S'attaquer aux poches en biais

Dec 22, 2023

Les fraises en bout à segments circulaires présentent une forme de conception unique avec de grands rayons, permettant une profondeur de coupe axiale beaucoup plus grande pendant la pré-finition et la finition. Un noyau ou une cavité de moule avec des parois planes abruptes s'adapte à un parcours d'outil de segment de cercle fluide. EMUGE-FRANKEN USA

Le fraisage de poches peut être une opération chronophage et souvent inévitable. Travailler avec des poches fermées ou inclinées ajoute une couche de complexité. Ces types de poches peuvent être délicats en raison des nombreux facteurs qui doivent être pris en compte lors de l'approche de ces opérations.

Le fraisage de poches fermées ou inclinées est courant dans le monde des moules et des matrices, en particulier dans les cavités profondes de moulage par injection, que l'on peut voir dans presque toutes les pièces. Les boîtiers électroniques et les châssis sont un autre domaine où de nombreuses poches profondes sont produites. Et bien sûr, les composants aérospatiaux structurels comporteront également des géométries qui ont de grandes poches avec de petits rayons d'angle qui ont tendance à être plus profonds que ce que l'outil moyen peut atteindre.

Les ateliers d'outillage et de matrices traitent souvent de nombreux cônes ou murs dessinés, qui sont des caractéristiques pour aider à éjecter les pièces en plastique hors d'un moule. Les moules peuvent également être conçus avec une poche conique et des noyaux coniques qui sont généralement utilisés comme mécanisme de verrouillage pour aligner avec précision lors de la fermeture finale des deux moitiés du moule lors de l'injection du matériau. Les poches de levage sont également une caractéristique commune s'il y a un besoin de détails supplémentaires sur les pièces. Par exemple, peut-être une fonction de clip d'accrochage qui serait utilisée dans un assemblage final de pièces imbriquées. Des élévateurs sont également utilisés pour aider à l'éjection de la pièce du moule. Les poches doivent respecter des tolérances très serrées pour empêcher le matériau de s'infiltrer/scintillement dans les espaces ouverts.

Toutes ces caractéristiques de poche peuvent être problématiques et leur production efficace dépendra des spécifications. Quelle est la profondeur des poches ? Quelles sont les tolérances nécessaires ? Quel type de machine sera utilisé et quel est son couple ? Quels outils de coupe sont nécessaires et quelle stratégie de coupe fonctionne le mieux ? Votre logiciel de FAO prend-il en charge les différentes stratégies de coupe ?

Toutes les fraiseuses ne sont pas créées égales. Certains sont conçus comme des options économiques pour les magasins à la recherche de quelque chose qui effectuera extrêmement bien une opération spécifique tandis que d'autres sont chargés de fonctionnalités et de spécifications qui élargissent les capacités d'un magasin.

« Il y a cette idée fausse selon laquelle si vous pouvez fraiser des poches inclinées sur une machine, vous devriez pouvoir le faire sur n'importe quelle autre », a déclaré Jason Rudbal, directeur des applications, Megatel CNC Solutions, Mississauga, Ont. "Mais ce n'est tout simplement pas vrai. Toutes les machines ne sont pas conçues pour effectuer ce type d'opérations. Et même si de nombreuses machines le peuvent, toutes n'ont pas de sens. Comment la machine a-t-elle été construite ? Qu'en est-il de la broche ? Quels sont les réglages de couple ?"

Une machine doit avoir certaines spécifications pour produire efficacement des poches inclinées, et selon les caractéristiques de la machine, il peut être nécessaire de l'ajuster et de l'étalonner pour cette application. Il n'y a pas de machine universelle.

"Il est important d'ajuster votre stratégie en fonction de la puissance de la broche, [et] de la rigidité et de la rigidité de la machine dont vous disposez", a déclaré John Donald, directeur des opérations, Megatel CNC Solutions. "De plus, vous ne pouvez pas utiliser une machine à 5 axes de la même manière qu'une machine à 3 axes. Plus il y a d'axes, plus il y a de risques de défauts. Il est important de garder cela à l'esprit."

Rudbal a ajouté qu'en ce qui concerne les poches à angle, certaines poches sur une pointe à un angle peuvent être fraisées sur une machine à 3 axes. Cependant, lorsque vous composez des angles, vous passez immédiatement à une machine à 5 axes.

"Avec les machines-outils 5 axes et le logiciel de programmation approprié, vous pouvez incliner la tête pour éviter de coincer le porte-outil lorsque vous vous enfoncez plus profondément dans la poche", a déclaré Ernie Dickieson, ingénieur commercial, OPEN MIND Technologies, Boston, Mass. "Cela signifie également que vous pouvez le garder court dans le porte-outil lorsque vous allez plus loin dans votre poche. Ces éléments sont essentiels lorsqu'il s'agit d'usiner des géométries comme celle-ci. Il est essentiel de pouvoir incliner automatiquement ou avec une sorte de contrôle dans ces géométries."

La fonction d'inclinaison automatique du cycle d'usinage hyperMILL Tangent Plane permet à la fraise tonneau conique d'usiner les parois planes, ainsi que le plus petit congé d'angle. OUVRIR L'ESPRIT Technologies.

Cependant, quel que soit le type de machine, vous devez tenir compte des problèmes d'évacuation des copeaux. Plus le couple et la puissance sont élevés, plus vous avez besoin d'éliminer les copeaux. Si vous poussez trop fort, cela crée de gros jetons qui ne peuvent pas être éliminés de la poche, ce qui peut être problématique. L'utilisation d'un liquide de refroidissement haute pression, en particulier lors de la coupe de poches fermées, facilite grandement le fraisage de la poche, en particulier sur les machines à 5 axes.

"Toutes les machines n'ont pas de capacités d'arrosage central et il peut être difficile d'ébaucher des poches comme vous le verriez dans un environnement d'alésage", a déclaré Rudbal. "Mais lorsque vous entrez dans des poches inclinées via 5 axes, au-delà de l'évacuation des copeaux, la sélection de la fraise est importante."

Il s'agit de travailler plus intelligemment, pas plus dur. Les experts s'accordent à dire qu'il est important d'éviter de surcharger la machine. Le faire fonctionner à 60 à 70% est une bonne référence.

"Certains ateliers veulent prendre de grands couteaux et faire de grandes coupes lentes, mais le nouveau style de couteaux signifie que vous pouvez prendre un plus petit choix et le faire fonctionner plus rapidement", a déclaré Rudbal. "Cela signifie que la machine fonctionne plus rapidement, plus efficacement. Et lorsque vous faites le calcul, vous enlevez plus de matière en procédant de cette façon par rapport à l'autre option."

Avoir le bon outil pour le bon travail est toujours la meilleure stratégie. Passez du temps à vous assurer que l'outil est correct. Faites des recherches, parlez aux fabricants d'outils de coupe et de machines-outils pour glaner des informations afin de rendre le processus aussi fluide que possible.

Lors du fraisage de poches inclinées, il existe deux méthodes de fonctionnement courantes. L'option la plus traditionnelle est une faible profondeur de coupe en couches avec une fraise en bout arrondie/torique suivie d'une fraise en bout sphérique pour finir les parois coniques.

"L'outil que vous sélectionnez doit avoir la géométrie qui lui permettra de pénétrer de manière hélicoïdale dans le matériau", a déclaré Dan Doiron, chef de produit de fraisage, EMUGE-FRANKEN USA, West Boylston, Mass. "Si ce n'est pas possible, percez un avant-trou dans la poche conique comme point d'entrée pour que l'outil soit placé à l'intérieur, puis le processus d'usinage peut commencer à partir de là."

La profondeur de la poche affectera le type d'outil nécessaire. L'utilisation d'un outil long avec une goujure longue n'est pas toujours une bonne idée, surtout dans une machine 3 axes lorsqu'il s'agit de la durée de vie de l'outil lors du fraisage de poches profondes. La plupart des outils avec de longues longueurs de coupe de goujure sont conçus spécifiquement pour des stratégies de trajectoire d'outil plus modernes telles qu'une méthode d'épluchage de coupe en montée trochoïdale qui utilise toute la longueur d'engagement avec un pas radial de 5 à 10 % pour la stabilité. La combinaison d'un outil avec une longue longueur de coupe créant des copeaux de longueur égale dans une poche profonde fermée sera finalement désastreuse, ce qui entraînera un enchevêtrement de copeaux qui finira par casser les arêtes de coupe de l'outil, en raison de l'incapacité de débusquer les longs copeaux.

"Recherchez quelque chose qui offre une longue portée et des longueurs de cannelure courtes, avec une géométrie à grande avance sur le bas de l'outil", a déclaré Doiron. Par exemple, un outil Duplex est une bonne option prenant en charge deux fonctions clés. La plus petite longueur de profondeur de coupe de goujure créera des copeaux de plus petite longueur qui seront plus faciles à éliminer avec du liquide de refroidissement ou de l'air.

Plus la poche est profonde, plus l'outil a besoin de temps. Cependant, les outils plus longs nécessitent une coupe plus lente et moins agressive pour limiter la déviation, et l'évacuation des copeaux est d'autant plus cruciale que les copeaux ont tendance à retomber dans la poche.

Emuge JET-CUT Duplex est un outil à double fonction. La géométrie de la face de coupe est une conception à grande avance, qui peut prendre des coupes à faible profondeur pour façonner un noyau ou une cavité à une vitesse d'avance très élevée. Elle peut également fonctionner comme une fraise en bout traditionnelle, effectuant un fraisage à rainures et trochoïdal. EMUGE-FRANKEN USA

Un outil qui prend en charge les méthodes d'usinage à grande avance permet une faible profondeur de coupe qui pourrait être utilisée pour ajouter les parois dépouillées de la poche.

"Quelque chose comme une usine à haute alimentation peut bien fonctionner", a déclaré Doiron. "S'il s'agit d'une poche profonde, recherchez définitivement quelque chose avec un arrosage par le centre. Si l'outil n'a pas d'arrosage par le centre, recherchez un porte-outil avec des capacités d'arrosage par le collet. L'objectif est de rechercher une longueur de portée d'outil aussi proche de la profondeur de la poche. Cela augmentera l'efficacité de fraisage pour l'ébauche, la semi-finition et la finition. Pour une finition plus avancée, et si une machine à 5 axes est disponible, l'introduction d'outils à segments de cercle pourrait encore réduire le temps de cycle."

Il y aura un mélange de surfaces verticales et horizontales avec une approche traditionnelle de coupe en boule, donc le mélange entre ces deux zones est essentiel.

"Avec la bonne technologie CAM, la programmation peut automatiquement étendre les surfaces et faire un chevauchement en douceur entre elles", a déclaré Dickieson. "Avec cette extension, il y a une transition progressive dans le parcours d'outil entre les deux zones. C'est très critique. Lorsque vous travaillez dans le coin, vous devez revenir en arrière et faire une opération secondaire pour enlever le reste de matière dans le coin où la plus grande fraise ne rentre pas. Avoir une machine multiaxe, pas seulement 5 axes simultanés, et également des commandes telles que l'indexation automatique, qui regarde automatiquement le coin et indexe l'outil de manière automatisée, fait toute la différence. Il choisit le bon angle où l'outil peut s'adapter du haut du coin jusqu'en bas , minimise le mouvement simultané réel et le maintient essentiellement dans une orientation fixe."

Selon le logiciel de FAO, les techniques de parcours d'outil peuvent faciliter le fraisage des poches inclinées. Par exemple, l'usinage de repos 5 axes détecte automatiquement les coins où un nez sphérique ou un broyeur à boulets plus grand ne rentre pas et crée un parcours d'outil dans cette zone spécifique. Ou une routine secondaire, comme l'usinage d'angles restants sur 5 axes, peut sélectionner les angles et, dans les surfaces verticales ou la géométrie simple, créer des trajectoires d'outil pour les congés de base.

"Le dégrossissage serait probablement plus dans une situation à 3 axes", a déclaré Doiron. "Vous pouvez incliner votre pièce en conséquence si nécessaire, mais la majeure partie de l'ébauche sera probablement effectuée dans les 3 axes. Et puis, lorsqu'il s'agit de finir les parois latérales, vous pouvez faire l'une des deux choses. Vous pouvez utiliser une fraise en bout ou une fraise à grande avance insérable, puis commencer à amener ces parois sur le cône, ou vous pouvez le compléter avec un outil de segment de cercle (fraise à barillet conique) pour faire la finition des parois latérales. "

Les rampes hélicoïdales de l'outil pénètrent dans le matériau, lorsqu'elles descendent et atteignent une certaine profondeur, elles s'enroulent jusqu'à la forme indiquée dans le modèle CAO. L'outil descend en sections ou en niveaux et effectue de petites coupes de profondeur Z en mettant la forme conique, et peut être utilisé à une vitesse d'alimentation élevée pour créer la forme conique finale et lisser le mur.

Plutôt que de travailler avec une fraise en bout traditionnelle, certains ateliers optent pour une stratégie de fraise à barillet conique, qui a la capacité d'usiner les parois latérales, puis d'incliner automatiquement la plus petite pointe du barillet conique dans le coin.

"Pour cette stratégie d'outil de coupe, le plus grand rayon de barillet de la fraise est utilisé pour usiner la surface plane, puis le carrelage automatique de la plus petite pointe de la fraise dans le coin permet d'obtenir ce rayon de coin plus petit", a déclaré Dickieson. "L'usinage de plans tangents à cinq axes est un cycle qui coupe les parois, puis incline automatiquement la plus petite pointe de la fraise à tonneau conique dans le coin. Ou la finition de congés prismatiques à 5 axes utilise désormais la fraise à tonneau conique pour usiner automatiquement le congé, soit en utilisant la pointe de la fraise et en caressant le long du congé de haut en bas, soit en utilisant le rayon du tonneau pour le faire."

La géométrie de la poche dictera la stratégie nécessaire. Les fraises tonneau coniques ne sont pas toujours le bon choix. Dans toutes les situations où vous pouvez obtenir un outil plus grand pour usiner les parois latérales, mais le congé d'angle est plus petit que l'outil, une fraise tonneau conique peut être le bon choix.

"Si vous pouvez installer une fraise plus grande pour faire les parois latérales, mais que le rayon de la fraise s'adapte également dans le coin, alors une fraise à barillet conique n'est pas nécessaire", a déclaré Dickieson. "Utiliser une approche traditionnelle consistant à couper les parois latérales avec des copeaux, puis à faire en sorte que l'outil forme ce rayon de congé est probablement l'approche la plus efficace."

Choisir le bon outil et la bonne stratégie pour la poche à angle peut faire la différence entre le succès et le rebut. Cependant, il est également important de s'assurer que tous les autres facteurs, y compris le serrage de l'outil, le serrage de la pièce, le liquide de refroidissement, les vitesses et l'avance, sont correctement réglés.

"Avec une approche à 5 axes, utilisez les charges sur tous les axes, pas seulement sur la broche", a déclaré Rudbal. "Vous ne voulez pas surcharger la machine et avoir l'axe Z hors calibrage. Les erreurs s'aggravent avec 5 axes, il est donc important de calibrer et d'entretenir la machine-outil et de surveiller les charges sur les axes. Lorsque vous fraisez une poche, vous voulez pouvoir répéter ce processus avec les mêmes résultats jour après jour avec précision et exactitude."

La rédactrice adjointe Lindsay Luminoso peut être jointe à [email protected].

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