Guide pour choisir la fraiseuse adaptée à un usage industriel

Dans le domaine de la fabrication de précision, les opérations de fraisage jouent un rôle essentiel. Les fraises, qui servent de "dents" aux processus de fraisage, se présentent sous divers types avec des caractéristiques de performance variables qui ont un impact direct sur l'efficacité, la précision et la qualité de surface de l'usinage. Ce guide fournit aux ingénieurs et aux fabricants une référence complète pour la sélection des outils de fraisage appropriés en fonction des exigences spécifiques de traitement.

Les outils de fraisage peuvent être classés selon différentes normes de classification :

• Fraises monoblocs : Conception intégrée du corps de la fraise et des dents avec une structure compacte et une excellente rigidité, adaptée à l'usinage de haute précision. Cependant, l'ensemble de l'outil doit être remplacé lorsqu'il est usé, ce qui entraîne des coûts plus élevés.
• Fraises brasées : Utilisent des dents fixées au corps de la fraise par soudure, offrant des coûts inférieurs mais une résistance et une durabilité réduites des dents par rapport aux fraises monoblocs.
• Fraises à plaquettes amovibles : Utilisent des plaquettes remplaçables fixées mécaniquement au corps de la fraise. Les plaquettes remplaçables réduisent les coûts d'outillage et améliorent l'efficacité de la production, ce qui en fait les outils de fraisage les plus largement utilisés aujourd'hui.

• Fraises en bout : Utilisées pour le fraisage de face, le fraisage de contours, le fraisage de rainures et représentent les outils les plus couramment utilisés dans les opérations de fraisage.
• Fraises à surfacer : Conçues pour le fraisage de face sur de grandes surfaces avec une grande efficacité de traitement.
• Fraises à rainurer en T : Spécialisées pour l'usinage des rainures en T, fréquemment utilisées dans les tables de travail des machines-outils et les composants similaires.
• Fraises à rainurer : Spécifiquement pour l'usinage des rainures de clavette, couramment appliquées dans les pièces d'arbre.
• Fraises à tailler les engrenages : Conçues pour la fabrication d'engrenages avec une grande précision et efficacité.

• Fraises en bout à une seule hélice : Génèrent des forces de coupe plus faibles, adaptées aux pièces à parois minces ou à l'usinage de haute précision.
• Fraises en bout à plusieurs hélices : Offrent une efficacité de coupe plus élevée, idéale pour les opérations d'ébauche lourdes.

En tant qu'outils de fraisage les plus couramment utilisés, les fraises en bout peuvent être classées davantage par la forme de leur tête :

• Fraises en bout à bout carré : Comportent des têtes à angle droit de 90 degrés pour l'usinage polyvalent, y compris le fraisage de face, le fraisage de contours et le fraisage de rainures.
• Fraises en bout à bout sphérique : Avec des têtes sphériques pour l'usinage de contours complexes comme le fraisage de surface et le traitement des moules. La conception sphérique empêche le contact dur entre les arêtes de coupe et les pièces, améliorant la qualité de surface.
• Fraises en bout à rayon de coin : Intègrent des coins arrondis pour améliorer la durabilité de l'outil et réduire les risques d'écaillage, particulièrement adaptées aux matériaux à haute résistance.
• Fraises en bout coniques : Comportent des corps coniques pour des applications spécialisées comme l'usinage de cavités profondes et le traitement des chanfreins.
• Fraises en bout à contre-dépouille (fraises Lollipop) : Caractérisées par des têtes circulaires et des queues minces pour l'usinage de structures en contre-dépouille.
• Fraises en bout à chanfreiner : Conçues spécifiquement pour le chanfreinage des pièces afin d'améliorer l'esthétique et la sécurité.
• Fraises en bout d'ébauche : Équipées de plusieurs arêtes de coupe dentelées pour l'enlèvement rapide de matière dans les opérations d'ébauche.

Principalement utilisées pour le fraisage de face, ces outils comportent des corps de fraise de grand diamètre avec plusieurs arêtes de coupe pour un usinage à haut rendement. Contrairement à l'approche de coupe verticale des fraises en bout, les fraises à surfacer utilisent une coupe horizontale. Elles sont généralement utilisées pour l'usinage de plans de grandes pièces telles que les bâtis de machines-outils et les bases de moules.

Ces outils spécialisés comportent des têtes en forme de T capables d'usiner des profils de rainures en T complets en une seule opération. Couramment utilisés dans les tables de travail et les montages de machines-outils pour fixer les pièces ou les gabarits.

Ces outils de fraisage à lames minces sont principalement destinés à la coupe des métaux. Les variétés comprennent :

• Lames à dents droites : Pour les matériaux plus tendres comme l'aluminium et le cuivre.
• Lames à dents ondulées : Pour les matériaux plus durs, y compris l'acier et le fer.
• Lames à dents trapézoïdales : Pour les tubes à parois minces, minimisant la formation de bavures.

Largement appliquées dans les industries automobile, de l'ingénierie de précision et de la construction.

Ces outils rotatifs à une ou plusieurs arêtes sont principalement destinés au fraisage de face, avec des structures simples et des coûts réduits, adaptés à la production en petites séries ou à l'usinage simple. Généralement montés sur les broches des fraiseuses pour la coupe des pièces par rotation.

Outils spécialisés avec des profils spécifiques pour l'usinage de pièces à contours complexes. De forme personnalisée en fonction des géométries des pièces (par exemple, fraises à tailler les engrenages, fraises à cannelures), ils permettent l'usinage en une seule opération de profils complexes, améliorant l'efficacité et la précision.

• Fraises à rayon convexe : Pour les rayons convexes externes.
• Fraises à rayon concave : Pour les rayons concaves internes.
• Fraises de forme à chanfreiner : Pour l'usinage des chanfreins.

Celles-ci utilisent des plaquettes remplaçables (généralement en carbure ou en céramique) montées sur des corps en acier. Les plaquettes remplaçables réduisent les coûts d'outillage et augmentent la productivité, ce qui les rend idéales pour l'ébauche lourde ou l'usinage de matériaux à haute dureté.

• Acier à outils au carbone : Peu coûteux et facile à usiner, mais avec une faible résistance à l'usure/à la chaleur, adapté à la coupe de matériaux tendres à basse vitesse.
• Acier rapide (HSS) : Offre une bonne dureté, une bonne résistance à l'usure/à la chaleur pour la coupe à grande vitesse, mais avec une faible ténacité et une sensibilité à l'écaillage.
• Carbure : Dureté, résistance à l'usure/à la chaleur exceptionnelles pour la coupe à grande vitesse de matériaux durs, bien que coûteux et fragiles.
• Céramique : Dureté/résistance à la chaleur extrêmes pour la coupe à grande vitesse de matériaux difficiles comme les superalliages et l'acier trempé, mais extrêmement fragile.
• Cermet : Combine les avantages de la céramique/du métal avec une bonne dureté, une bonne résistance à l'usure/à la chaleur et une ténacité modérée, idéal pour la finition/la semi-finition.
• Stellite : Alliage non ferreux avec une excellente résistance à l'usure/à la chaleur pour la coupe à haute température et à grande vitesse.

Une sélection appropriée des fraises nécessite une évaluation complète de :

• Matériau de la pièce : Différents matériaux exigent des matériaux et des géométries d'outils spécifiques.
• Exigences d'usinage : Des besoins variables dictent différents types d'outils et niveaux de précision.
• Capacité de la machine : La puissance, la vitesse et la rigidité influencent la sélection des outils.
• Dimensions de l'outil : Doivent correspondre à la taille de la pièce et à la plage d'usinage.
• Rentabilité : Sélectionner des options rentables tout en répondant aux exigences de traitement.

La profondeur et la largeur de fraisage déterminent directement la taille de la fraise. Généralement, des dimensions d'usinage plus grandes nécessitent des outils plus grands, avec des diamètres typiques allant de Φ16-Φ630mm.

Pour les pièces de grande surface, des fraises de plus petit diamètre sont recommandées, idéalement avec environ 70 % d'engagement de l'arête de coupe. Le diamètre de la broche de la machine influence également la sélection - le diamètre de la fraise à surfacer (D) doit être d'environ 1,5 fois le diamètre de la broche (d) : D = 1,5d.

Le fraisage de trous nécessite en particulier une sélection minutieuse du diamètre, car une taille incorrecte peut endommager les pièces ou les outils.

La puissance de coupe et la taille de la pièce sont des facteurs critiques. Pour les fraises à surfacer, assurez-vous que la puissance requise se situe dans les limites de la capacité de la machine. Pour les petites fraises en bout, vérifiez que le régime maximal de la machine répond aux exigences minimales de vitesse de coupe (généralement 60 m/min).

Le nombre de dents a un impact significatif sur les performances. Par exemple, une fraise de 100 mm de diamètre peut avoir 8 dents (pas fin) ou 6 dents (pas grossier). Les outils à pas grossier avec des poches à copeaux plus grandes réduisent la friction entre la pièce, le corps de l'outil et les copeaux, ce qui les rend meilleurs pour l'ébauche.

Remarque : À des vitesses d'avance identiques, les outils à pas fin imposent moins de charge par dent que les versions à pas grossier.

La finition utilise généralement des plaquettes rectifiées pour la précision dimensionnelle, la précision du positionnement des arêtes et une finition de surface supérieure. L'ébauche bénéficie des plaquettes pressées pour la réduction des coûts. Les opérations à faible profondeur/avance avec des plaquettes en carbure à angle de coupe positif non affûtées peuvent raccourcir la durée de vie de l'outil.

La principale distinction réside dans la direction de coupe - les fraises en bout peuvent couper avec les arêtes d'extrémité et latérales, tandis que les fraises à surfacer effectuent principalement une coupe horizontale.

Ces outils polyvalents usinent des formes et des trous spécifiques, adaptés au fraisage, à la copie, au profilage, à l'alésage, au rainurage et au perçage. Avec des dents de coupe aux deux extrémités et sur les côtés, ils coupent efficacement divers matériaux dans plusieurs directions.

Plusieurs différences existent : les forets créent des trous et nécessitent donc des angles de pointe pour le positionnement, tandis que les fraises pour le fraisage de face manquent de tels angles. De plus, les forets sont dotés de fonds coniques pour la pénétration de la pièce, tandis que les fraises ont des fonds plats.