PLUSIEURS STRATEGIES DE FRAISAGE POUR L’USINAGE DE GORGES

La strategie passe avant le choix de l’outil

Le fraisage de gorges est un usinage que l’on réalise sur de nombreuses pièces. Ces dernières années, l’importance de cet usinage tend à glisser vers l’adoption d’une stratégie. Ce n’est qu’après que le choix de l’outil est discuté. Un choix sans doute rapide quand une fois que l’on sait comment fraiser la gorge.

UN PROCESSUS STABLE

Le principal objectif qu’il faut garder à l’esprit lors de l’adoption d’une stratégie de fraisage, est un processus stable. Une stabilité dans le sens de résultats prévisibles et reproductibles, certainement lors d’un usinage sans opérateur. Ce n’est qu’après que des aspects comme la productivité et la précision peuvent être abordés. Une part considérable des coûts d’usinage est absorbée par la préparation. Il faut aussi répondre à des questions comme: quelle gorge puis-je fraiser et quelles gorges peut-on éventuellement usiner par électro­érosion? Faut-il fraiser en une passe ou usiner d’abord une ébauche puis la parachever? Autant de questions qui déterminent les étapes ultérieures du processus.

Dans les dernières versions des logiciels de CAO/FAO, ces tâches sont automatisées. Le fraisage de gorges est aujourd’hui une fonctionnalité que le logiciel reconnaît automatiquement et pour lequel il propose un usinage, programme inclus. Le logiciel regroupe autant que possible les éléments des gorges en un même usinage. Une des conséquences de ce développement est que l’on peut désormais fraiser des gorges qui appartenaient jadis au domaine typique de l’usinage par électro­érosion. Des gorges à parois minces.

DIVERSES STRATEGIES

Le fraisage trochoïdal

L’utilisation d’un logiciel de FAO facilite le choix de stratégies spécifiques. Le fraisage trochoïdal est un exemple de stratégie. Il combine un certain nombre d’objectifs énumérés, en particulier une stabilité de processus mais aussi un volume de copeau supérieur dans un même laps de temps. La plus grande stabilité provient principalement du fait qu’avec les mouvements circulaires de la fraise, la broche est moins sollicitée. Par rapport aux stratégies conventionnelles ou traditionnelles, le risque de vibrations est limité. La productivité est améliorée car lors de rainures profondes, l’outil se déplace dans le matériau sur toute la longueur de coupe. D’un point de vue conventionnel, les gorges profondes sont fraisées en plusieurs passes. Si on traduit la stratégie de fraisage trochoïdal pour le fraisage de gorges, on perçoit comme différence marquante le fait que la fraise n’effectue pas de mouvement d’avance linéaire. L’outil suit la trajectoire circulaire programmée. L’algorithme du logiciel FAO calcule automatiquement, pour chaque point de la gorge, l’avance par dent, la profondeur de coupe radiale et l’angle de contact. Ils sont à chaque fois adaptés de manière telle que l’épaisseur de copeau reste constante. Dès lors, les contraintes sur l’arête de coupe de l’outil – ayant un petit diamètre – restent constantes. C’est une bonne chose, tant pour l’outil que pour la broche. De plus, on peut maintenir la longueur de coupe totale de la fraise dans le matériau, ce qui représente un avantage, certainement lors du fraisage de gorges.

Par mouvement, il est possible d’enlever plus de matière qu’avec les stratégies de fraisage conventionnelles. Comme on travaille avec une fraise plus étroite que la largeur de la gorge, les copeaux sont bien évacués. La tenue de la fraise est améliorée car la charge thermique est inférieure, par rapport au fraisage de gorges traditionnel. Si on additionne tous ces facteurs, on peut alors raccourcir de plusieurs dizaines de pour cents le temps d’usinage d’une gorge et allonger la durée de vie de la fraise. En d’autres termes: produire plus de copeaux en moins de temps et à des coûts d’outils plus bas. La stratégie du fraisage trochoïdal convient notamment aux matériaux comme l’acier trempé, mais aussi aux machines moins puissantes et aux centres d’usinage à 3 axes. Cependant, la programmation nécessite un logiciel FAO, bien que des commandes avec des stratégies de fraisage spéciales soient aussi disponibles sur les machines modernes, soit une commande avec un programme FAO intégré.

Fraisage en plongée

Le fraisage en plongée est une autre stratégie que l’on peut appliquer à l’usinage de gorges. Cette stratégie s’avère appropriée lorsqu’il faut travailler avec des outils ayant une grande longueur de dégagement, donc pour le fraisage de gorges profondes. Dans le cas du fraisage en plongée, l’outil se déplace dans la direction axiale puis pénètre totalement dans le matériau mais pas à pas, à l’inverse du fraisage trochoïdal. Il s’agit là d’une véritable stratégie de fraisage d’ébauche. On utilise la rigidité de l’axe Z dans une machine CNC. Les forces qui apparaissent durant le fraisage sont déviées dans cette direction.

L’avantage est évident: pour le fraisage de gorges profondes, lorsque le fléchissement de l’outil représente un risque réel, le fraisage en plongée s’avère être une bonne stratégie. Ce peut aussi être une stratégie si la vitesse de la broche s’avère insuffisante pour le fraisage à grande vitesse. Le fraisage en plongée de gorges profondes permet de tirer plus de productivité de la machine. Mais il faut tenir compte du fait qu’il s’agit là d’un usinage d’ébauche. Il subsiste du matériel qu’il faut enlever par la suite. Cette stratégie peut aussi bien être appliquée pour des gorges fermées qu’ouvertes.

QUEL TYPE D’OUTIL

Après le choix de la stratégie vient le choix de l’outil. Pour les deux stratégies mentionnées, on opte généralement pour les fraises en bout et les fraises à dresser.

• Les fraises en bout sont sensibles aux forces de coupe, ce qui explique l’effet positif des stratégies.

• Les fraises à dresser (à plaquettes indexables) ne conviennent généralement que pour l’ébauche. Avec ce type de fraise, les forces radiales sont importantes et la broche est fortement sollicitée. La puissance et le couple de la broche peuvent imposer une restriction dans leur utilisation.

 Et puis il y a des outils qui bouleversent le choix: si on opte par exemple pour une fraise-disque, on ne peut pas appliquer les stratégies mentionnées. La fraise-disque peut générer un grand volume de copeaux mais elle nécessite un nombre strict de positions de départ. Les gorges profondes conviennent particulièrement à ce concept d’outil. Les gorges fermées ne peuvent pas être usinées et restent du domaine de la fraise en bout. En outre, les machines horizontales sont mieux adaptées à la fraise-disque qu’un centre d’usinage vertical. Ce type d’outil ne convient pas non plus aux gorges fermées. La principale restriction est sans doute le fait de pouvoir uniquement réaliser un rainurage linéaire. Mais cela signifie qu’il est possible de fraiser des gorges profondes, des gorges en T et que la largeur est réglable. Et c’est aussi un outil stable.

Fraisage en opposition

Avec l’usinage de gorges profondes et étroites, des copeaux peuvent rester coincés entre la pièce à usiner et l’outil et on opte parfois pour le fraisage en opposition. Cette méthode raccourcit la durée de vie de l’outil. Une solution consiste à choisir un outil avec un refroidissement interne afin que les copeaux soient mieux évacués et que l’on puisse fraiser en concordance.