Les progrès du tourbillonnage de filets dans la technologie d'outillage

Oct 13, 2023

Par Scott Laprade, superviseur des applications pour Genevieve Swiss Industries Inc.

Investir dans la technologie CNC Swiss permet à un atelier de réaliser des opérations de filetage. Chaque machiniste suisse doit être au courant des dernières avancées dans ce domaine.

Lors du filetage à l'aide d'une méthode traditionnelle «à point unique» sur une machine suisse, ou sur n'importe quel tour d'ailleurs, plusieurs passes avec l'outil sont nécessaires pour obtenir la profondeur complète de la forme du filetage. Cela a tendance à ne pas être trop préoccupant pour les vis de plus grand diamètre qui utilisent des formes de filetage incluses à 60 degrés car le taux d'enlèvement de métal est faible et la déviation de la pièce est minime. Par conséquent, la pression d'outil requise pour couper ces types de filetages est également relativement faible.

Cependant, en raison de la disposition de la poupée mobile et de la douille de guidage de cet équipement et des caractéristiques ou des exigences de la pièce à usiner, cela peut donner l'occasion à la pièce de "tomber" de la douille de guidage lorsqu'elle est passée dans l'outil de filetage, ce qui entraîne une déviation et une perte de rigidité. Ces phénomènes deviennent plus fréquents lorsque le diamètre principal du filetage est inférieur au diamètre de la matière. Le support fourni par la douille de guidage est inefficace. Ensuite, considérez une partie de l'enlèvement de métal nécessaire pour fabriquer des filetages de style « contrefort » plus agressifs tels que ceux que l'on trouve couramment sur les implants chirurgicaux orthopédiques et de réparation de traumatismes conçus pour fixer l'os, le filetage à un seul point devient un moyen moindre pour faire le travail de manière rentable. Certains de ces filetages profonds peuvent nécessiter jusqu'à 40 à 50 passages, selon les caractéristiques du filetage.

Les bases des threads à un seul passage

C'est ici que le tourbillonnage de fil peut être appliqué pour augmenter les capacités de production de ce type de fil. Pour effectuer un travail de tourbillonnage de filetage, il faut quatre composants : un tour à poupée mobile/suisse CNC, un « accessoire de tourbillonnage » dédié à l'outil en direct conçu spécifiquement pour ce processus, un anneau et un corps de fraise, et les outils de coupe en carbure réels avec la forme requise rectifiée avec précision. Ces composants d'outillage fonctionnent de concert pour faire passer le stock de barres du diamètre du stock à une forme de filetage standard ou personnalisée finie en un seul passage.

L'action de coupe est un processus de fraisage similaire au fraisage de filetage de diamètre intérieur mais sur le diamètre extérieur de la pièce. Cela donne un contrôle sans précédent sur la qualité et la vitesse de finition en garantissant que le matériau reste rigide dans la douille de guidage, mais également en modulant la charge de copeaux par dent et la vitesse de rotation de l'axe C. Des taux d'enlèvement de métal plus élevés et des finitions améliorées peuvent être obtenus en utilisant autant de fraises que possible dans le corps de fraise. Lorsqu'il est associé à une capacité de refroidissement à haute pression que l'on trouve couramment sur la plupart des machines actuelles, la zone de coupe peut être maintenue dégagée et exempte de copeaux. En conséquence, des vitesses élevées peuvent être atteintes, ce qui permet d'obtenir des filetages finis sans bavure en un seul passage.

Il y a eu un certain nombre d'avancées dans ce processus, y compris le développement de revêtements en carbure. Par exemple, UTILIS AG de Suisse a introduit son outillage propriétaire "UHM10 TX+" qui est une combinaison de substrat en carbure et de revêtement qui s'avère être un poinçon à enfoncer non seulement pour les applications en titane et en acier inoxydable médical, mais aussi pour les alliages à haute température. Cette nouvelle technologie de revêtement présente une qualité de surface sub-micro sans défaut qui se prête aux types de charge de coupe rencontrés par le carbure lors du tourbillonnage du filetage.

La qualité des bords est un acteur majeur dans le maintien de la précision de la forme du filetage et l'offre TX+ renforce l'état des bords sans déformer la forme de la géométrie. Il s'agit d'un aspect important du processus car le réglage de l'angle d'attaque, la position du centre de l'outil et la précision de la plaquette sont essentiels pour produire des filetages parfaits sur la pièce, en particulier sur les diamètres principaux de filetage inférieurs à 3 mm où la netteté de la crête du filetage peut être une exigence majeure.

Lors de la production de formes de filets spéciaux de petit diamètre, la rigidité de la configuration et la distance par rapport à la douille de guidage peuvent devenir un problème. Ce problème a été traditionnellement résolu en obtenant une bague de guidage à «nez allongé» pour maintenir le stock et la pièce plus près du «cercle de vol» de l'insert de tourbillonnage du fil afin d'empêcher le développement d'harmoniques de finition et d'insertion. L'utilisation d'une douille de guidage à nez allongé peut devenir fastidieuse car les outils de tournage traditionnels doivent maintenant être déplacés vers l'extérieur de la plaque d'outil pour compenser le décalage de la douille de guidage. Il faut beaucoup de travail supplémentaire dans la configuration pour que l'opération de tourbillonnage fonctionne sur ces pièces de plus petit diamètre.

Une alternative consiste à rapprocher le cercle de vol de la plaquette de la pièce à usiner. Pour une large sélection d'accessoires de tourbillonnage disponibles dans le commerce, soit auprès des constructeurs OEM de machines-outils, soit sur le marché secondaire, il existe désormais des bagues de coupe avec des décalages positifs intégrés dans le positionnement du cercle de vol de la plaquette. Par exemple, indiquons que le positionnement de l'outil de tourbillonnage en direct d'un tour a une distance de 15 mm entre la douille de guidage standard et l'axe central de l'insert en carbure. Le travail nécessite de tourbillonner un diamètre principal de 2,5 mm, une forme de filetage de style contrefort à double pas en titane 6AL-4V. L'atelier dispose d'un stock de barres de petit diamètre pour produire ces filetages. Bien qu'il s'agisse du type de filetage parfait pour le tourbillonnage, le diamètre nous oblige à accorder une attention particulière au contrôle des vibrations qui peuvent survenir en coupant 2 fils en même temps à partir du diamètre de la pièce. C'est ici qu'un anneau décalé rapproche le cercle de vol de l'insert de la douille de guidage de longueur standard pour compenser une partie de cette distance. Une simple correction de décalage en Y est effectuée pour recentrer la forme de la plaquette sur la position de coupe de la barre brute. Il est souvent possible d'obtenir du succès en utilisant une bague décalée sans douille de guidage de nez allongée.

Accélérez-le et refroidissez-le

Les tours suisses modernes sortent avec des entraînements d'outils en direct capables de vitesses beaucoup plus rapides dès la sortie de la boîte, en grande partie en partie grâce aux progrès de la technologie des moteurs intelligents, mais également poussés par la nécessité d'une vitesse de rotation plus élevée pour une utilisation avec des micro-outils. De nombreux modèles présentent des vitesses d'outillage en direct de 5 000 à 10 000 tr/min sur le lecteur d'outillage en direct. Une considération qui doit être prise en compte lors de la mise en œuvre du tourbillonnage sur un travail est tout travail de micro-fraisage en bout ou de micro-perçage en direct qui peut être nécessaire en plus du tourbillonnage du filetage. Les travaux de tourbillonnage ont tendance à ne nécessiter que 2 000 à 3 000 tr/min au niveau de l'outil motorisé pour la plupart des applications, tandis que les exigences supplémentaires des travaux d'outillage motorisé pour le micro-outillage peuvent nécessiter que le moteur tourne à pleine vitesse disponible, soumettant la broche de tourbillonnage à des vitesses auxquelles elle n'aurait peut-être pas besoin d'être utilisée. La plupart des modèles de machines suisses entraînent tous les outils entraînés sur les positions d'outils en question à partir d'un seul moteur. Ainsi, lors de l'utilisation d'une perceuse ou d'une fraise en bout, la broche de tourbillonnage tournera également à ce régime plus élevé alors qu'elle n'est pas dans la coupe, ce qui la soumet à une usure supplémentaire. Un bon moyen d'optimiser la configuration pour obtenir non seulement la meilleure productivité de la machine, mais aussi pour obtenir une plus grande longévité d'une broche de tourbillonnage et d'autres outils motorisés, consiste à coupler la machine avec une unité de broche à grande vitesse qui peut aider à réduire la vitesse globale du moteur faisant fonctionner l'outillage motorisé tout en maintenant la vitesse de surface optimale pour le fonctionnement du micro-outil. Les broches multiplicatrices de vitesse entraînées par engrenages sont facilement disponibles pour de nombreuses marques et modèles de machines suisses.

D'autres considérations dans la configuration qui ne doivent jamais être négligées sont la capacité de fournir un refroidissement adéquat et une évacuation des copeaux de la zone de coupe. Auparavant, cela était généralement réalisé en faisant passer une conduite de liquide de refroidissement à haute pression dans la zone de coupe et en dirigeant soigneusement le jet à l'aide d'un morceau de tube pliable. Ceci est efficace pour nettoyer la puce granulaire créée par l'action tourbillonnante, mais peut être fastidieux à régler et à viser avec précision, ce qui ajoute un temps de configuration coûteux au travail.

De nouveaux produits sont disponibles, notamment un jet de liquide de refroidissement équipé d'accessoires de tourbillonnage et d'anneaux de coupe développés par PCM Willen SA de Suisse pour sa gamme d'accessoires de tourbillonnage. Cette configuration simplifiée peut assurer une distribution fiable du liquide de coupe qui pousse le liquide de coupe vers la zone de coupe, aidant à évacuer les copeaux et à maintenir le pouvoir lubrifiant et à prolonger la durée de vie de l'outil. Le liquide de refroidissement et l'huile haute pression sont poussés à travers la bague de coupe elle-même et dans les canaux de refroidissement internes à la bague de coupe. Les jets d'huile haute pression sont légèrement inclinés et calibrés pour fonctionner avec la longueur de jauge de l'insert, éliminant ainsi toute question quant à l'obtention d'un pouvoir lubrifiant et d'un refroidissement optimal. L'avantage supplémentaire de la nouvelle conception de l'anneau de refroidissement est qu'ils peuvent également se fixer à l'arrière de l'accessoire de tourbillonnage via de petites vis de verrouillage à ressort, ce qui peut faire gagner du temps lorsque vient le temps d'indexer le carbure sur un nouveau bord. Associé à des lignes à dégagement rapide haute pression, l'échange d'inserts est plus facile que jamais.

Reste devant

Ne vous méprenez pas, les filetages de vis agressifs continueront d'être un élément de base dans l'industrie orthopédique médicale et il n'y a pas de meilleur moyen de les produire de manière fiable avec la vitesse, le niveau de finition et le contrôle de qualité que le processus de tourbillonnage offre. La mise à niveau vers le tourbillonnage pour des filetages plus basiques tels que les filetages UNC/UNF sur de longues pièces permet également de réaliser des économies, en particulier lorsque vous travaillez avec des matériaux qui produisent des copeaux ductiles filandreux ou des applications qui nécessitent une segmentation du filetage pour éviter la chute de la douille de guidage. En vous assurant que vos processus utilisent la technologie d'outillage de pointe disponible, votre exploitation sera en mesure de rester compétitive et d'avoir une longueur d'avance pour les années à venir.

Substances ayant des propriétés métalliques et composées de deux ou plusieurs éléments chimiques dont au moins un est un métal.

Contrôleur à microprocesseur dédié à une machine-outil permettant la création ou la modification de pièces. La commande numérique programmée active les servos et les entraînements de broche de la machine et contrôle les différentes opérations d'usinage. Voir DNC, commande numérique directe ; CN, commande numérique.

Fluide qui réduit l'accumulation de température à l'interface outil/pièce pendant l'usinage. Prend normalement la forme d'un liquide tel que des mélanges solubles ou chimiques (semi-synthétiques, synthétiques) mais peut être de l'air sous pression ou un autre gaz. En raison de la capacité de l'eau à absorber de grandes quantités de chaleur, elle est largement utilisée comme liquide de refroidissement et véhicule pour divers composés de coupe, le rapport eau-composé variant selon la tâche d'usinage. Voir liquide de coupe ; fluide de coupe semi-synthétique; fluide de coupe à base d'huile soluble; liquide de coupe synthétique.

Liquide utilisé pour améliorer l'usinabilité de la pièce, prolonger la durée de vie de l'outil, éliminer les copeaux et les débris d'usinage et refroidir la pièce et l'outil. Trois types de base sont : les huiles pures ; les huiles solubles, qui s'émulsionnent dans l'eau ; et les fluides synthétiques, qui sont des solutions chimiques à base d'eau sans huile. Voir liquide de refroidissement ; fluide de coupe semi-synthétique; fluide de coupe à base d'huile soluble; liquide de coupe synthétique.

Usinage avec plusieurs fraises montées sur un même arbre, généralement pour coupe simultanée.

Mécanisme pour libérer des pièces d'une matrice. Il est également appelé éjecteur, kickout, liftout ou shedder.

Machine de tournage capable de scier, fraiser, meuler, tailler des engrenages, percer, aléser, aléser, fileter, dresser, chanfreiner, rainurer, moleter, filer, tronçonner, rétreinte, coupe conique, coupe à came et excentrique, ainsi que tournage pas à pas et droit. Se présente sous une variété de formes, allant du manuel au semi-automatique en passant par l'entièrement automatique, les principaux types étant les tours à moteur, les tours de tournage et de contournage, les tours à tourelle et les tours à commande numérique. Le tour à moteur se compose d'une poupée et d'une broche, d'une poupée mobile, d'un banc, d'un chariot (avec tablier) et de glissières transversales. Les caractéristiques comprennent des leviers de sélection de vitesse (vitesse) et d'alimentation, un porte-outil, un support composé, une vis mère et une vis mère d'inversion, un cadran de filetage et un levier de déplacement rapide. Les types de tours spéciaux comprennent les machines à broche traversante, à arbre à cames et à vilebrequin, à tambour et rotor de frein, à filer et à canon de fusil. Les tours d'outillage et d'établi sont utilisés pour les travaux de précision; le premier pour les travaux d'outillage et de matrices et tâches similaires, le second pour les petites pièces (instruments, montres), normalement sans alimentation électrique. Les modèles sont généralement désignés en fonction de leur "oscillation" ou de la pièce de plus grand diamètre pouvant être tournée ; la longueur du lit ou la distance entre les centres ; et la puissance générée. Voir machine à tourner.

Angle entre le bord de coupe latéral et le côté projeté de la tige ou du support d'outil, qui guide l'outil de coupe dans la pièce.

Mesure de l'efficacité relative avec laquelle un fluide de coupe ou un lubrifiant réduit le frottement entre les surfaces.

Opération d'usinage au cours de laquelle du métal ou un autre matériau est enlevé en appliquant de la puissance à une fraise rotative. En fraisage vertical, l'outil de coupe est monté verticalement sur la broche. En fraisage horizontal, l'outil de coupe est monté horizontalement, soit directement sur la broche, soit sur un arbre. Le fraisage horizontal est en outre décomposé en fraisage conventionnel, où la fraise tourne dans le sens opposé à la direction d'alimentation, ou "vers le haut" dans la pièce à usiner; et le fraisage en montée, où la fraise tourne dans le sens de l'avance, ou "vers le bas" dans la pièce. Les opérations de fraisage comprennent le fraisage plan ou surfacique, le fraisage en bout, le surfaçage, le fraisage d'angle, le fraisage de forme et le profilage.

Termes désignant un programme formel de surveillance de la qualité des produits. Les désignations sont les mêmes, mais QC évoque généralement un système d'inspection post-usinage plus traditionnel, tandis que QA implique une approche plus complète, mettant l'accent sur la "qualité totale", les grands principes de qualité, le contrôle statistique des processus et d'autres méthodes statistiques.

Fines métalliques et particules de meule générées lors du meulage.

Processus de coupe, de tournage et de roulage de filets externes (par exemple, fraisage de filets) et internes (par exemple, taraudage, fraisage de filets) dans un matériau particulier. Des spécifications normalisées sont disponibles pour déterminer les résultats souhaités du processus de filetage. De nombreuses désignations de séries de filetages sont écrites pour des applications spécifiques. Le filetage est souvent effectué sur un tour. Les spécifications telles que la hauteur du filetage sont essentielles pour déterminer la résistance des filetages. Le matériau utilisé est pris en considération pour déterminer les résultats attendus de toute application particulière pour cette pièce filetée. Dans le filetage extérieur, une profondeur calculée est nécessaire ainsi qu'un angle particulier par rapport à la coupe. Pour effectuer un filetage intérieur, le diamètre exact pour percer le trou est critique avant le filetage. Les filetages se distinguent les uns des autres par le degré de tolérance et/ou de tolérance spécifié. Voir tournant.

La pièce est maintenue dans un mandrin, montée sur une plaque frontale ou fixée entre les centres et tournée tandis qu'un outil de coupe, normalement un outil à pointe unique, y est introduit le long de sa périphérie ou à travers son extrémité ou sa face. Prend la forme d'un tournage rectiligne (coupe le long de la périphérie de la pièce); tournage conique (création d'un cône); tournage pas à pas (tournage de diamètres différents sur la même pièce) ; chanfreiner (chanfreiner un bord ou un épaulement); parement (coupe sur une extrémité); filetages tournants (généralement externes mais peuvent être internes); ébauche (enlèvement de métal à grand volume); et la finition (coupes légères finales). Réalisé sur tours, centres de tournage, mandrins, visseuses automatiques et machines similaires.