L'usinage à grande vitesse (HSM) est une technologie importante largement utilisée dans la technologie de fraisage moderne. En appliquant la technologie de fraisage HSM, il est possible non seulement de fraiser divers matériaux tendres et durs, mais également d'obtenir une excellente précision de la pièce. Cet article décrit les exigences HSM pour les outils et les supports.
1. Exigences HSM pour les outils de coupe
1. Géométrie
Les vibrations de l'outil affectent directement la qualité de surface obtenue par usinage. Par conséquent, il est extrêmement important de maintenir une force de coupe uniforme sur l'outil pendant la finition HSM pour éviter les vibrations de l'outil.
L'influence des caractéristiques géométriques adjacentes de l'outil sur l'effort de coupe :
• Une bonne concentricité facilite une répartition uniforme de la charge sur l'arête de coupe
• Plus grand chevauchement des arêtes de coupe pour des caractéristiques de force de coupe uniformes (angle d'hélice et nombre de goujures plus grands)
• Longueur de coupe courte pour une meilleure rigidité (le diamètre de l'arbre est un peu réduit par rapport aux parois raides de la machine)
• Meilleur état de la section transversale du noyau avec une concentration de contrainte minimale au niveau de l'entaille
Les matériaux à haute résistance peuvent être traités à l'aide de HSM, ce qui signifie que la résistance à la déformation augmente avec la dureté du matériau à traiter. La charge accrue sur l'arête de coupe nécessite une conception stable de la géométrie de l'arête de coupe. Cependant, plus de chaleur de friction sera générée dans la zone libre de la surface de la pièce à vitesse de coupe élevée, ce qui signifie que l'angle de dégagement de l'outil doit être réduit. Par conséquent, l'augmentation de la stabilité du tranchant ne peut être obtenue qu'en réduisant l'angle de biseau. Dans les cas où le matériau est très dur et le matériau de l'outil est cassant, cela peut même entraîner un angle de biseau négatif.
Des rayons parfaitement ajustés sont rectifiés à l'extrémité de la lame pour éviter les conditions de chauffage au rouge ou la rupture partielle du bord en cas de chauffage soudain.
Si la précision de forme de la pièce doit être très élevée, le rayon de la partie sphérique de l'outil de finition utilisé a un impact direct sur la précision de forme de la pièce à usiner. Par conséquent, comme condition de base, il est très important d'utiliser des outils avec des tolérances de rayon très serrées (de l'ordre du micron) lors de la finition de pièces très délicates.
2. Matériaux et revêtements
Le matériau de l'outil doit être plus dur que le matériau à usiner. Plus la différence de dureté entre le matériau de la pièce et le matériau de l'outil est grande, moins l'outil s'use et plus la durée de vie de l'outil est longue. En raison des températures locales élevées, il est également nécessaire de s'assurer que le matériau de l'outil est résistant à l'oxydation.
De grandes fluctuations de la charge thermique et le besoin de résistance à l'oxydation du matériau de l'outil conduisent au besoin éventuel de revêtements sur les corps d'outils en carbure de tungstène à grain fin.
Les systèmes de revêtement éprouvés tels que TiN, TiCN et TiAlCN atteignent rapidement leurs limites dans le traitement HSM. Par conséquent, des systèmes de revêtement multi-composants ont été développés, basés sur des nitrures à haute teneur en aluminium, en combinaison avec d'autres éléments tels que l'yttrium, le vanadium ou le tantale. Des performances plus élevées peuvent également être obtenues en utilisant des structures nanocouches, CBN et PKD.
2. Exigences HSM pour les porte-outils
En raison des vitesses de broche élevées requises dans l'usinage HSM, il est préférable d'utiliser les systèmes de porte-outils HSK-A et HSK-E. Étant donné que la bride du porte-outil est montée sur la tête de broche, le porte-outil a un support mécanique défini dans la direction Z, de sorte qu'à des vitesses plus élevées, il n'est pas entraîné dans la broche en raison des forces centrifuges accrues.
Des erreurs fondamentales peuvent déjà s'être produites dans la phase de préparation du processus, rendant impossible la réduction des vibrations et un contrôle sûr du processus. Pour obtenir un usinage HSM stable, il est essentiel d'équilibrer et de vérifier l'alignement de l'outil et de l'ensemble porte-outil selon les besoins. La limite de vitesse de rotation associée au balourd doit également être prise en compte.
Un système d'outils rotatifs mal équilibré ou mal aligné entraînera :
• très mauvaise qualité de surface
• très faible durée de vie de l'outil
• Mauvaise stabilité et sécurité du processus
• Endommagement possible de la broche de fraisage
Le déséquilibre et l'écart par rapport à la concentricité idéale causés par des changements brusques dans le processus peuvent être vus très clairement dans le schéma ci-dessous :
Pas d'écart par rapport à une concentricité parfaite : rugosité théorique moindre
Déviation de la concentricité parfaite : plus grande rugosité théorique
La masse d'équilibrage a une influence importante sur les performances dynamiques de l'ensemble du système rotatif.
Le déséquilibre équivaut à la rotation d'un objet excentrique. Ce corps excentrique peut induire une force centrifuge qui augmente quadratiquement avec la vitesse de rotation. Cela signifie que le même balourd induit 441 fois plus de force centrifuge sur une broche à 42,000 tr/min que sur une broche à 2,000 tr/min (212=441). Par conséquent, un déséquilibre de l'agencement du porte-outil dans l'usinage à grande vitesse a des conséquences néfastes particulièrement prononcées.
En appliquant la technologie de serrage d'outil dans HSM, vous pouvez utiliser des porte-outils avec :
• Pinces et
• Réducteurs
Les systèmes alternatifs tels que les connecteurs Weldon ne sont pas recommandés car ils présentent des inconvénients importants dans le traitement HSM.
Grâce aux bonnes propriétés d'amortissement des porte-outils à pinces qui donnent de bons résultats pendant le processus d'ébauche, ainsi qu'aux joints réducteurs, un très haut degré de rigidité et de répétabilité peut être atteint. Ceci est essentiel pour obtenir une surface de pièce parfaite. L'utilisation de réducteurs vous permet d'obtenir une concentricité très précise (moins de 0 0,003 mm d'écart) et un couple de transfert élevé.
Structure de conception de divers porte-outils réducteurs : le couple de transmission dépend de la structure de conception de l'équipement de serrage ; structures de conception différentes, elles peuvent être très différentes.
