Fraisage de face est l'une des opérations d'usinage les plus fondamentales et les plus critiques de la fabrication CNC. Elle est largement utilisée pour créer des surfaces de référence, des faces d'assemblage et de grandes surfaces planes sur les composants mécaniques. La stabilité et la qualité d'une opération de surfaçage ne déterminent pas seulement la qualité de l'usinage. finition de la surface Le fraisage de face est une opération qui ne peut être réalisée que dans le cadre du processus en cours, mais qui a également une influence directe sur la précision dimensionnelle et la fiabilité du processus de toutes les opérations suivantes. Une compréhension systématique des principes du surfaçage, des systèmes d'outillage, des stratégies spécifiques aux matériaux et des méthodes de contrôle des processus est essentielle pour toute opération d'usinage moderne visant une efficacité élevée et une qualité constante.
Qu'est-ce que le surfaçage ?
Définition et concept de base du surfaçage
Le fraisage de face est un processus de fraisage dans lequel l'axe de la fraise est perpendiculaire à la surface de la pièce. Les arêtes de coupe situées sur la face et la périphérie de la fraise participent à l'enlèvement de matière, produisant une surface plane. Comparé à l'utilisation de fraises en bout pour le balayage de surface, le surfaçage permet un taux d'enlèvement de matière plus élevé, une meilleure consistance de la surface et un contrôle plus stable de la planéité, ce qui en fait la méthode préférée pour l'usinage plan de grandes surfaces et la génération de surfaces de référence.
Principe de base du fraisage à surfacer
Lors du surfaçage, plusieurs plaquettes s'engagent simultanément dans la pièce à usiner. Les forces de coupe sont réparties entre les directions axiale et radiale, ce qui améliore la stabilité de la coupe et la productivité. Comme plusieurs arêtes sont coupées à chaque révolution, le surfaçage est très efficace, mais il est également sensible au faux-rond de la fraise, à la variation de la hauteur de la plaquette et à la rigidité de la machine. Un système de fraise bien équilibré et des conditions de processus stables sont essentiels pour obtenir des résultats cohérents.
Principaux types d'opérations de surfaçage
Fraisage de face conventionnel : Utilisé pour l'usinage de surfaces planes à usage général, en mettant l'accent sur des conditions de coupe stables, une large applicabilité et une génération de surface fiable dans la plupart des composants mécaniques.
Fraisage de face à grande avance : Utilise une très faible profondeur de coupe et une vitesse d'avance extrêmement élevée pour atteindre une productivité élevée, particulièrement adaptée aux opérations d'ébauche dans les moules et les grandes cavités.
Fraisage de face à usage intensif : Conçue pour l'enlèvement de grandes quantités de matière sur les pièces moulées et forgées, elle met l'accent sur la solidité de l'outil, la rigidité du système et la stabilité de la capacité de charge.
Finition Fraisage de face : Optimisation de l'état de surface et de la planéité grâce à une géométrie plus fine et à des systèmes de coupe plus précis, souvent utilisés comme dernière étape de l'usinage planaire.
Fraisage à surfacer à grande vitesse : Courant dans les industries de l'aluminium et des moules, combinant une vitesse de broche élevée et des paramètres de coupe légers pour obtenir à la fois une productivité et une bonne qualité de surface.
Types de fraises à surfacer
Fraises à surfacer indexables : Le type le plus largement utilisé, offrant un remplacement flexible des inserts, une bonne économie et une grande adaptabilité des matériaux.
Fraises à surfacer en carbure monobloc : Utilisé principalement pour les petits diamètres, l'usinage à grande vitesse ou la finition de haute précision, il offre une excellente rigidité et un faible faux-rond.
Broyeurs à facettes PCD : Principalement utilisé pour les alliages d'aluminium, les métaux non ferreux et certains plastiques, il offre une durée de vie extrêmement longue et une finition de surface supérieure.
CBN Face Mills : Utilisé principalement pour les aciers trempés et les matériaux à haute dureté dans les opérations de finition, nécessitant une grande stabilité de la machine.
Fraisages à 45°, 75° et 90° : Les différents angles d'entrée affectent la direction de la force de coupe, la stabilité et la capacité d'épaulement, et doivent être choisis en fonction de l'application et de la capacité de la machine.
Avantages et limites du surfaçage
Avantages
Le surfaçage permet un taux d'enlèvement de matière élevé, une excellente consistance de la surface, un bon contrôle de la planéité et un coût par pièce favorable dans la production de masse. C'est la méthode la plus efficace pour générer de grandes surfaces planes et des faces de référence fonctionnelles.
Limites
Le surfaçage nécessite une bonne rigidité de la machine, une fixation stable et des systèmes de fraises précis. Il n'est pas toujours adapté aux pièces très petites, minces ou très flexibles, pour lesquelles la déformation et les vibrations peuvent devenir des problèmes critiques.
Sélection des matériaux d'outils pour différents matériaux de pièces à usiner (édition encyclopédique)
L'adéquation entre le matériau et l'outil est au cœur de la stabilité du surfaçage. La dureté, la ténacité, la conductivité thermique, la tendance à l'adhérence et l'élasticité du matériau de la pièce à usiner déterminent directement la qualité, le revêtement et la géométrie de la plaquette.
Alliages d'aluminium: L'aluminium est sujet à l'accumulation d'arêtes et à l'adhérence des copeaux. La fraise doit utiliser des arêtes de coupe tranchantes et hautement polies avec des angles de coupe positifs importants. Il est préférable d'utiliser des plaquettes en carbure non revêtues ou revêtues de DLC. Pour la production en grande quantité ou les surfaces de type miroir, les fraises à surfacer en PCD offrent un excellent état de surface et une durée de vie extrêmement longue de l'outil.
Acier inoxydable: L'acier inoxydable se durcit facilement et présente une mauvaise conductivité thermique. Les plaquettes doivent mettre l'accent sur la ténacité et la résistance à la chaleur. Les plaquettes en carbure revêtues de TiAlN ou d'AlTiN avec une préparation stable des arêtes sont couramment utilisées. Une géométrie trop tranchante doit être évitée pour réduire l'écaillage.
Acier au carbone et l'acier allié : Ces matériaux couvrent une large gamme de dureté. Les plaquettes en carbure revêtues à usage général conviennent à la plupart des applications. Les aciers plus tendres favorisent la résistance à l'usure, tandis que les coupes plus dures ou interrompues nécessitent des nuances plus dures. Le choix de l'outil doit équilibrer la productivité et la durée de vie de l'outil.
Alliages de titane: Le titane génère des températures de coupe élevées et un fort rebond de la matière. Les plaquettes doivent utiliser des substrats à haute dureté à chaud et des revêtements résistants à la chaleur avec des arêtes de coupe renforcées. Les paramètres de coupe doivent être conservateurs pour contrôler l'accumulation de chaleur et éviter la déformation plastique de l'arête de coupe.
Laiton: Le laiton s'usine facilement mais peut produire des bavures et des salissures de surface. Il est recommandé d'utiliser des plaquettes tranchantes à géométrie positive élevée, généralement sans revêtement lourd. L'accent doit être mis sur la qualité des arêtes et le contrôle du faux-rond de la fraise.
Bronze: Certains alliages de bronze sont abrasifs. Par rapport au laiton, des nuances de carbure plus résistantes à l'usure sont nécessaires, tout en conservant des arêtes raisonnablement vives pour éviter les déchirures superficielles.
Plastiques (ABS, POM, PEEK, PMMA, PA, PC, PET, PTFE): Les plastiques sont sensibles à la chaleur, au maculage et à la déformation. Les principes de base sont des arêtes extrêmement vives, des faces de coupe polies, un faible frottement et une évacuation efficace des copeaux.
L'ABS se concentre sur la réduction de la chaleur de friction ; le POM nécessite un bon contrôle des copeaux ; le PEEK a besoin d'un faible apport de chaleur et d'une coupe stable ; le PMMA exige des outils ultra tranchants polis comme un miroir ; le PA a besoin d'une géométrie de force de coupe faible ; le PC exige des outils polis à faible friction ; le PET a besoin d'une évacuation propre des copeaux ; le PTFE exige des outils ultra tranchants et un support solide de la pièce à usiner.
Fraisage de face sur machines CNC et manuelles à 3, 4 et 5 axes
CNC 3 axes: La solution la plus courante et la plus rentable pour les surfaces planes standard, avec une bonne stabilité et une programmation simple, mais limitée pour les pièces à angles multiples.
CNC 4 axes: Permet d'usiner plusieurs faces ou plans inclinés en une seule fois, ce qui réduit les opérations de serrage et améliore la cohérence géométrique.
CNC 5 axes: Optimise l'orientation de l'outil pour obtenir les meilleures conditions de coupe, améliorant la qualité de la surface et la durée de vie de l'outil dans les pièces complexes, mais avec un investissement et une complexité de programmation plus élevés.
Fraisage manuel : Convient principalement aux travaux de réparation, aux prototypes ou à la production de très petits lots, avec une efficacité et une répétabilité limitées.
Considération de l'efficacité et des coûts : Les machines à axe plus élevé offrent plus de flexibilité et moins de réglages, mais impliquent également des coûts d'équipement et de programmation plus élevés. Le choix doit se faire en fonction de la complexité de la pièce et du coût total de fabrication.
Composants et structures typiques utilisant le fraisage à surfacer
Surfaces de référence de la structure de la machine : Ces surfaces servent de référence primaire pour les opérations d'usinage ultérieures, et leur planéité et leur cohérence déterminent directement la stabilité dimensionnelle de l'ensemble de la pièce.
Surfaces de séparation du moule : Dans la fabrication des moules, le plan de joint contrôle la précision de l'alignement et la qualité de l'étanchéité, et le fraisage de face établit le plan de référence principal avant la finition et le polissage.
Bases de montage de l'équipement : Ces surfaces nécessitent une bonne planéité et une bonne surface de contact pour assurer une répartition uniforme de la charge et une stabilité opérationnelle à long terme.
Plaques de base pour montages et gabarits : Les surfaces des bases de fixation déterminent la répétabilité et la précision de positionnement de l'ensemble du système de fixation.
Composants de type boîte : Les boîtiers et les boîtes de vitesses comportent généralement plusieurs plans interdépendants, et le fraisage de face permet d'établir des surfaces de référence unifiées contrôlant le parallélisme et la perpendicularité.
Composants de la grande plaque : Les grandes plaques sont susceptibles de se déformer en raison des contraintes résiduelles et des forces de serrage, et le surfaçage joue également un rôle dans la stabilisation de la géométrie.
Paramètres du processus et stratégie d'usinage pour le fraisage à surfacer
Vitesse de coupe, vitesse d'avance et profondeur de coupe : Ces trois paramètres doivent être adaptés correctement pour maintenir une coupe franche au lieu d'un frottement, sinon une chaleur excessive et une durée de vie instable de l'outil se produiront.
Fraisage par grimpage et fraisage conventionnel : Sur les machines CNC, le fraisage en avalant est généralement préféré car il réduit les efforts de coupe, améliore la qualité de la surface et prolonge la durée de vie de l'outil.
Stratégie d'entrée et de sortie : L'entrée et la sortie en rampe ou en arc de cercle réduisent les charges d'impact et empêchent l'écaillage des plaquettes.
Faux-rond de la fraise et homogénéité de la hauteur de la plaquette : Des écarts, même minimes, entraînent une répartition inégale de la charge, un mauvais état de surface et une usure accélérée de l'outil.
Stabilité du serrage et de la fixation : Un mauvais serrage peut facilement entraîner des déformations et des erreurs de planéité, en particulier sur les pièces de grande taille ou de faible épaisseur.
Évacuation des copeaux et protection de la surface : Un mauvais contrôle des copeaux peut entraîner des rayures de surface et une coupe secondaire, d'où l'importance de la gestion du liquide de refroidissement ou de l'air.
Problèmes courants de surfaçage et solutions techniques
Ondulation et vibration de la surface : Généralement causée par une rigidité insuffisante, un dépassement excessif de l'outil ou une charge de coupe instable.
Éclatement de l'insert ou défaillance prématurée : Souvent lié à une mauvaise qualité d'insertion, à une charge thermique excessive ou à une mauvaise stratégie d'entrée.
Erreurs de planéité et de parallélisme : Généralement causée par une déformation de la pièce, une fixation instable ou une mauvaise planification des références.
Rayures de surface et salissures : Généralement causée par une mauvaise évacuation des copeaux ou des arêtes de coupe endommagées.
Autres procédés de fraisage liés au surfaçage
Fraisage en bout : Principalement utilisé pour les parois latérales, les poches et les profils plutôt que pour les grandes surfaces planes, il se concentre sur la génération de contours et l'usinage de formes tridimensionnelles.
Fraisage latéral : Utilisé pour l'usinage des faces verticales et des marches, en mettant l'accent sur la capacité de coupe des arêtes latérales et souvent combiné avec le fraisage des faces pour compléter les pièces à surfaces multiples.
Fraisage de rainures : Dédié à l'usinage de rainures, de gorges et de fentes, nécessitant une bonne rigidité de l'outil et une évacuation efficace des copeaux.
Fraisage de profil : Principalement utilisé pour les contours extérieurs complexes où la précision du parcours est plus importante que le taux d'enlèvement de matière.
Fraisage de poche : Utilisé pour l'usinage des cavités internes, il combine généralement des stratégies d'ébauche et de finition.
Fraisage à grande vitesse : Il met l'accent sur une faible profondeur de coupe, une vitesse de broche élevée et une grande vitesse d'avance. Il est souvent utilisé avec le surfaçage dans l'usinage de l'aluminium et des moules.
Broyage trochoïdal : Utilise des parcours d'outils spéciaux pour réduire la charge de coupe et la concentration de chaleur dans les matériaux difficiles, et s'applique généralement aux étapes d'ébauche.
Conclusion : Construction d'un système de fraisage à facettes à haut rendement et à haute stabilité
Un système de surfaçage robuste est le résultat d'une intégration systématique des systèmes d'outils, des caractéristiques des matériaux, des capacités des machines-outils, de la stratégie des processus et des méthodes d'exploitation normalisées. Ce n'est qu'en traitant le surfaçage comme un système d'ingénierie plutôt que comme une simple opération que les fabricants peuvent obtenir une qualité prévisible, une productivité stable et un contrôle des coûts à long terme. nous contacter.
