Jusheng

Imaginons qu'un ingénieur d'atelier usine un lot de pièces CNC personnalisées à l'aide d'une fraiseuse à surfacer sur une machine CNC : une bride de 20 mm d'épaisseur en acier de calibre 45. Il hésite entre une coupe de 10 mm ou deux de 5 mm. Une coupe trop profonde entraîne un écaillage de l'outil, et une coupe trop superficielle est trop chronophage.

C'est un problème que rencontrent quotidiennement la plupart des professionnels de l'usinage CNC. Cet article, fruit de l'expertise de JS, apporte une réponse complète à la question : « Quelle profondeur de coupe une fraise à surfacer peut-elle ? » Il met en garde les lecteurs contre les principaux facteurs influençant la profondeur de coupe, optimise les paramètres de coupe et sélectionne le procédé de fraisage approprié pour améliorer la qualité et l'efficacité de l'usinage.

Résumé de la réponse principale

Pourquoi mettre en avant l'expérience de JS avec les fraises à surfacer en main ?

Avec des clients visitant JS pour passer des commandes de pièces de fraisage CNC industrielles robustes mesurant 3 mètres de diamètre, ou nécessitant des services de fraisage CNC en ligne rapides pour des pièces en alliage d'aluminium, JS Precision Manufacturing est toujours prêt à agir de toute urgence.

Nous possédons plus de 10 ans d'expérience dans la fabrication de fraisages CNC sur mesure, notamment le surfaçage sur une large gamme de matériaux, de l'acier doux et inoxydable au titane et aux alliages d'aluminium . Nous avons fabriqué des composants d'une grande précision avec des tolérances de planéité de 0,1 mm et réparé des composants massifs de 50 tonnes.

Nos ingénieurs possèdent une vaste expérience du comportement de différents types de fraiseuses à surfacer et sont capables de définir avec précision la planification de la profondeur de coupe en fonction de la capacité de la machine et du matériau de la pièce.

Ce livre est une compilation de nos innombrables expériences pratiques de fraisage CNC en atelier, et chaque recommandation a été testée sur le terrain et validée dans notre atelier, vous pouvez donc compter sur son professionnalisme et sa facilité d'utilisation.

Si vous avez besoin de pièces usinées CNC, JS propose des solutions innovantes et une assistance complète grâce à son expertise en fabrication sur site. Grâce à nos fraiseuses à surfacer performantes, nous pouvons vous aider à prévenir les problèmes d'usinage et à réduire les délais.

Fraise à surfacer : plus que de l'acier, une adéquation précise entre technologie et matériau

En fraisage CNC, le choix de la fraise à surfacer a une incidence directe sur la profondeur de coupe et la qualité de l'usinage. Chaque fraise à surfacer est adaptée à des applications spécifiques et à diverses applications, comme illustré ci-dessous :

Fraise à grande avance (Le démon de la vitesse)

Conçue pour des vitesses élevées, sa géométrie de plaquette permet des débits d'enlèvement de matière élevés à faible profondeur de coupe (Ap = 0,5-2 mm). Elle est utilisable pour l'ébauche et la finition sur des machines relativement rigides, réduisant ainsi les efforts de coupe et les vibrations.

Fraise à surfacer à 45 degrés (la polyvalente)

Il s'agit d'une fraise à surfacer universelle pour le fraisage CNC. Avec un angle d'attaque de 45°, une force de coupe symétrique et la possibilité de couper la fonte, l'acier et les alliages d'aluminium, sa profondeur de coupe peut atteindre 15 à 25 % du diamètre de l'outil (par exemple, 24 à 40 mm avec un outil de φ160 mm), en plus de prendre en charge l'ébauche, l'enlèvement de matière et la semi-finition.

Fraise à surfacer à épaulement carré (The Precision Master)

Fraise précise pour des surfaces étagées à 90 degrés, sans planéité ni défaut de perpendicularité. Son racleur de bord améliore l'état de surface . Elle est adaptée aux coupes de finition dont la profondeur de coupe maximale est de 10 à 20 % du diamètre de l'outil (par exemple, 20 à 40 mm pour une fraise de 200 mm de diamètre). Elle est largement utilisée pour l'usinage CNC de haute précision.

Options de niche : fraise à plaquettes circulaires et fraise à bords ondulés

Les fraises à plaquettes circulaires possèdent de longues arêtes de coupe permettant une extension des forces de coupe, ce qui les rend particulièrement adaptées aux matériaux durs comme l'acier inoxydable. Leur profondeur de coupe maximale atteint au mieux 80 % du rayon de la plaquette.

Les fraises Wave-Edge sont conçues exclusivement pour la coupe d'alliages d'aluminium et disposent d'une large poche à copeaux pour éviter le colmatage et d'une profondeur maximale de 1 à 1,5 fois le diamètre de l'outil, ce qui en fait un outil de coupe idéal pour le fraisage CNC d'alliages d'aluminium.

Pour la fabrication de fraiseuses CNC sur mesure , le choix de la fraiseuse à surfacer appropriée est essentiel à la réussite. JS propose des services complets, de la sélection à l'usinage. N'hésitez pas à nous contacter pour plus d'informations sur nos services de fraisage CNC en ligne.

Le mystère de la profondeur : quatre principes influençant la profondeur de fraisage (Ap)

Principe 1 : Le diamètre de l'outil est la base

Plus le diamètre est grand, plus la force de coupe peut être supportée et plus la profondeur de coupe maximale est grande (meilleure rigidité du corps de la fraise et répartition uniforme de la force).

Par exemple, une fraise à surfacer de 200 mm de diamètre usinant de l'acier de nuance 45 a une profondeur de coupe maximale de 30 à 50 mm, tandis qu'une fraise à surfacer de 100 mm de diamètre a une profondeur de coupe maximale de 15 à 25 mm. La surcharge doit être prise en compte en fonction de la capacité de la machine-outil.

Principe 2 : La puissance et la rigidité des machines-outils sont les plafonds

La puissance est directement responsable de la capacité à réaliser des coupes profondes. Un manque de puissance est limité et peut entraîner une surcharge, un calage ou des vibrations.

Par exemple, une machine de 10 kW avec une fraise à surfacer de 160 mm de diamètre coupant de l'acier de nuance 45 peut gérer une profondeur de coupe maximale de 5 mm ou moins, une machine de 20 kW peut gérer une profondeur de coupe maximale de 8 à 10 mm.

Une faible rigidité des machines-outils peut exacerber les vibrations à de grandes profondeurs de coupe, altérant ainsi la qualité de l'usinage.

Principe 3 : La dureté du matériau de la pièce est une limitation

Plus le matériau est dur, plus la résistance à la coupe est grande et plus la profondeur de coupe maximale est faible.

Par exemple, pour l'usinage d'acier doux HRC20-30, il est possible d'usiner 20 mm avec une fraise à surfacer à épaulement carré. Pour l'usinage d'acier allié HRC40-50, avec le même outil, la profondeur de coupe maximale doit être réduite à 5-8 mm afin de ne pas endommager la plaquette.

Principe 4 : La géométrie et la nuance des inserts sont cruciales

La lame à rainures larges offre un grand espace pour les copeaux et convient aux coupes profondes. La lame à rainures étroites est idéale pour les coupes superficielles, les coupes profondes et les avances élevées.

La profondeur de coupe maximale des lames en alliage dur est de 30 à 50 % supérieure à celle de l'acier rapide. Lors du traitement de matériaux à haute dureté avec des lames en céramique, la capacité de profondeur de coupe est augmentée d'environ 20 % par rapport aux alliages durs.

Le tableau ci-dessous montre comment les quatre règles de base affectent la profondeur de fraisage et comment les corriger :

Le service de fraisage CNC en ligne de JS calculera d'abord la puissance de votre machine, le matériau de la pièce et d'autres aspects pour concevoir un plan de profondeur de coupe de fraisage de face raisonnable pour vous, avec un processus d'usinage stable et efficace et vous aidant à produire avec succès des pièces de fraisage CNC.

Comment atteindre en toute sécurité une profondeur de coupe maximale lors de coupes lourdes ?

Les coupes profondes avec des profondeurs de coupe élevées présentent des risques importants, et trois points doivent être pris en compte en priorité absolue :

La stabilité d'abord

La stabilité est une condition préalable à la coupe lourde :

• Pour garantir un serrage sûr de la pièce, utilisez des dispositifs spéciaux ou des plaques de pression pour assurer une pression de serrage optimale et empêcher tout mouvement de la pièce pendant l'usinage.
• Vérifier le jeu entre les rails de guidage de la machine-outil. Éliminer tout jeu excessif afin d'éviter les vibrations pendant la coupe.
• Gardez la rallonge de l'outil aussi courte que possible. Une rallonge plus longue réduit la rigidité de l'outil et augmente le risque de vibrations.

Par exemple, lors de l'usinage d'acier de 50 mm d'épaisseur, maintenez l'extension de la fraise à surfacer à 1,5 fois le diamètre de l'outil pour une stabilité optimale.

Sélection d'outils

Pour les coupes profondes, utilisez une fraise à surfacer résistante aux chocs et rigide. Il est recommandé d'utiliser un corps de fraise en carbure monobloc, plus de 50 % plus rigide que les fraises soudées . Pour les plaquettes, privilégiez un carbure à grain ultra-fin offrant une bonne ténacité afin de résister aux efforts de coupe élevés.

Le diamètre de l'outil de coupe doit être adapté à la taille de la pièce. Par exemple, pour usiner une pièce d'un mètre de diamètre, il est conseillé d'utiliser une fraise à surfacer de 250 à 315 mm de diamètre afin de permettre une coupe profonde et de minimiser le nombre de passes.

Stratégie de trajectoire (utilisation du fraisage en plongée ou du fraisage trochoïdal)

Le fraisage alternatif conventionnel concentre les forces de coupe à des profondeurs de coupe importantes, ce qui provoque des vibrations. Le fraisage en plongée et le fraisage trochoïdal permettent de remédier efficacement à ce problème.

Le fraisage en plongée consiste à appliquer la force de coupe vers le bas le long de l'axe Z, en alignant la broche de la machine-outil. Cette machine-outil, dotée d'une rigidité optimale, est particulièrement adaptée à l'usinage de cavités profondes ou de surfaces étagées , avec une profondeur de coupe maximale pouvant atteindre deux fois le diamètre de l'outil.

Le fraisage trochoïdal utilise un mouvement de coupe hélicoïdal, diminuant la zone de contact de coupe et répartissant les forces de coupe, minimisant l'usure de l'outil et efficace pour les profondeurs de coupe importantes dans les matériaux durs.

Le cœur des paramètres de coupe : trouver le rapport idéal entre profondeur de coupe, avance et vitesse

En surfaçage, la profondeur de coupe (Ap), l'avance (F) et la vitesse (S) sont interdépendantes et nécessitent un rapport optimal. Ce rapport est défini comme suit :

Profondeur de coupe (Ap) et largeur radiale de coupe (Ae)

Le taux d'enlèvement de matière (TEM) a un effet direct sur l'efficacité de l'usinage, et Ap et Ae en sont des composantes importantes. Un Ap plus grand entraîne un TEM plus élevé, tout comme les forces de coupe . Ae représente la largeur du contact radial entre l'outil et la pièce, tandis qu'un Ae plus grand correspond à une coupe plus importante par tour.

Lors de l'usinage de pièces en acier avec une fraise à surfacer de 200 mm avec Ap = 10 mm, Ae = 100 mm et F = 1 000 mm/min , le MRR est de 1 000 000 mm³/min. Si Ap est porté à 20 mm, le MRR double, garantissant ainsi une puissance machine suffisante.

Avance par dent (fz)

L'avance par dent fait référence à la quantité de distance coupée par tour de lame, influençant directement la force de coupe et la finition de surface.

• Un fz élevé (0,2-0,5 mm/dent) génère une force de coupe élevée et est particulièrement adapté à l'ébauche (par exemple, une fraise à grande avance avec un fz de 0,5 mm/dent pour le fraisage de l'acier).
• Un fz faible (0,1-0,2 mm/dent) génère une excellente finition de surface et est particulièrement adapté à la finition (par exemple, une fraise à surfacer à épaulement carré avec un fz de 0,15 mm/dent pour la finition).

Vitesse de coupe (Vc)

La vitesse de coupe correspond au mouvement linéaire de l'arête de coupe de l'outil et est étroitement liée à sa durée de vie. Une Vc élevée entraîne une usure excessive, tandis qu'une Vc faible entraîne un usinage inefficace. Pour les alliages d'aluminium, Vc = 300-500 m/min, pour l'acier de nuance 45, Vc = 100-200 m/min, et pour l'acier inoxydable, Vc = 80-120 m/min.

La règle d'or : « Avance élevée avec faible profondeur de coupe, profondeur de coupe élevée avec avance moyenne-faible. »

Cette règle est basée sur des centaines d’opérations de fraisage CNC .

• Une avance élevée avec une faible profondeur de coupe, par exemple Ap = 1-2 mm et fz = 0,4-0,6 mm/dent, peut réduire les forces de coupe tout en améliorant l'efficacité et peut être utilisée sur des machines-outils de rigidité normale.
• Une profondeur de coupe élevée avec une avance moyenne à faible, par exemple Ap = 15-20 mm et fz = 0,15-0,25 mm/dent, peut éviter les vibrations causées par des forces de coupe excessives et convient aux machines-outils à haute rigidité.

Le tableau suivant fournit une référence pour l'avance et la vitesse à différentes profondeurs de coupe (pour l'usinage de l'acier 45# à l'aide d'une fraise à surfacer en carbure φ160 mm) :

Les services d'usinage CNC en ligne de JS personnalisent la profondeur de coupe, l'avance et le rapport de vitesse en fonction de votre application d'usinage, conformément à la règle d'or, et vous proposent des tarifs d'usinage CNC transparents. La création de devis et la commande sont simples. Il vous suffit de nous fournir les plans des pièces et nous élaborerons rapidement un plan.

Le surfaçage n'est pas une panacée : quand avez-vous un procédé de surfaçage alternatif à utiliser ?

Le surfaçage est plus adapté à l'usinage de surfaces planes. D'autres opérations sont nécessaires pour les cavités profondes et les contours complexes.

Le tableau ci-dessous donne une comparaison du surfaçage et d’autres procédés de fraisage :

JS propose non seulement le surfaçage, mais également plusieurs autres opérations telles que le fraisage de poches, le fraisage de contours et le fraisage en plongée. Nous pouvons sélectionner le procédé optimal en fonction des caractéristiques structurelles de vos pièces usinées CNC et créer une solution de fabrication CNC sur mesure pour un usinage plus rapide et plus précis.

Étude de cas : La renaissance d'un anneau inférieur de turbine géant – Une course contre la montre en surfaçage

Le dilemme du client

L'une des centrales hydroélectriques a remplacé un anneau inférieur en acier moulé de 8 mètres de diamètre et de 50 tonnes (ZG270-500). La planéité requise était ≤ 0,2 mm et le temps de rotation était de 72 heures.

Le client a initialement utilisé une grande fraise à épauler carrée (Ap = 8 mm, fz = 0,3 mm/dent, Vc = 120 m/min). Les efforts de coupe importants (15 kN) ont entraîné un déplacement de la pièce et un écaillage de l'arête de coupe. L'usinage a duré 96 heures, dépassant largement le calendrier prévu, et chaque heure a coûté des dizaines de milliers de dollars .

La solution innovante de JS

Face au dilemme du client, JS Precision Machining a créé une approche combinée de « fraisage à grande avance + finition d'épaulement carré de grand diamètre » et d'optimisation du serrage et des paramètres.

Optimisation du serrage :

Nous avons utilisé huit pinces hydrauliques pour fixer fermement la bague inférieure sur la table de la machine , avec une pression de 50 kN par pince, afin d'éviter tout déplacement nul pendant l'usinage. Nous avons également utilisé des cales de même hauteur sous la bague inférieure pour éviter toute déformation de la pièce.

Étape d'ébauche :

Nous avons sélectionné une fraise à grande avance de φ250 mm, dotée de plaquettes en carbure à grain ultra-fin. Nous avons opté pour une faible profondeur de coupe, une avance extrêmement élevée, une coupe sur toute l'arête, une vitesse de coupe de Vc = 180 m/min et une vitesse de broche de S = 229 tr/min.

Finition Srage:

Une fraise à surfacer carrée de φ315 mm, équipée d'une lame de raclage à rectification fine, a été utilisée. Les paramètres utilisés étaient une faible profondeur de coupe, un faible pas et une avance moyenne à grande vitesse, soit Vc = 200 m/min, S = 202 tr/min et fz = 0,2 mm/dent.

Résultats finaux

L'ensemble du processus d'usinage a été réalisé en seulement 64 heures, livré huit heures à l'avance, permettant au client d'économiser des centaines de milliers de dollars de temps perdu. La durée de vie de la fraise à grande avance était de 12 heures et celle de la fraise à épaulement carré de 8 heures, soit plus que les 5 heures exigées par le client.

Ce cas démontre clairement que la « profondeur de coupe maximale » n’est pas l’objectif, mais que le « taux d’enlèvement de métal optimal » et la « fiabilité du processus » sont les clés du succès du fraisage CNC.

FAQ

Q1 : La profondeur de coupe lors du fraisage des alliages d'aluminium peut-elle être augmentée ?

Oui. La force de coupe des alliages d'aluminium est environ trois fois inférieure à celle de l'acier, ce qui réduit la puissance de coupe. Des outils en aluminium, comme les fraises à arêtes ondulées, peuvent être utilisés. Elles possèdent de larges goujures qui ne s'accumulent pas et permettent d'atteindre une profondeur de coupe maximale de 1 à 1,5 fois le diamètre de l'outil (par exemple, 100 à 150 mm pour un outil de φ100 mm).

Q2 : La puissance de la machine limite-t-elle la profondeur de coupe ?

Oui, la puissance de la machine limite directement la profondeur de coupe maximale. Elle détermine la capacité à supporter les efforts de coupe. Une augmentation forcée de la profondeur de coupe, lorsqu'elle est insuffisante, peut entraîner une surcharge, un arrêt et des dommages à la broche. Avant de déterminer la profondeur de coupe, il est nécessaire de vérifier la puissance nominale de la machine-outil.

Q3 : Comment savoir si ma profondeur de coupe est excessive ?

Notez quatre signes significatifs :

• Un grondement sourd ou une vibration métal sur métal de la machine indique que les forces de coupe dépassent la capacité de la machine.
• Écaillage de l'insert (usure anormale) avant sa durée de service prévue.
• Marques de broutage sur la surface de travail du composant usiné.
• Puce de couleur foncée (surchauffe). Si l'un de ces phénomènes se produit, réduisez Ap ou réoptimisez d'autres paramètres.

Q4 : Dois-je utiliser une profondeur de coupe en une seule passe ou un fraisage en couches ?

Cela dépend de la dureté du matériau de la pièce et de la surépaisseur d'usinage. Pour les matériaux très durs (par exemple, HRC40 + acier allié) ou présentant des surépaisseurs supérieures à 15 mm, le fraisage en couches sera plus efficace. Pour les matériaux tendres tels que le cuivre et les alliages d'aluminium, avec un enlèvement de matière ≤ 5 mm, une seule profondeur de passe est plus efficace et peut également réduire le coût de l'usinage CNC.

Résumé

La profondeur de coupe d'une fraise à surfacer est bien plus qu'une simple réponse numérique. C'est un équilibre complexe entre la technologie des outils, les capacités des machines, les propriétés des matériaux et la connaissance des procédés. Seule la compréhension de la science sous-jacente et la maîtrise de l'équilibrage des paramètres vous permettront de transformer votre centre d'usinage en un véritable outil de production.

JS possède une vaste expérience dans le fraisage CNC depuis des décennies et peut vous fournir un soutien professionnel, qu'il s'agisse de sélectionner une fraiseuse à surfacer appropriée, de déterminer les paramètres de coupe optimaux ou de relever le défi de l'usinage de grandes pièces.

Notre processus de service de fraisage CNC en ligne simple et notre prix de fraisage CNC transparent nous permettent de vous aider à créer des solutions efficaces à de nombreux problèmes de profondeur de fraisage et d'usinage pour des pièces de fraisage CNC sûres et efficaces.