Services de fraisage et de tournage CNC : Sélection stratégique des outils de coupe pour un usinage unifié et à haut rendement

Grâce aux services de fraisage et de tournage CNC , les concepteurs peuvent pleinement optimiser la conception, choisir les matériaux et respecter les tolérances. Cependant, un aspect crucial, souvent sous-estimé, réside dans la broche de la machine-outil : l’outil de coupe.

Choisir arbitrairement des outils de coupe revient à faire concourir des sprinteurs avec des chaussures en cuir : cela limite non seulement leurs performances, mais engendre aussi des risques cachés de dépassements de coûts et de problèmes de qualité. Le véritable avantage concurrentiel réside dans la prise de conscience que les outils de coupe ne sont pas des consommables, mais des actifs.

Dans cet article, nous examinerons ce que font aujourd'hui les meilleures entreprises de fraisage CNC pour utiliser des méthodes d'outillage scientifiques afin de transformer vos plans en produits parfaitement réalisés.

Vous verrez comment une connaissance pratique des outils du métier, tels qu'ils sont utilisés chez JS Precision, est mise en œuvre tout au long du processus de fraisage et de tournage CNC afin de donner à votre projet le démarrage rapide qu'il mérite dès le départ.

Résumé des réponses clés

Points clés à retenir

1. Le processus d'outillage représente le lien essentiel de l'ingénierie qui relie l'intention de conception au résultat physique final du produit fabriqué, influençant considérablement le coût, la qualité et le délai de livraison .

2. Choisir une approche stratégique ne se limite pas à un simple achat sur catalogue, car cela implique une coordination minutieuse entre la science des matériaux, la dynamique des machines-outils et les processus d'usinage.

3. Une communication précoce entre les parties concernées et les fournisseurs concernant les solutions au problème de l'outillage est l'un des meilleurs moyens d'optimiser le coût global lié aux services de fraisage et d'usinage CNC .

4. Les meilleurs fournisseurs rendent l'expérience prévisible et reproductible pour obtenir un avantage concurrentiel en créant des bases de données d'outils et des bases de connaissances des processus.

Expérience JS Precision : Stratégie d’outillage efficace pour le fraisage et le tournage CNC

Dans la fabrication de précision, la précision et l'efficacité du fraisage CNC dépendent toutes deux largement du professionnalisme de la stratégie d'outillage.

Forte de plus d'une décennie d'expérience dans les services de fraisage et de tournage CNC, JS Precision propose une personnalisation professionnelle d'outillage à plus de 500 clients dans des secteurs de pointe tels que l'aérospatiale, le traitement médical et les nouvelles énergies.

Nous avons réalisé plus de 1 000 projets d'usinage par lots de pièces complexes. Notre efficacité d'usinage a été améliorée de plus de 30 % en moyenne, tout en maintenant le taux de défauts en dessous de 0,5 %.

Nos principaux atouts reposent sur trois piliers :

• Base de données exclusive d'outillage et de processus, entièrement conforme à la norme ISO 13399 , intégrant les paramètres d'usinage de plus de 1000 pièces de matériaux et de caractéristiques différents , garantissant une correspondance rapide avec la solution d'outillage la plus appropriée.
• Une collaboration étroite avec les principaux fournisseurs mondiaux d'outillage permet un accès rapide à un support d'outillage personnalisé et au développement d'outils spéciaux pour des pièces spécifiques.
• De la conception initiale de la solution et de l'optimisation des paramètres à moyen terme jusqu'à la surveillance de l'usure après traitement, les services complets de gestion d'outillage permettent un contrôle des coûts de bout en bout sur l'ensemble du cycle de vie.

Dans le cadre d'un projet d'usinage de composants structuraux en alliage de titane pour un client du secteur aérospatial, la solution d'outillage générique d'origine a entraîné un cycle d'usinage de 12 heures par pièce et une usure importante des outils.

JS Precision a choisi des outils revêtus de TiAlN personnalisés, associés à des paramètres de coupe optimisés et à des stratégies de fraisage dynamiques , parvenant ainsi à réduire le cycle d'usinage à 7 heures par pièce, à doubler la durée de vie de l'outil et à réduire le coût global par pièce de 40 %.

Vous souhaitez optimiser l'efficacité et le coût de votre projet d'usinage CNC ? Contactez dès maintenant l'équipe d'ingénierie de JS Precision, soumettez vos plans et exigences d'usinage, et recevez gratuitement une solution d'outillage personnalisée ainsi qu'un rapport d'estimation des coûts.

Pourquoi l'outillage stratégique est-il au cœur des services de fraisage et de tournage CNC ?

L'outillage est bien plus qu'un simple « outil de coupe ». Dans les services de fraisage et de tournage CNC de haute précision, il constitue le principal lien entre la réalisation d'un objectif souhaité et la conception réelle.

Le choix des outils appropriés exige une parfaite adéquation entre la géométrie, les revêtements et les matériaux, et les besoins spécifiques en matière de fonctionnalité et de précision. Négliger cet aspect est déterminant pour l'efficacité du processus, tant en termes de coûts et de qualité que de potentiel, même pour les tours et fraiseuses CNC les plus performantes.

Dimension de qualité : L'outillage est la garantie directe de la précision

L'outillage fait référence à des matériaux d'outillage inappropriés qui peuvent entraîner des vibrations, une déviation de l'outil ou d'autres problèmes provoquant des erreurs de dimensionnement ou des irrégularités de surface.

L'utilisation d'outillage performant, avec une géométrie de goujure optimisée, un matériau robuste ou des revêtements spéciaux, permet d'éviter les difficultés de coupe et d' améliorer ainsi la précision dimensionnelle et la qualité de surface des pièces usinées par CNC. Pour l'usinage d'engrenages, des outils revêtus de haute précision sont utilisés afin de maintenir la rugosité de surface des dents en dessous de Ra 0,8 µm.

Dimension coût : Les outils haute performance offrent un meilleur rapport coût-efficacité

Bien que les outils de mauvaise qualité soient moins coûteux en termes de prix unitaire, leur taux d'usure est élevé et leur vitesse de traitement est lente.

Les outils de coupe haute performance sont coûteux, mais des vitesses d'avance élevées, une longue durée de vie des outils et un taux de réussite élevé dès la première pièce permettent de réduire les coûts d'usinage globaux. On constate ainsi que des outils de haute qualité augmentent l'efficacité d'usinage de plus de 30 % et peuvent réduire les coûts globaux de 25 à 35 %.

Dimension d'efficacité : Réduction du temps hors découpe pour une productivité accrue

Les porte-outils modulaires à changement rapide, les systèmes de réglage d'outils de précision et une gestion optimisée de la durée de vie des outils contribuent à réduire les temps d'arrêt des machines-outils, un facteur crucial pour l'usinage automatisé et la livraison urgente des commandes . À cet égard, un système d'outillage modulaire permet de ramener le temps de changement d'outil de 15 à 3 minutes.

Figure 1 : différents types de fraises

Comment obtenir des tolérances serrées avec vos services de fraisage et de tournage CNC ?

L'obtention de tolérances de ±0,01 mm et plus constitue l'essence même des services de fraisage et de tournage CNC. Cela dépend également de la précision des machines-outils et, de surcroît, des stratégies d'outillage . Seule l'optimisation conjointe des outils de coupe, des procédés et des environnements permet d'atteindre la précision exigée par la fabrication de pointe.

Résistance à la déformation par force de coupe : la rigidité est le fondement de la précision

Les pièces de haute précision nécessitent un usinage conforme à la norme ANSI/ASME B94.19 , avec l'utilisation d' outils de coupe courts et robustes. Pour l'usinage de cavités profondes, il est indispensable d'utiliser un porte-outil à équilibrage dynamique et amortissement des vibrations. Par exemple, pour l'usinage d'un alésage dix fois plus grand que la pièce à usiner, l'erreur de rectitude peut être limitée à 0,005 mm/m.

Techniques de microlubrification et de refroidissement : gestion de la température pour des performances fiables

Lors de l'usinage de matériaux difficiles à usiner comme les alliages de titane et l'acier inoxydable, les fluides d'usinage courants manquent d'efficacité pour atteindre l'arête de coupe.

L'utilisation de l'usinage par brumisation ou du refroidissement interne haute pression, ainsi que des revêtements d'usinage, permet un contrôle efficace des températures et des déformations thermiques. Le refroidissement interne haute pression peut réduire les températures d'usinage de plus de 40 % afin de garantir une précision d'usinage constante.

Gestion prédictive de l'usure des outils : éviter les risques liés à la précision à l'avance

La dérive de précision peut être considérée comme une conséquence de l'usure de l'outil. Les meilleurs fabricants de fraiseuses CNC ont développé des modèles de prédiction de la durée de vie des machines grâce à l'analyse des données de coupe. La capacité de JS Precision à surveiller ces données permet de maintenir une précision de ±0,002 mm.

Vous recherchez des tolérances optimales ? Contactez JS Precision via notre service d’assistance téléphonique et indiquez-nous les tolérances et le matériau souhaités. Un rapport d’analyse DFM gratuit vous sera fourni afin de vous aider à définir une stratégie d’outillage et de processus permettant de maintenir des tolérances optimales.

L'importance des matériaux : comment les principaux fabricants de fraisage CNC adaptent leurs outils à leurs besoins.

Chaque matériau requiert des outils très différents, rendant les approches généralisées inadaptées. Les entreprises performantes en fraisage CNC possèdent leurs propres solutions. Voici les principaux points à prendre en compte pour l'usinage des trois matériaux les plus courants :

Alliages d'aluminium : à la recherche de l'efficacité et de la finition de surface

Les alliages d'aluminium présentent une viscosité élevée et nécessitent donc des outils dotés d'angles de coupe importants et d'un espace d'évacuation des copeaux conséquent. L'ajout d'un revêtement de polissage AlCrN pour prévenir la formation d'arêtes rapportées permet d'obtenir un taux d'enlèvement de matière élevé et une surface hautement polie , réduisant ainsi de 30 % le cycle d'usinage des jantes en alliage d'aluminium dans le secteur automobile.

Aciers inoxydables et alliages haute température : répondre aux exigences de résistance et de résilience

On constate que l'acier inoxydable et les alliages haute température présentent à la fois dureté et ténacité. De ce fait, l'usinage requiert des outils hautement résistants à la chaleur et à l'usure. L'utilisation d'une matrice en carbure cémenté à grains fins, revêtue de TiAlN/AlTiN et dotée d'arêtes de coupe, s'avère très efficace et permet un usinage performant des implants médicaux en acier inoxydable 316L.

Matériau composite : Bord de coupe spécialisé anti-délaminage

Les composites en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) sont très abrasifs et présentent une faible résistance interlaminaire ; l’utilisation d’une fraise spéciale à revêtement PCD est donc indispensable. L’utilisation d’arêtes vives facilite la coupe des fibres. Dans l’ industrie aérospatiale , le taux de réduction des rebuts peut passer de 15 % à moins de 2 % .

Figure 2 Fraise revêtue de TiAlN

Paramètres clés et stratégies pour des services d'usinage et de fraisage CNC optimisés

La coordination des paramètres d'outillage essentiels est primordiale pour une optimisation optimale des services de fraisage et d'usinage CNC. Une combinaison judicieuse de stratégies est nécessaire pour garantir un équilibre entre efficacité, qualité et coût.

Équilibrer la quantité et la flexibilité des outils

La gestion d'une importante collection d'outils est onéreuse. L'approche actuelle consiste à créer un outil de base flexible, capable de s'adapter à la plupart des exigences spécifiques grâce à des têtes interchangeables, des rallonges, etc., et permettant une production diversifiée et en petites séries . Cette approche de JS Precision permet de réduire les stocks d'outils jusqu'à 40 % et de couvrir plus de 95 % des besoins d'usinage.

Optimisation coordonnée de la vitesse d'avance et de la vitesse de broche

Augmenter la vitesse de broche ne garantit pas une amélioration du rendement. Il est nécessaire de régler les paramètres de manière concertée afin d'obtenir une vitesse de coupe et une avance par dent optimales.

La coupe à grande vitesse utilise une faible profondeur de passe et une avance élevée , grâce à des outils à haute rigidité et aux performances dynamiques de la machine-outil. Elle permet ainsi d'améliorer l'efficacité de 40 % dans l'usinage des aciers à outils.

Gestion et simulation des outils numériques

L'intégration de modèles 3D d'outils avec valeurs de compensation dans le système FAO et la machine-outil permet une simulation virtuelle d'évitement des collisions. La gestion numérique des stocks et de la durée de vie des outils est assurée pour un approvisionnement et un remplacement précis, une norme en usinage moderne . Le temps d'essai de coupe est réduit de 60 % et les dommages matériels sont évités.

Quels types de pièces nécessitent la synergie du fraisage et du tournage CNC ?

Pour les pièces complexes comportant un corps en rotation et un contour irrégulier, l'effet synergique du fraisage et du tournage CNC (fraisage et tournage composites) est très important, ce qui permet d'améliorer considérablement la précision et l'efficacité de l'usinage.

Corps de vannes et connecteurs de haute précision

Les corps de vannes et les raccords de haute précision présentent souvent des systèmes de perçage excentrés et des rainures complexes en face d'extrémité. Un centre d'usinage combinant tournage et fraisage permet de réaliser ces opérations en une seule opération, évitant ainsi les erreurs de serrage secondaires. L'usinage des corps de vannes hydrauliques permet de contrôler les tolérances de positionnement à ±0,008 mm près, pour un taux de réussite de 99 %.

Turbines et hélices

La roue et l'hélice présentent des surfaces complexes de forme libre. L'association du tournage et du fraisage permet un usinage de précision du contour lors de la rotation de la pièce, ce qui constitue la solution optimale pour une fabrication efficace et de haute précision . Le cycle d'usinage des roues de moteurs d'avion peut ainsi être réduit de moitié.

Arbres de précision polyédriques

L'usinage de précision des arbres polyédriques nécessite la réalisation de rainures de clavette et de surfaces planes. Classiquement, ce procédé implique plusieurs étapes de bridage. Sur les tours-fraiseuses, l'arbre peut être usiné par fraisage après tournage, ce qui réduit le nombre d'étapes et améliore la précision. L'usinage de précision des arbres moteurs permet de corriger les défauts de coaxialité jusqu'à 0,005 mm et d'accroître le rendement de 35 %.

Vous avez des pièces complexes présentant des problèmes de précision de serrage ? Veuillez fournir vos dessins 3D, et JS Precision déterminera la faisabilité d’un usinage par fraisage-tournage et vous proposera une solution d’usinage complète.

Figure 3 Une machine de tournage-fraisage CNC, connue pour sa précision et son exactitude, peut combiner les deux processus et les exécuter simultanément.

Comment les nouvelles technologies d'outillage vont-elles transformer les services de fraisage et de tournage CNC ?

L'évolution constante des technologies d'outillage a repoussé les frontières des services de fraisage et de tournage CNC , permettant ainsi de surmonter les limitations de l'usinage conventionnel pour une fabrication de précision améliorée.

Outils intelligents et surveillance des processus

La technologie intelligente permet l'intégration de micro-capteurs pour la surveillance des forces de coupe, de la température et d'autres paramètres. Cette technologie interagit avec le système de la machine-outil pour assurer un usinage adaptatif, anticiper l'usure des composants et accroître la stabilité d'usinage de 60 %. Elle permet également de réduire le taux de rebuts.

Addition et soustraction hybrides

La fabrication hybride additive et soustractive combine le dépôt de métal par laser avec un usinage de précision immédiat. Elle permet de réparer des pièces coûteuses et de réaliser des moules avec des canaux de refroidissement conformes, augmentant ainsi l'efficacité du refroidissement de 40 % et accélérant le processus de formage.

Nano-revêtement et substrat personnalisé

Les revêtements ultra-nano améliorent la dureté et la lubrification des surfaces. Des substrats en carbure cémenté spécialisés peuvent être adaptés à des matériaux spécifiques , ce qui permet de multiplier par 3 à 5 la durée de vie des outils lors de l'usinage d'alliages à haute température.

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Étude de cas concret : Boîtiers de capteurs aérospatiaux, amélioration de l’efficacité de 30 % et précision de ±0,005 mm

Défis des clients

La tâche consistait à usiner un boîtier de capteur en alliage d'aluminium 7075 , doté d'un canal d'écoulement étroit et profond (rapport 8:1), d'une paroi mince de 0,8 mm et d'une tolérance de ±0,005 mm. L'outillage utilisé précédemment présentait des vibrations, une fluctuation dimensionnelle supérieure à 0,01 mm, une rugosité de surface du canal d'écoulement Ra de 1,6 µm, un temps de cycle de 8 heures par pièce et un rendement de seulement 85 %, ce qui rendait impossible la production en série.

JS Precision Solution

JS Precision a constitué une équipe technique spécialisée et a développé un plan d'optimisation trois en un grâce à une analyse approfondie des caractéristiques des pièces et des points faibles du processus :

1. Réingénierie des outils :

Abandonnant les outils à usage général, une fraise en bout anti-vibration de haute rigidité et de petit diamètre a été introduite dans la finition des parois minces afin de réduire l'impact de la force de coupe sur la paroi mince, une fraise en bout spéciale à col long et à nez rond à arête vive a été conçue pour les canaux d'écoulement profonds et étroits, et un système de refroidissement interne à haute pression a été utilisé pour assurer une bonne évacuation des copeaux.

2. Restructuration des processus :

La méthode d'ébauche conventionnelle a ensuite été remplacée par une approche de fraisage dynamique, le fraisage trochoidal. Cette approche repose sur l'utilisation de grandes distances de descente et de faibles profondeurs de passe, garantissant des forces de coupe constantes et favorisant ainsi un usinage très efficace des surfaces rugueuses, réduisant de ce fait l'usure de l'outil.

3. Optimisation des paramètres :

La vitesse de broche, l'avance et la profondeur de coupe ont été optimisées avec précision pour chaque étape du tournage et du fraisage, en commençant par les opérations d'ébauche, sur la base d'une bibliothèque de paramètres fournie par le fabricant d'outils et d'une base de données des caractéristiques des machines-outils de JS Precision.

Résultat

• Gain d'efficacité considérable : le temps d'usinage par pièce a diminué de 8 heures à 5,6 heures , soit une réduction de 30 %, grâce à une efficacité accrue de l'ébauche et à des taux de réussite élevés lors du processus de finition.
• Percée en matière de précision : les spécifications sur les tolérances des parois minces ont été maintenues à ±0,005 mm et la planéité des surfaces de montage était de 0,01 mm.
• Optimisation de la qualité et des coûts : La qualité de surface a atteint une valeur Ra ​​de 0,8 μm et le taux de rendement s'est amélioré à 99,5 %, avec une réduction de 15 % du coût de l'outillage.

Vous rencontrez des difficultés similaires en matière d'usinage de pièces complexes ? Partagez-nous les défis de votre projet, et JS Precision vous proposera des solutions sur mesure pour reproduire les résultats obtenus en matière de réduction des coûts et d'amélioration de l'efficacité.

Figure 4 Différents types de boîtiers de capteurs

FAQ

Q1 : Comment choisir les outils de coupe adaptés à mon projet d'usinage CNC ?

Le choix de l'outil dépend principalement du matériau usiné, du type de découpe à réaliser, de la précision de tolérance et de la puissance disponible sur votre machine-outil. Il est toujours conseillé de se référer à la gamme de base proposée par des fournisseurs d'outils de coupe reconnus. Pour des applications plus complexes, il est recommandé de consulter des professionnels tels que JS Precision pour obtenir des conseils.

Q2 : Quelle part du coût d'usinage le coût d'un outil de coupe peut-il représenter en moyenne ?

Bien que le coût des outils de coupe représente généralement entre 3 % et 8 % du coût total d'usinage, il influe directement sur le temps d'usinage dans les cas les plus onéreux. Dans une optique économique, l'utilisation d'outils de coupe de qualité supérieure pour réduire le temps d'usinage s'avère plus coûteuse que d'autres options.

Q3 : Quelles sont les principales caractéristiques des outils de coupe utilisés pour l'usinage de l'acier inoxydable ?

En particulier, les propriétés des outils de coupe les plus importantes à utiliser lors de l'usinage de l'acier inoxydable sont une rigidité élevée pour résister aux forces de coupe , un tranchant aigu pour éviter l'écrouissage et des couches protectrices haute température avec une bonne résistance à la chaleur (par exemple, AlTiN).

Q4 : Un outillage spécial est-il toujours nécessaire pour l'usinage à grande vitesse (HSM) ?

En effet. Les outils HSM possèdent généralement des caractéristiques géométriques qui contribuent à réduire les efforts de coupe pendant l'usinage. Les porte-outils exigent une grande précision, comme les outils HSK, ainsi qu'un équilibrage dynamique élevé pour un fonctionnement fluide à haute vitesse.

Q5 : Quelles sont les considérations spécifiques à prendre en compte lors du choix d'une tête de fraisage pour l'usinage par tournage-fraisage ?

Il convient d'accorder une attention particulière à sa vitesse maximale, à son couple et à sa capacité de charge radiale ou axiale . Ces caractéristiques doivent être adaptées aux capacités de l'axe C ou de la tourelle motorisée de la machine-outil, et la rigidité offerte par l'interface de porte-outil (CAPTO, HSK-E, etc.) doit être prise en compte pour garantir la stabilité du processus d'usinage.

Q6 : Pourquoi serait-il nécessaire de travailler avec des outils plus petits que la taille finale de la fonction ?

L'utilisation d' outils plus petits pour l'usinage des angles permet d'éliminer tout résidu de matière accumulé dans ces zones, inaccessibles aux outils plus grands. Cette étape est essentielle pour déterminer les dimensions finales de la pièce.

Q7 : Quel type de support unique JS Precision offre-t-elle à ses clients ?

Notre service d'assistance couvre l'intégralité du processus, depuis l'analyse de faisabilité initiale et les recommandations de sélection du système jusqu'à la gestion du cycle de vie et des paramètres du système en production. Notre expertise éprouvée vous permet d'éviter les tâtonnements et d'appliquer immédiatement les meilleures pratiques.

Q8 : Quelle est la procédure de confirmation d'une commande lorsque je reçois un devis d'usinage CNC ?

Le processus est très simple. Dès réception de la confirmation du devis, nous vous enverrons un bon de commande que vous devrez signer, accompagné d'un acompte de 30 à 50 %. Nous lancerons ensuite l'approvisionnement en matériaux et la planification de la production, et mettrons à votre disposition un tableau de bord de projet.

Résumé

La fabrication de précision repose sur une stratégie d'outillage qui constitue l'un des facteurs clés de succès. Elle établit ainsi un lien entre les matériaux, les machines-outils et les procédés, permettant de transformer les plans de conception en objets physiques précis.

JS Precision l'a bien compris. Nous proposons non seulement des services de fraisage et de tournage CNC, mais nous agissons également comme un prolongement de votre équipe de production : un partenaire d'ingénierie doté d'une expertise et d'une expérience approfondies en matière d'outillage.

Dès l'instant où vous nous soumettez vos plans , la stratégie d'outillage est intégrée à la solution et constitue une garantie fondamentale d'une base solide et efficace pour le projet.

Agissez dès maintenant et libérez tout le potentiel transformateur d'une stratégie d'outillage professionnelle.

Contactez les experts de JS Precision pour obtenir une analyse de faisabilité d'usinage gratuite et des recommandations préliminaires sur l'outillage pour votre prochain composant critique. Collaborons pour transformer vos conceptions complexes en un avantage concurrentiel majeur.