La qualité de surface ou la rugosité de surface des composants usinés CNC est d'une importance capitale pour les fabricants. L'objectif est de produire des pièces qui, idéalement, ne devraient pas nécessiter d'opération de finition majeure pour tenir compte des déformations de surface.
En réalité, cette finition de surface idéale n'est peut-être pas possible, mais le choix des outils peut aggraver le problème. Le matériau de l'outil, sa taille, sa géométrie, sa résistance à l'usure et ses paramètres de coupe influencent tous la qualité de surface d'une pièce. Pièce usinée CNCLe choix des outils doit donc être fait après avoir pesé tous ces facteurs.
Cet article explore tous les aspects d’un outil de coupe qui affectent la qualité de surface dans l’usinage CNC et les raisons qui sous-tendent cela.
Choix des matériaux d'outils Finition de surface
Le premier facteur d’impact est la matériau de l'outilPour simplifier les choses, nous allons considérer trois types de machines-outils CNC : carbure, HSS et céramique.
Outils en carbure Les fraises à chanfreiner sont capables de conserver un tranchant net à des vitesses élevées, ce qui permet d'obtenir des tolérances plus strictes sur des matériaux plus durs. De plus, leur résistance élevée à la chaleur permet un usinage plus rapide sans compromettre la qualité de surface.
Céramique Les outils de coupe offrent la dureté la plus élevée parmi tous les outils de coupe et la maintiennent même à des températures élevées. Ils peuvent réaliser des finitions soignées sur des matériaux difficiles à usiner comme les aciers trempés et les alliages à haute résistance. Cependant, ils sont cassants et peuvent se briser sous l'effet d'un impact ou à basse vitesse.
HSS Les outils de coupe sont adaptés aux tâches d'usinage générales en raison de leur prix abordable et de leur facilité de réaffûtage. Cependant, les outils HSS ont une résistance à la chaleur plus faible, ce qui limite leurs performances sur les métaux durs. Ils ont tendance à s'émousser plus rapidement sous l'effet d'une chaleur élevée, ce qui peut augmenter la rugosité de la surface.
L'effet de la géométrie de l'outil sur la finition de surface
Le positionnement et la taille de l'outil sont également importants. Un diamètre plus grand augmente la rigidité de l'outil. Mais ce diamètre nécessite plus de puissance machine ; il peut se dilater thermiquement et entraîner une finition plus rugueuse s'il n'est pas correctement géré. En revanche, les diamètres plus fins sont flexibles mais sujets à la déformation.
L'angle de coupe est un autre facteur d'influence. Un angle de coupe positif réduit les efforts de coupe, ce qui minimise l'usure de l'outil et la douceur de la surface. Cependant, un angle de coupe positif trop élevé peut affaiblir le tranchant et l'écailler.
L'angle de dépouille permet de créer un espace libre entre l'outil et la pièce à usiner afin d'éviter tout frottement inutile. Lorsque l'angle de dépouille est grand, l'espace libre augmente. Il en va de même pour le frottement et l'usure de l'outil. Cependant, s'il est trop prononcé, il peut fragiliser le tranchant de l'outil et l'écailler.
Un tranchant d'outil plus tranchant permet également une déformation minimale et une coupe plus nette. Cependant, les bords très tranchants sont plus sensibles à l'usure, en particulier dans les matériaux plus durs. Dans de tels cas, des bords légèrement affûtés ou arrondis offrent une approche équilibrée.
Pourquoi les revêtements d'outils sont importants pour la qualité de surface
Les revêtements d’outils améliorent la durabilité de l’outil, réduisent la friction et gèrent la chaleur, ce qui contribue à une finition plus lisse sur la surface usinée.
Le revêtement en nitrure de titane (TiN), de couleur jaune doré, est une option populaire pour les outils de coupe. Sa couche/revêtement réduit l'adhérence entre l'outil et la pièce à usiner, ce qui minimise finalement le bord rapporté (BUE) - un facteur qui peut dégrader la qualité de surface. De plus, étant thermiquement stable, il permet aux outils de travailler à des vitesses plus élevées.
Les revêtements DLC présentent une dureté exceptionnelle et un coefficient de frottement extrêmement faible, ce qui les rend idéaux pour les tâches de haute précision. La surface DLC lubrifiante réduit le frottement, responsable de l'usure des outils. Les outils de coupe revêtus de DLC ont montré des résultats prometteurs lors de l'usinage de l'aluminium.
Impact de l'usure des outils sur la rugosité de surface
L’usure des flancs et les vibrations sont deux principaux mécanismes d’usure qui peuvent entraîner une augmentation de la rugosité.
L'usure des flancs se produit lorsque la face de flanc de l'outil subit un frottement contre la surface usinée, ce qui érode progressivement le tranchant. Avec le temps, la capacité de coupe de l'outil diminue et vous constatez des finitions rugueuses avec un contact irrégulier. Cela crée également des micro-rainures et des rayures sur la surface.
Les vibrations dans l'usinage CNC proviennent également de l'usure de l'outil, car lorsque le tranchant se détériore, il perd sa stabilité. La relation entre le flanc et les vibrations est linéaire : plus l'usure du flanc est importante, plus les vibrations sont élevées. Dans de telles conditions, les marques de broutage sont assez visibles sur la pièce.
Paramètres de coupe et leur influence sur la qualité de surface
Les paramètres de coupe, notamment la vitesse de rotation de la broche et la vitesse d'avance, jouent un rôle déterminant dans la qualité de surface lors de l'usinage CNC. Ils contrôlent les forces de coupe, la température de l'outil et la formation de copeaux, facteurs qui régissent la rugosité de la surface.
La vitesse de rotation de la broche est la vitesse à laquelle l'outil tourne. À des vitesses élevées, le tranchant passe plus fréquemment sur le matériau, ce qui permet des coupes plus lisses et une rugosité de surface plus faible. Des vitesses trop élevées sont désastreuses pour les métaux en raison de la génération de chaleur. Il faut donc maintenir un équilibre.
La tendance est tout à fait inverse en ce qui concerne la vitesse d'avance. Une vitesse d'avance plus faible se traduit souvent par une finition de surface plus fine, car l'arête de coupe engage moins de matière par passe, ce qui crée moins de marques d'outil. Des études sur les composites CFRP montrent que des vitesses d'avance plus faibles aident à prévenir les défauts tels que le délaminage et les bavures.
Stratégies de parcours d'outils et rugosité de surface
Le parcours d'outil peut influencer la qualité de surface en contrôlant le temps de contact, la direction et la répartition de la charge de coupe. L'exemple du fraisage en avalant peut nous aider dans ce cas.
En fraisage en avalant, l'outil coupe dans le même sens que l'avance, ce qui produit moins de frottement et une finition plus lisse. En revanche, dans le fraisage conventionnel, l'outil coupe dans le sens inverse de l'avance. Cela entraîne plus de frottement, ce qui peut entraîner une surface plus rugueuse lorsque le matériau se déforme au point d'entrée.
Options de finition proposées par RJCMold
Le choix de l'outil adéquat peut déterminer le résultat de la finition de surface. Cependant, dans la plupart des cas, il n'est pas possible d'obtenir une surface fine et lisse. Les pièces usinées CNC doivent subir des processus de finition secondaires.
Chez RJCMold, nous proposons options de finition pour améliorer la qualité de surface des pièces usinées CNC. Vous pouvez choisir entre une finition usinée (standard), une anodisation, un revêtement en poudre, un revêtement argenté, un zingage, un placage à l'or et une peinture humide. De plus, nous proposons plusieurs options de finition pour le moulage par injection, l'impression 3D et le moulage en uréthane.
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