plus Ψ est petit, plus la rigidité du support de la face d'extrémité-est relativement élevée et moins il est probable que des bavures se forment.
L'amplitude et la direction de la vitesse d'avance ont toutes deux une certaine influence sur l'amplitude et la direction de la vitesse combinée v, qui à son tour affecte l'angle de découpe planaire et la formation de bavures. Par conséquent, plus la vitesse d'avance et l'angle de décalage du bord de sortie sont grands, plus Ψ est petit, ce qui est plus propice à la suppression de la formation de bavures plus grosses (comme le montre la figure 7). Image
Figure 7. Influence de la direction d'alimentation sur la formation de bavures
3. Séquence de rétraction de la pointe de l'outil (EOS)
Lors du fraisage en bout, la taille des bavures dépend en grande partie de la séquence de rétraction de la pointe de l'outil. Comme le montre la figure 8 : le point A se trouve sur l'arête de coupe secondaire, le point C est sur l'arête de coupe principale et le point B est le sommet de la pointe de l'outil. Supposons que la pointe de l'outil soit pointue, c'est-à-dire ignorez le rayon de la pointe de l'outil. Si le bord B-C se rétracte d'abord de la pièce, suivi du bord A-B, le copeau est articulé sur la surface usinée. Au fur et à mesure que le fraisage progresse, les copeaux sont poussés hors de la pièce, formant une bavure plus grande sur le bord inférieur dans le sens de la coupe. Si le bord A-B se rétracte de la pièce en premier, suivi du bord B-C, le copeau est articulé sur la surface de transition et découpé de la pièce, formant une bavure de bord inférieur plus petite dans le sens de coupe.
Les expériences montrent que :
① La séquence de rétraction de la pointe de l'outil qui augmente séquentiellement la taille de la bavure est ABC/BAC/ACB/BCA/CAB/CBA.
② Les résultats produits par EOS sont les mêmes, sauf que sous la même séquence de rétraction, les matériaux ductiles produisent des bavures plus grosses que les matériaux fragiles. La séquence de sortie de la pointe de l'outil est liée non seulement à la géométrie de l'outil, mais également à des facteurs tels que l'avance, la profondeur de passe, la géométrie de la pièce et les conditions de coupe. C'est une combinaison de facteurs qui influencent la formation des bavures.
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Figure 8 : Séquence de sortie de la pointe de l'outil et formation de bavures
4. Influence d'autres facteurs
① Les paramètres de fraisage, la température de fraisage et l'environnement de coupe ont également un certain impact sur la formation de bavures. L'influence de certains facteurs clés, tels que la vitesse d'avance et la profondeur de coupe, se reflète dans la théorie de l'angle de sortie du plan et dans la théorie EOS de la séquence de sortie de la pointe de l'outil, qui ne seront pas développées ici ;
② Plus la plasticité du matériau de la pièce est bonne, plus il est facile de former des bavures de type I. Lors du fraisage en bout de matériaux fragiles, une vitesse d'avance ou un angle de sortie plan important favorise la formation de bavures de type III (défauts).
③ Lorsque l'angle entre la face d'extrémité de la pièce et le plan usiné est supérieur à un angle droit, la rigidité accrue du support de la face d'extrémité inhibe la formation de bavures.
④ L'utilisation de fluide de fraisage prolonge la durée de vie de l'outil, réduit l'usure de l'outil, lubrifie le processus de fraisage et réduit ainsi la taille des bavures.
⑤ L'usure de l'outil affecte considérablement la formation de bavures. Lorsque l'outil s'use dans une certaine mesure, le rayon de la pointe de l'outil augmente, entraînant des bavures plus importantes non seulement dans le sens de retrait de l'outil mais également dans le sens d'entrée de l'outil. Le mécanisme nécessite une enquête plus approfondie.
⑥ D'autres facteurs, tels que le matériau de l'outil, influencent également la formation de bavures. Dans les mêmes conditions de coupe, les outils diamantés sont plus efficaces que les autres outils pour supprimer la formation de bavures.
III. Approches de base pour contrôler la formation des bavures de fraisage La formation des bavures de fraisage en bout est influencée par divers facteurs, notamment le processus de fraisage spécifique, la structure de la pièce et la géométrie de l'outil. Pour réduire les bavures de fraisage en bout, la formation de bavures doit être contrôlée et minimisée sous plusieurs aspects.
1. Conception structurelle raisonnable : la formation de bavures est largement influencée par la structure de la pièce. Différentes structures de pièces entraînent des différences significatives dans la forme et la taille des bavures sur les bords après l'usinage. Si le matériau de la pièce et le traitement de surface sont prédéterminés, la géométrie et les arêtes de la pièce sont alors des facteurs cruciaux déterminant la formation des bavures.
2. Séquence d'usinage appropriée : La séquence d'usinage affecte également la forme et la taille des fraises en bout-. Différentes formes et tailles de bavures entraînent différentes charges de travail d'ébavurage et coûts associés. Par conséquent, la sélection d’une séquence d’usinage appropriée constitue un moyen efficace de réduire les coûts d’ébavurage.
Figure 9 : Méthode de contrôle de sélection de séquence d’usinage
Sur la figure 10a, si le perçage est effectué avant le fraisage du plan, des bavures de coupe plus importantes sont facilement générées sur la circonférence du trou ; si le plan est d'abord fraisé puis percé, seules des bavures d'entrée de perçage plus petites sont générées sur la circonférence du trou. De même, sur la figure 10b, les bavures formées en fraisant d'abord la surface supérieure puis le contour concave sont plus petites que celles formées en usinant d'abord le contour concave puis en fraisant le plan. 3. Éviter la rétraction de l'outil
Éviter le retrait de l'outil est un moyen efficace de prévenir la formation de bavures, car il s'agit d'un facteur majeur dans la formation de bavures dans le sens de coupe. Généralement, les bavures produites lorsque la fraise sort de la pièce sont plus grandes, tandis que celles produites lors de son entrée sont plus petites. Par conséquent, la sortie de la fraise doit être évitée autant que possible pendant l'usinage. Comme le montre la figure 4, les bavures produites à l'aide de la figure 4b sont plus petites que celles produites à la figure 4a.
4. Sélectionnez un chemin d'outil approprié
Comme le montre l'analyse précédente, lorsque l'angle de découpe planaire-est inférieur à une certaine valeur, la taille des bavures résultantes est plus petite. L'angle de découpe planaire-peut être modifié en modifiant la largeur de fraisage, l'avance (amplitude et direction) et la vitesse de rotation (amplitude et direction). Par conséquent, la formation de bavures de type I peut être évitée en sélectionnant une trajectoire d'outil appropriée (voir Figure 11).
Figure 10 : Méthode de trajectoire d'outil contrôlée
La figure 10a montre un parcours d'outil en zigzag traditionnel. Les zones ombrées sur la figure indiquent les endroits où des bavures plus importantes dans le sens de coupe peuvent être générées. La figure 10b utilise une trajectoire d'outil améliorée qui peut éviter la formation de bavures de coupe. Bien que le parcours d'outil de la figure 11b soit légèrement plus long et prenne un peu plus de temps de fraisage que celui de la figure 10a, il élimine le besoin d'un processus d'ébavurage supplémentaire. En revanche, la figure 10a nécessite un temps d'ébavurage important (bien que les zones grisées, représentant la formation de bavures, ne soient pas nombreuses, toutes les arêtes contenant des bavures doivent être traversées lors de l'ébavurage proprement dit). Par conséquent, dans l'ensemble, le parcours d'outil de la figure 10b est supérieur à celui de la figure 10a en termes de contrôle des bavures.
5. Sélection des paramètres de fraisage appropriés
Les paramètres de fraisage en bout (tels que l'avance par dent, la largeur de fraisage en bout, la profondeur de fraisage en bout et la géométrie de l'outil) ont une certaine influence sur la formation des bavures.
La formation des bavures de fraisage en bout est influencée par divers facteurs, les principaux étant : l'entrée/sortie de l'outil, l'angle de sortie du plan, la séquence de sortie de la pointe de l'outil et les paramètres de fraisage. La forme finale et la taille de la fraise sont le résultat de l’effet combiné de ces facteurs.
Cet article analyse les principaux facteurs d'influence de la génération de bavures de fraisage à partir de l'ensemble du processus, y compris la conception structurelle de la pièce, la disposition du processus d'usinage, les paramètres de fraisage et la sélection des outils. Il propose des techniques, des processus et des méthodes pour supprimer ou réduire les bavures de fraisage, telles que le contrôle de la trajectoire de la fraise, la sélection d'une séquence d'usinage appropriée et l'amélioration de la conception structurelle. Ces méthodes fournissent des solutions techniques réalisables pour contrôler activement la taille des bavures, améliorer la qualité du produit, réduire les coûts et raccourcir les cycles de production en fraisage.
