Les outils de coupe utilisés en fraisage CNC déterminent si une trajectoire d'outil programmée permet une coupe stable, une surface propre et des tolérances prévisibles. Si la machine peut se positionner avec précision, la géométrie, le matériau et le réglage de l'outil de coupe déterminent les forces de coupe, l'évacuation des copeaux et la qualité de finition.
Le choix de l'outil est une décision systémique, et non un simple choix sur catalogue. La famille de fraises doit être adaptée à l'opération, à la pièce et à la rigidité du montage. Lorsque ces facteurs sont bien définis, la durée de vie de l'outil et les temps de cycle deviennent beaucoup plus prévisibles.
Familles de fraises
Le choix des fraises pour CNC est facilité par l'association de chaque outil à une direction de coupe, un type de finition et une trajectoire de copeaux spécifiques. On peut classer les outils les plus courants selon leurs performances, leurs limites en matière de sécurité et les causes de défaillance en cas de mauvaise utilisation.
Fraises
Les fraises en bout sont privilégiées pour la réalisation de poches, de rainures et la finition des parois latérales, car elles coupent à la fois avec leur extrémité et leur côté. Les fraises à bout carré permettent d'obtenir des fonds plats et des angles internes vifs lorsque la géométrie le permet. Les fraises à bout arrondi réduisent l'écaillage et prolongent la durée de vie de l'outil dans les matériaux durs.
Les fraises hémisphériques sont la norme pour l'usinage de surfaces 3D car leur pointe arrondie permet de contrôler les irrégularités des trajectoires d'outil profilées. Les fraises d'ébauche enlèvent rapidement de la matière par fragmentation des copeaux, mais elles nécessitent généralement une passe de finition supplémentaire pour répondre aux exigences de surface.
Fraises à surfacer et fraises à surfacer
Les fraises à surfacer servent à aplanir rapidement une large surface grâce à une charge stable répartie sur plusieurs arêtes de coupe. Souvent à plaquettes indexables, elles excellent dans le surfaçage régulier des pièces. Cependant, elles ne sont pas conçues pour un usinage profond.
Les fraises à surfacer produisent également des faces planes et sont souvent utilisées lorsqu'un outil simple à une seule arête suffit. Nous considérons les fraises à surfacer et les fraises à surfacer comme des “ outils de surfaçage plan ” et nous choisissons entre elles en fonction de l'état de surface souhaité, de la stabilité de la machine et de la régularité du processus.
Outils de perçage
Un perçage fiable commence par le positionnement, puis le perçage lui-même, et enfin la finition aux dimensions et à l'état de bord requis. Les forets de centrage améliorent la précision du positionnement et réduisent le déviation du foret. Les forets hélicoïdaux permettent ensuite de réaliser efficacement le trou principal.
On utilise un alésoir après le perçage lorsque le diamètre du trou et l'état de surface nécessitent un contrôle plus précis que celui permis par le perçage. Les fraises à chanfreiner et les fraises à fraiser permettent de finir l'arête d'entrée pour la fixation ou pour l'ébavurage. Nous recommandons, dans la mesure du possible, d'opter pour des angles standard afin de limiter le nombre d'outils nécessaires.
Outils de filetage
On peut réaliser des trous taraudés par taraudage ou par fraisage. Le choix de la méthode dépend du matériau, du type de trou et de votre tolérance au risque. Les tarauds à tailler enlèvent de la matière et produisent des copeaux. Les tarauds à former déforment le matériau, évitant ainsi la production de copeaux, mais nécessitent un diamètre de trou adapté et un matériau ductile.
Les fraises à fileter créent les filetages par interpolation. Cette méthode est utile lorsque la qualité du filetage et le risque de casse de l'outil sont des critères essentiels. Nous validons notre choix de filetage en vérifiant les spécifications du filetage, la profondeur du trou, le risque d'évacuation des copeaux et la capacité de l'outil à réaliser plusieurs diamètres de filetage.
Outils à rainurer et à contre-dépouille
Les contre-dépouilles et les rainures en T nécessitent souvent une fraise spéciale conçue pour accéder à l'arrière d'une paroi inaccessible à une fraise en bout. Les fraises à rainurer permettent de réaliser ces caractéristiques sans repositionner la pièce, ce qui réduit les coûts de réglage et les risques d'alignement.
Les scies à refendre permettent de réaliser des rainures profondes et étroites et peuvent également effectuer des opérations de tronçonnage dans certains processus de production. Les fraises à queue d'aronde créent des contre-dépouilles en queue d'aronde. Les fraises à rainurer, ou fraises de type Woodruff, sont utilisées pour des rainures de clavette spécifiques, là où une fraise en bout standard ne permet pas d'obtenir le profil adéquat.
Coupeurs spécialisés
Des outils de coupe spéciaux sont utilisés lorsque la géométrie ou les procédés traditionnels l'exigent, même dans les ateliers d'usinage CNC modernes. Les fraises à engrenages et les fraises à développante sont employées pour certaines caractéristiques d'engrenages lorsque le plan de processus le requiert. Nous les considérons comme des “ outils spécifiques ” plutôt que comme des outils de coupe à usage général.
Les fraises à surfacer, les fraises à profiler et les fraises creuses sont moins courantes dans l'usinage CNC quotidien, mais restent pertinentes dans certaines configurations. Connaître leur nom permet de les identifier sur les listes d'outillage et d'éviter de confondre un outil moderne inapproprié avec un autre.
Lectures complémentaires :types de porte-outils CNC
Matériaux et revêtements pour outils
Le choix du substrat et du revêtement de l'outil détermine les limites pratiques de la résistance à la chaleur, de la ténacité des arêtes et du taux d'usure en fraisage CNC. Nous comparons les matériaux en fonction du compromis entre ténacité, dureté à haute température et coût, car le matériau optimal dépend de l'usinage.
Les outils en acier au carbone constituent une option économique pour les travaux à faible vitesse. Ils ne sont généralement pas utilisés pour le fraisage CNC moderne à grande vitesse des métaux durs, mais on les retrouve encore dans des opérations simples où la chaleur n'est pas un facteur important.
L'acier rapide (HSS) offre une meilleure ténacité que le carbure et résiste bien aux chocs et aux vibrations. On privilégie souvent l'HSS lorsque la rigidité est faible, les séries sont petites ou que la pièce est tendre et que le coût du carbure n'est pas justifié.
Le carbure est le matériau de prédilection pour le fraisage CNC car il conserve sa dureté à haute température et permet des vitesses de coupe plus élevées. Cependant, il est moins tolérant aux vibrations et au faux-rond. Nous vérifions systématiquement la rigidité, l'état du porte-outil et le dépassement avant de conclure que le carbure sera plus performant que l'acier rapide.
Les outils en céramique, en CBN et en diamant sont destinés à des applications spécifiques où la chaleur et la dureté constituent les principaux défis. Ces outils exigent une maîtrise rigoureuse de la mise en place et du processus. Leur choix doit être guidé par le fournisseur, car leurs défaillances sont souvent soudaines.
Les revêtements permettent de résoudre les problèmes d'usure, de chaleur et d'adhérence des matériaux ; ils ne constituent pas des améliorations universelles. Parmi les revêtements courants, on trouve le TiN pour une protection générale contre l'usure, le TiCN pour une meilleure résistance à l'usure et l'AlTiN/TiAlN pour une résistance thermique accrue dans des conditions de coupe difficiles.
Nous privilégions la vérification du choix du revêtement en fonction du matériau de la pièce, du système de refroidissement et de la durée de vie cible de l'outil plutôt que de nous fier aux arguments marketing. Les catalogues des fournisseurs indiquent les options de revêtement, le nombre de cannelures et les plages de dureté ; ces informations doivent être confirmées en fonction de la configuration d'usinage réelle.
Facteurs géométriques et de configuration
La géométrie de l'outil et la rigidité de son montage déterminent la stabilité des forces de coupe et, au contraire, l'apparition de vibrations, de déviations et d'ébréchures. Nous analysons les principaux choix géométriques qui conditionnent la réussite de l'usinage, notamment pour les petits outils et les pièces profondes.
Comptage des cannelures et évacuation des copeaux
Le nombre de cannelures détermine l'équilibre entre l'espace d'évacuation des copeaux et la résistance du noyau. Un nombre réduit de cannelures offre des canaux plus larges pour les matériaux tendres qui produisent beaucoup de copeaux. Un plus grand nombre de cannelures accroît la rigidité et répartit la charge dans les matériaux plus durs où l'épaisseur des copeaux doit être maîtrisée.
L'évacuation des copeaux est une exigence du processus, et non une option. Si les copeaux ne peuvent pas s'évacuer de la coupe, la chaleur s'accumule et la durée de vie de l'outil chute drastiquement, quel que soit le matériau utilisé.
Diamètre de l'outil et rayons internes
Le diamètre de l'outil est limité par le plus petit rayon interne et la plus petite rainure de la pièce. Un outil de grand diamètre enlève plus de matière plus rapidement, mais ne peut pas accéder aux angles étroits. Une approche en deux étapes est souvent la plus efficace : ébauche avec un outil de grand diamètre, puis finition des angles avec un outil de plus petit diamètre.
Les congés et les angles rentrants sont essentiels car ils déterminent directement les diamètres de fraises adaptés. Nous le précisons dès le début du devis, car modifier le rayon d'un congé en CAO est souvent plus économique que d'utiliser un micro-outil fragile et d'accepter un temps de cycle plus long.
Stickout, Holders, and Runout
Le dépassement de l'outil, c'est-à-dire sa longueur au-delà du porte-outil, est une cause majeure de vibrations et de déviation. Utiliser un outil aussi court que possible améliore la finition et protège les arêtes de coupe, notamment avec le carbure.
Le faux-rond transforme un outil à plusieurs dents en un outil à une seule dent surchargé, car une seule arête effectue la majeure partie de la coupe. Avant d'incriminer l'outil pour une usure prématurée, nous vérifions la propreté du porte-outil, l'état de la pince et l'entretien du cône de la broche.
Liquide de refroidissement, chaleur et choc thermique
Votre stratégie d'arrosage doit être adaptée au matériau de l'outil et au cycle thermique de la coupe. Les coupes interrompues entraînent des cycles répétés de chauffage et de refroidissement de l'arête, ce qui peut provoquer des fissures thermiques. Selon l'outil et le matériau, un jet d'air comprimé ou un apport contrôlé de liquide de refroidissement peut s'avérer plus approprié.
La gestion de la chaleur est également un facteur important. Si les copeaux évacuent la chaleur et que la coupe reste nette, la durée de vie de l'outil est stable. En cas de recoupe des copeaux, le tranchant s'use rapidement, même avec des réglages conservateurs.
Un flux de travail pour prévenir les erreurs
Un processus de sélection d'outils cohérent réduit les rebuts en transformant le “ choix des outils ” en une série d'étapes vérifiables. Nous choisissons les outils dans le même ordre que la plupart des ateliers : d'abord le dressage et la définition des références, puis l'enlèvement de matière, la finition des pièces et enfin le conditionnement des arêtes.
Commencez par identifier chaque opération : surfaçage plan, fraisage de poches/parois, perçage ou forme spéciale/contre-dépouille. Attribuez ensuite la famille de fraises correspondante. Enfin, choisissez le diamètre, le nombre de dents et le revêtement.
Points de vérification à utiliser :
- Le rayon interne et la largeur de fente les plus faibles permettent d'obtenir les diamètres d'outils prévus.
- La rigidité de la structure permet de supporter le dépassement et le nombre de cannelures prévus.
- L'évacuation des copeaux est possible avec la stratégie de refroidissement/air et la géométrie de l'outil choisies.
- La liste des outils minimise les modifications sans imposer l'utilisation de micro-outils risqués.
Nous recommandons également d'ajouter une ligne “ spécifications d'outillage ” à la fiche de processus afin d'assurer la cohérence entre les commandes et la programmation. Cette ligne doit inclure le type d'outil, son diamètre, le nombre de goujures, leur longueur, sa longueur totale, son revêtement et le type de porte-outil.
Modes d'usure et de défaillance
Le contrôle de l'usure des outils est plus efficace lorsqu'on considère l'usure comme un signal d'alerte précoce, et non comme une rupture soudaine. Nous prévenons les temps d'arrêt en associant les schémas d'usure courants à la première action corrective qui permet généralement de les résoudre.
L'usure en dépouille est un phénomène d'abrasion normal qui indique qu'un outil a atteint sa durée de vie prévue. Plus l'usure en dépouille s'accentue, plus les forces de coupe augmentent et plus la finition se dégrade. Il est souvent préférable de procéder à un changement d'outil programmé plutôt que d'attendre la panne.
L'écaillage est généralement dû à des vibrations, des coupes interrompues ou un manque de rigidité. Avant de changer d'outil, vérifiez d'abord comment réduire le dépassement, contrôler les problèmes de porte-outil et de faux-rond, et ajustez la stratégie de coupe.
Le phénomène de bourrelet est fréquent avec les matériaux collants et engendre une finition médiocre et une coupe imprévisible. Améliorer l'évacuation des copeaux, utiliser une géométrie précise et choisir le bon revêtement permettent de stabiliser la coupe.
La fissuration thermique apparaît lorsqu'une arête alterne entre phases chaude et froide. Nous vérifions la stratégie de refroidissement et les conditions d'entrée/sortie, car le choix du fluide de refroidissement optimal dépend du matériau de l'outil, de la pièce et du profil de coupe.
Un rangement et une manipulation appropriés sont également essentiels. Les lames en carbure s'ébrèchent facilement lorsque les outils s'entrechoquent. Des rangements, des étuis et des porte-outils propres protègent le tranchant et contribuent à limiter le faux-rond.
Conclusion
Chez Yonglihao Machinery, nous savons que les performances des outils de fraisage CNC dépendent d'une parfaite adéquation entre la famille d'outils, le matériau et la rigidité de la machine, et les caractéristiques de la pièce et le comportement des copeaux. Pour obtenir les meilleurs résultats, il est essentiel de choisir d'abord le type de fraise approprié, puis d'optimiser la géométrie et le revêtement en fonction du risque de coupe spécifique.
Le choix des outils peut se résumer à un processus professionnel et reproductible : définir l’opération, sélectionner la famille de fraises, contraindre le diamètre par la géométrie, contrôler rigoureusement le dépassement et le faux-rond, et vérifier l’évacuation des copeaux. Cette méthode rigoureuse réduit les approximations, garantit des états de surface constants et rend la durée de vie des outils prévisible.
En tant que professionnel fabricant de prototypes, Yonglihao Machinery s'engage à vous fournir le plus haut niveau de Usinage CNC et services de fraisage. Que votre projet exige des géométries complexes ou un contrôle de tolérancement précis, nous possédons l'expérience et la technologie nécessaires pour le concrétiser. Si vous recherchez un partenaire d'usinage fiable, contactez-nous dès aujourd'hui et laissez notre savoir-faire exceptionnel garantir la réussite de votre prochain projet !
Lire la suite : Comment sélectionner les outils de coupe pour l'usinage CNC ?
FAQ
Quels sont les outils de fraisage CNC les plus courants ?
Les fraises en bout, les fraises à surfacer et les forets sont les outils les plus courants, car la plupart des pièces nécessitent un surfaçage, un fraisage de poches et un perçage. Une liste d'outils typique comprend également un outil à chanfreiner pour les arêtes et un taraud ou une fraise à fileter. La variété des outils augmente lorsque les pièces présentent des contre-dépouilles, des rainures de clavette ou des formes spéciales.
Fraisage en bout vs. fraisage frontal : quelle est la différence ?
Le fraisage en bout utilise l'extrémité et le côté d'une fraise pour usiner des poches, des parois et des profils. Le surfaçage en surface enlève de la matière sur une grande surface plane à l'aide d'une fraise à surfacer. Le choix dépend de la nature de l'élément principal : une large surface plane ou une poche ou une paroi.
Comment choisir le nombre de cannelures pour l'aluminium par rapport à l'acier ?
L'aluminium nécessite souvent moins de goujures pour optimiser l'évacuation des copeaux et limiter leur soudage. L'acier et les alliages plus durs requièrent généralement davantage de goujures pour accroître la rigidité de l'outil et répartir l'effort de coupe. Le choix optimal dépend toutefois de l'évacuation des copeaux et de la rigidité recherchées ; il est donc essentiel de toujours vérifier le nombre de goujures.
Quand dois-je utiliser un alésoir plutôt qu'un foret ?
Utilisez un alésoir lorsque le diamètre et l'état de surface du trou doivent être plus précis qu'avec un foret. Le perçage crée le trou, mais l'alésage permet d'obtenir le diamètre final et une meilleure finition. L'alésage doit être effectué en deuxième étape, après le perçage.
Taraud ou fraise à fileter : lequel est le plus sûr ?
Les fraises à fileter peuvent s'avérer plus sûres lorsque la maîtrise des copeaux, la qualité du filetage ou la rupture de l'outil sont des points importants. La trajectoire de l'outil est contrôlable et le risque de grippage est moindre qu'avec un taraud. Les tarauds sont rapides, mais sensibles au diamètre du trou, au matériau et à l'évacuation des copeaux. Le choix le plus approprié dépend de l'application.
Comment puis-je réduire les changements d'outils sans risque ?
Pour limiter les changements d'outillage, concevez les pièces avec des outils de dimensions standard et des rayons de courbure internes raisonnables. Les outils de grande taille permettent un ébauche rapide, tandis que les outils de petite taille servent uniquement à la finition des angles aigus qui le nécessitent. Planifiez l'outillage de manière à minimiser l'utilisation de micro-outils, sauf si une caractéristique l'exige absolument.
