Fraisage de face vs. Fraisage d'épaulement Vs. Fraisage de profil Vs. Fraisage à avance rapide : Comparaison complète et guide des outils

Introduction

Le fraisage est une pierre angulaire du travail des métaux, permettant la création de composants précis dans des secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile et la fabrication de moules. Cet article compare quatre techniques de fraisage courantes, à savoirfraisage de face, fraisage d'épaulement, fraisage de profilet broyage à alimentation rapide-en mettant l'accent sur leurs caractéristiques, leurs applications, les paramètres d'usinage et l'outillage approprié. En explorant les paramètres spécifiques et les outils disponibles sur le marché, ce guide vise à aider les professionnels à sélectionner la stratégie de fraisage optimale pour leurs besoins.

Fraisage de face

Définition et principes

Fraisage de face consiste à utiliser une fraise à surfacer à dents multiples pour créer des surfaces planes, l'axe de rotation de la fraise étant perpendiculaire à la pièce à usiner. Elle permet de produire de grandes surfaces lisses avec une grande efficacité.

Caractéristiques techniques

• Direction de coupe: Perpendiculaire à la surface de la pièce, avec des forces de coupe principalement le long de l'axe Z.
• Efficacité de l'usinage: Taux d'enlèvement de matière élevé (MRR) grâce aux fraises multi-dents de grand diamètre.
• Qualité de surface: Permet d'obtenir une faible rugosité de surface (Ra 0,8-3,2 μm), idéale pour la semi-finition et la finition.
• Types d'outils: Fraises à surfacer de grand diamètre avec plaquettes de fraisage.

Paramètres d'usinage typiques

Note: Les paramètres supposent une fraise de 50 mm de diamètre avec 4 à 6 dents, dans des conditions de coupe humide.

Outils communs

• Plaquettes indexables:
  • Sandvik Coromant: R245-12T3 (angle d'attaque de 45°, polyvalent pour l'acier et la fonte).
  • Kennametal: SEKN1203AFTN (insert carré, robuste pour l'acier inoxydable).
  • MAPAL: SPKN1204EDR (avec bord racleur, excellent état de surface pour l'aluminium).
• Carbure monobloc/Outils monoblocs:
  • Kennametal: KSSM 45° Face Mill (supporte les plaquettes APKT1604, idéal pour l'ébauche).
  • Tormach: Broyeur à coquille de 38 mm (économique, adapté à l'acier et à l'aluminium).
• Caractéristiques de l'outil: Conception multi-dents pour des forces de coupe régulières, supporte des vitesses d'avance élevées (fz 0,08-0,3 mm/z).

Applications

• Aplanissement de la surface des pièces moulées et forgées (par exemple, lits de machines-outils).
• Grandes surfaces planes dans les bases d'éoliennes ou les composants de navires.
• Pièces nécessitant une planéité et une finition de surface élevées.

Avantages et inconvénients

• Avantages: Rendement élevé, excellente qualité de surface, adapté à la production en grande quantité.
• Inconvénients: Adaptation limitée aux géométries complexes.

Fraisage de l'épaulement

Définition et principes

Fraisage de l'épaulement utilise des fraises en bout ou des fraises latérales et frontales pour usiner les parois verticales et les bases horizontales, en formant des caractéristiques à angle droit ou presque avec une grande précision.

Caractéristiques techniques

• Direction de coupe: Multi-axes (X, Y, Z), adapté aux géométries à angle droit.
• Usinage de précision: Tolérances serrées (±0,01 mm) pour les éléments à angle droit.
• Exigences en matière de rigidité de l'outil: Élevée en raison des forces de coupe importantes.
• Types d'outils: Fraises à épaulement carré ou fraises indexables.

Paramètres d'usinage typiques

Note: Les paramètres supposent une fraise de 20 mm de diamètre avec 4 dents, à sec ou avec une lubrification par quantité minimale (MQL).

Outils communs

• Plaquettes indexables:
  • Sandvik Coromant: R390-11T308 (angle d'attaque de 90°, idéal pour l'acier et l'acier inoxydable).
  • Kennametal: APKT11T308 (polyvalent pour l'aluminium et l'acier).
  • Ingersoll: LNMT110408 (haute résistance pour l'acier à outils).
• Fraises en carbure monobloc:
  • Kennametal: HARVI I TE (4-6 cannelures, haute performance pour l'acier inoxydable et le titane).
  • MAPAL: OptiMill-Shoulder (3-5 goujures, adapté à l'acier et à la fonte).
• Caractéristiques de l'outilAngle de coupe de 90°, faible largeur de coupe (ae 0,2-2 mm), robuste pour les caractéristiques de haute précision.

Applications

• Mouler des cavités avec des caractéristiques à angle droit.
• Fentes, marches ou parois latérales dans les composants mécaniques.
• Boîtiers de boîtes de vitesses nécessitant des structures précises à angle droit.

Avantages et inconvénients

• Avantages: Haute précision, adaptée aux géométries complexes à angle droit.
• Inconvénients: Efforts de coupe élevés, usure plus rapide de l'outil, efficacité moyenne.

Fraisage de profilés

Définition et principes

Fraisage de profilés L'usinage à l'aide d'une machine à commande numérique permet de suivre les contours extérieurs ou intérieurs d'une pièce, ce qui est idéal pour les surfaces ou les profils 3D complexes. Il s'appuie sur la programmation CNC pour obtenir des trajectoires d'outils précises.

Caractéristiques techniques

• Trajectoire de coupe: Complexe, nécessitant un logiciel de FAO pour des programmes CNC précis.
• Usinage de précision: Haute précision géométrique (±0,005 mm), adaptée aux surfaces complexes.
• Efficacité de l'usinage: Plus faible en raison de la complexité des chemins, idéal pour la production de faibles volumes.
• Types d'outils: Fraises à bille ou à rayon, plaquettes rondes indexables.

Paramètres d'usinage typiques

Note: Les paramètres supposent une fraise à nez sphérique de 10 mm avec 2-4 goujures, coupe humide, CNC de haute précision.

Outils communs

• Plaquettes indexables:
  • Sandvik Coromant: RCMT10T3MO (plaquette ronde, adaptée à l'ébauche de surfaces courbes).
  • Kennametal: RDMT1204MO (polyvalent pour l'acier et le titane).
  • MAPAL: RDMX1003 (haute précision pour les matériaux aérospatiaux).
• Fraises en carbure monobloc:
  • Kennametal: HARVI III Ball Nose (2-4 cannelures, idéal pour le titane et les composites).
  • Sandvik Coromant: CoroMill Plura Ball Nose (haute précision pour les surfaces des moules).
• Caractéristiques de l'outil: Les arêtes de coupe rondes ou en forme de bille réduisent les efforts de coupe et conviennent à l'usinage multi-axes.

Applications

• Composants aérospatiaux (pales de turbines, par exemple).
• Cavités de moules complexes et surfaces incurvées.
• Implants médicaux (par exemple, composants orthopédiques).

Avantages et inconvénients

• Avantages: Grande flexibilité pour les formes 3D complexes, excellente précision.
• Inconvénients: Programmation complexe, efficacité réduite, exigences élevées en matière d'outils et de machines.

Broyage à alimentation rapide

Définition et principes

Broyage à alimentation rapide (également connu sous le nom de fraisage à grande avance) utilise des vitesses d'avance élevées et de faibles profondeurs de coupe pour maximiser l'enlèvement de matière, ce qui est idéal pour l'ébauche de matériaux durs.

Caractéristiques techniques

• Paramètres de coupe: Avances élevées (Vf 4000-12000 mm/min), faibles profondeurs (ap <1 mm).
• Efficacité de l'usinage: MRR extrêmement élevé (>100 cm³/min), adapté à l'ébauche de grands volumes.
• Durée de vie de l'outil: Prolongation grâce à de faibles forces de coupe et à une distribution optimisée de la chaleur.
• Types d'outils: Fraises à grande avance dédiées avec des géométries de plaquettes spécialisées.

Paramètres d'usinage typiques

Note: Les paramètres supposent une fraise de 25 mm de diamètre avec 4 dents, sèche ou MQL, une broche de grande puissance.

Outils communs

• Plaquettes indexables:
  • Sandvik Coromant: HNGX06 (petit angle d'attaque, optimisé pour une alimentation élevée).
  • Kennametal: SDMT1204 (robuste pour l'acier à outils).
  • Ingersoll: HNGJ0905 (faibles forces de coupe pour le titane).
• Fraises en carbure monobloc:
  • Kennametal: Mill 4-11 High Feed (4 cannelures, adapté à l'acier et à l'acier inoxydable).
  • MAPAL: OptiMill-HighFeed (3-5 goujures, idéal pour les matériaux durs).
• Caractéristiques de l'outil: Petits angles d'attaque (10-15°), effet d'amincissement des copeaux, permet des avances élevées (fz 0,4-1,5 mm/z).

Applications

• Ebauche d'acier à outils ou d'alliages de titane.
• Enlèvement rapide de matière dans les moules automobiles ou les structures aérospatiales.
• Ebauche à haut rendement avant les opérations de finition.

Avantages et inconvénients

• Avantages: Efficacité exceptionnelle, longue durée de vie de l'outil, idéal pour les matériaux durs.
• Inconvénients: Mauvaise qualité de surface (Ra 6,3-12,5 μm), nécessite une finition ultérieure.

Analyse comparative

Paramètres techniques

Efficacité de l'usinage

• Taux d'enlèvement de matière: Le fraisage à avance rapide est en tête (>100 cm³/min), suivi par le fraisage de face, l'épaulement et le fraisage de profil se situant en bas de l'échelle.
• Délai de traitement: Le fraisage à avance rapide est le plus rapide, le fraisage de profil le plus lent.

Qualité et précision de la surface

• Rugosité de surface: Le fraisage de face est le meilleur (Ra 0,8-3,2 μm), le fraisage d'épaulement vient ensuite, le fraisage de profil varie, le fraisage à avance rapide est le plus médiocre.
• Précision: Fraisage de profil et d'épaulement le plus élevé, fraisage de face modéré, fraisage à avance rapide pour l'ébauche.

Adéquation des matériaux et de la géométrie

• Matériaux:
  • Fraisage de face : Aluminium, acier, fonte.
  • Fraisage à l'épaulement : Acier, acier inoxydable, acier à outils.
  • Fraisage de profil : Titane, composites, acier inoxydable.
  • Fraisage à avance rapide : Acier à outils, titane, fonte.
• Géométries:
  • Fraisage à facettes : Grands plans.
  • Fraisage d'épaulement : Caractéristiques à angle droit, fentes.
  • Fraisage de profil : Contours complexes, surfaces 3D.
  • Fraisage à avance rapide : Toutes les formes pour l'ébauche.

Coût et besoins en équipement

• Coûts des outils: Les plaquettes à avance rapide sont coûteuses mais durables, les outils de fraisage de profil s'usent rapidement, le fraisage à surfacer et à épaulement est modéré.
• Equipement: Le fraisage de profil nécessite une CNC de haute précision, le fraisage à avance rapide nécessite des broches de grande puissance, le fraisage de face et d'épaulement est moins exigeant.

Guide de sélection des outils

• Inserts: Rentable, indexable, idéal pour les gros volumes de production, polyvalent pour tous les matériaux.
• Fraises en carbure monobloc: Haute précision, adaptée aux petits diamètres ou aux géométries complexes, fréquents en finition.
• Considérations:
  • Inspecter l'usure des plaquettes toutes les 500 à 1000 minutes d'usinage.
  • Utilisez des porte-outils rigides pour les fraises à bouts pleins afin de minimiser les vibrations.
  • Sélectionner les revêtements en fonction du matériau (par exemple, TiAlN pour les alliages à haute température, TiCN pour l'acier).

Lignes directrices pratiques pour la sélection

• Grandes surfaces planes: Utilisez le fraisage à facettes (Vc 150-600 m/min, ap 2-6 mm) avec des outils tels que les fraises à facettes R245-12T3 ou KSSM pour l'efficacité et la qualité de la surface.
• Caractéristiques de l'angle droit: Optez pour le fraisage d'épaulement (fz 0,05-0,2 mm/z, ap 2-10 mm) avec les plaquettes R390-11T308 ou les fraises HARVI I TE pour la précision.
• Contours complexes: Choisissez le fraisage de profil (Vc 40-300 m/min, ae 0,05-0,5 mm) avec des plaquettes RCMT10T3MO ou des fraises à billes CoroMill Plura pour plus de flexibilité.
• Roughing à haut rendement: Choisissez le fraisage à avance rapide (Vf 4000-12000 mm/min, ap 0,2-1 mm) avec les plaquettes HNGX06 ou les fraises à grande avance Mill 4-11 pour les matériaux durs.

Études de cas

• Cas 1: Une usine de moules automobiles usinant de grands plans de moules a utilisé le fraisage à surfacer (Vc 200 m/min, fz 0,15 mm/z, ap 4 mm) avec des plaquettes R245-12T3, obtenant une efficacité et une planéité élevées.
• Cas 2: Une usine aérospatiale usinant les contours des pales de turbines a utilisé le fraisage de profil (Vc 60 m/min, fz 0,05 mm/z, ae 0,1 mm) avec des fraises à billes HARVI III, garantissant une grande précision.
• Cas 3: Une opération d'ébauche de moule en acier à outils a utilisé le fraisage à avance rapide (Vf 8000 mm/min, ap 0,5 mm) avec des plaquettes HNGX06, suivi du fraisage à l'épaulement avec R390-11T308 pour la finition.

Conclusion

Le surfaçage excelle en termes d'efficacité et de qualité de surface pour les surfaces planes, le fraisage d'épaulement offre une précision pour les caractéristiques à angle droit, le fraisage de profil offre une flexibilité pour les contours complexes, et le fraisage à avance rapide maximise l'efficacité de l'ébauche. Le choix de l'outil, qu'il s'agisse de plaquettes indexables (R245-12T3, HNGX06) ou de fraises en carbure monobloc (HARVI III, Mill 4-11), doit être adapté à la matière, à la géométrie et aux capacités de la machine. L'optimisation des paramètres d'usinage améliore les performances et la rentabilité. Au fur et à mesure que les technologies d'usinage intelligentes et hybrides progressent, ces techniques de fraisage continueront d'évoluer pour répondre aux demandes de précision et de productivité accrues.

Références

• Sandvik Coromant. (2023). Manuel sur la technologie du fraisage.
• Kennametal. (2023). Catalogue de fraisage en bout en carbure monobloc.
• MAPAL. (2023). Programme de fraisage NeoMill.
• ISO 13399 : Représentation et échange des données relatives aux outils de coupe.
• Sandvik Coromant Milling Knowledge