En usinage CNC, l'aluminium présente à la fois des points communs et des défis. Le choix des fraises appropriées détermine souvent l'efficacité et la qualité de l'usinage. Comme le disent souvent les techniciens CNC expérimentés, il peut y avoir plusieurs solutions au même problème. Ce guide fournit des recommandations détaillées pour choisir des fraises spécifiques à l'aluminium afin de faciliter la prise de décision éclairée et d'éviter les pertes inutiles.

Matériau de l'outil : carbure vs acier rapide

Lors de la sélection des matériaux de fraise, le carbure et l'acier rapide (HSS) représentent deux options principales. Pour l'usinage de l'aluminium, les fraises en carbure offrent des avantages distincts. Bien que le carbure démontre une ténacité relativement faible, sa dureté supérieure maintient le tranchant beaucoup plus longtemps. Pour les matériaux relativement tendres comme l'aluminium, les fraises en carbure offrent des performances de coupe efficaces.

Bien que les outils en carbure soient généralement plus chers que les alternatives en HSS, leur durée de vie prolongée et leur efficacité de coupe supérieure justifient souvent l'investissement grâce à une rentabilité à long terme. Avec des paramètres appropriés, les fraises en carbure peuvent usiner l'aluminium aussi facilement que couper du beurre tout en conservant une durabilité exceptionnelle.

Revêtements : La solution à l'adhérence des copeaux d'aluminium

Les propriétés matérielles de l'aluminium le prédisposent à l'adhérence des copeaux pendant l'usinage, en particulier lors des coupes profondes ou des opérations de plongée. Les copeaux accumulés peuvent obstruer les canaux des flûtes, nuire aux performances de coupe et potentiellement endommager les outils. Par conséquent, la sélection de fraises avec des revêtements appropriés devient essentielle.

Le revêtement en carbonitrure de titane (TiCN) représente un choix courant, en particulier pour les fraises en carbure. Les revêtements TiCN offrent une excellente lubrification, réduisant efficacement la friction entre les copeaux d'aluminium et les surfaces de l'outil tout en favorisant une évacuation efficace des copeaux. Même sans application de liquide de refroidissement, les revêtements TiCN maintiennent des performances efficaces.

Pour les fraises en HSS, le TiCN et les revêtements lubrifiants similaires restent des options viables, équilibrant les propriétés de lubrification nécessaires avec des coûts d'outillage réduits.

Nombre de flûtes : Le cas des 2 ou 3 flûtes

La quantité de flûtes est l'une des considérations les plus critiques lors de la sélection de fraises spécifiques à l'aluminium. Les caractéristiques "collantes" et "tendres" de l'aluminium favorisent l'adhérence du matériau dans les canaux des flûtes. Bien que les revêtements atténuent ce problème, l'utilisation de fraises à 4 ou 5 flûtes pour l'usinage de l'aluminium peut dépasser les capacités d'évacuation des copeaux, même des revêtements haut de gamme.

Les flûtes facilitent principalement l'enlèvement des copeaux pendant les opérations de coupe. La réduction du nombre de flûtes, tout en diminuant la rigidité de l'outil, améliore l'efficacité de l'évacuation des copeaux. Une évacuation inadéquate des copeaux peut entraîner :

• Mauvais état de surface : La recoupe des copeaux accumulés dégrade la qualité de la surface
• Dommages à l'outil : Le soudage par friction entre les copeaux et les surfaces de l'outil peut provoquer l'écaillage des arêtes ou la défaillance complète de l'outil, un résultat que tous les opérateurs CNC s'efforcent d'éviter

Par conséquent, les fraises à 2 ou 3 flûtes représentent des choix idéaux pour l'usinage de l'aluminium. Bien que des nombres de flûtes plus élevés restent techniquement possibles, ils augmentent proportionnellement les risques de défaillance de l'outil.

Angle d'hélice : Hélice élevée pour une efficacité accrue

Au-delà du nombre de flûtes, la géométrie des flûtes a un impact significatif sur les performances. Les conceptions de flûtes à hélice élevée améliorent considérablement l'évacuation des copeaux et la stabilité du processus de coupe. Cette géométrie favorise un contact constant entre l'outil et la pièce, réduisant les interruptions du processus de coupe.

Les coupes interrompues affectent négativement la durée de vie de l'outil et l'état de surface. Par conséquent, les fraises à hélice élevée maintiennent la continuité de la coupe, évacuent les copeaux plus rapidement et, par conséquent, améliorent l'efficacité et la qualité de l'usinage.

Considérations clés : Évacuation des copeaux et lubrification

L'aluminium reste un matériau relativement usinable. Un usinage optimal de l'aluminium nécessite des fraises combinant une lubrification élevée avec des conceptions de flûtes efficaces. Grâce à un réglage approprié des paramètres, les machines CNC peuvent produire de manière fiable des copeaux d'aluminium importants tout en maintenant une qualité élevée de la pièce.

Analyse détaillée de la géométrie de l'outil

Au-delà du matériau, du revêtement et du nombre de flûtes, la géométrie de la fraise influence de manière significative les performances d'usinage de l'aluminium. Divers angles géométriques affectent les forces de coupe, l'évacuation des copeaux et la longévité de l'outil :

Angle de dépouille

L'angle entre la face avant du tranchant et le plan de référence. Des angles de dépouille positifs plus grands réduisent les forces de coupe, facilitent une coupe plus douce et minimisent l'usure de l'outil. Pour les matériaux tendres comme l'aluminium, des angles de dépouille plus grands améliorent généralement l'efficacité de la coupe tout en réduisant la force requise.

Angle de dégagement

L'angle entre la face arrière du tranchant et le plan de coupe. Cet angle empêche l'interférence entre l'outil et les surfaces de la pièce, réduisant la friction et la génération de chaleur. Des angles de dégagement appropriés améliorent la durée de vie de l'outil et l'état de surface. Pour l'usinage de l'aluminium, des angles de dégagement plus petits améliorent généralement la rigidité de l'outil et la stabilité de la coupe.

Angle d'hélice

L'angle entre le tranchant et l'axe de l'outil. Des angles d'hélice plus élevés améliorent l'évacuation des copeaux, réduisent les forces de coupe et améliorent la stabilité du processus de coupe. L'usinage de l'aluminium bénéficie généralement de fraises à hélice élevée pour une élimination supérieure des copeaux et des forces de coupe réduites.

Angle de dépouille axial

L'angle entre le tranchant et la face d'extrémité de l'outil. Cet angle influence la direction de la force de coupe et la stabilité du processus. L'usinage de l'aluminium utilise généralement des angles de dépouille axiaux plus petits pour une stabilité accrue.

Optimisation des paramètres de coupe

Au-delà de la sélection de l'outil, l'optimisation des paramètres s'avère essentielle pour un usinage CNC réussi de l'aluminium. Des paramètres appropriés améliorent l'efficacité, réduisent l'usure de l'outil et garantissent des résultats de haute qualité :

Vitesse de coupe

La distance parcourue par les arêtes de coupe par unité de temps. L'usinage de l'aluminium utilise généralement des vitesses plus élevées pour une efficacité améliorée, bien que des vitesses excessives accélèrent l'usure de l'outil ou provoquent une brûlure. Les vitesses optimales dépendent des matériaux de l'outil spécifiques, des revêtements et des caractéristiques de la pièce.

Vitesse d'avance

La distance parcourue le long de la direction d'avance par unité de temps. Des vitesses insuffisantes augmentent les forces de coupe et l'usure de l'outil tout en pouvant provoquer des vibrations. Des vitesses excessives produisent des forces écrasantes, l'écaillage des arêtes et un mauvais état de surface. Des vitesses appropriées équilibrent les capacités de l'outil et les propriétés du matériau.

Profondeur de coupe

La pénétration de la pièce par passe de coupe. Des profondeurs excessives augmentent les forces de coupe et l'usure de l'outil tout en pouvant provoquer des vibrations. Des profondeurs insuffisantes réduisent l'efficacité. Les profondeurs optimales tiennent compte des spécifications de l'outil et des caractéristiques du matériau.

Liquide de refroidissement

Les fonctions incluent la réduction de la température, la lubrification de l'outil/de la pièce et l'élimination des copeaux. L'usinage de l'aluminium utilise généralement des liquides de refroidissement solubles dans l'eau ou à base d'huile. Une sélection appropriée du liquide de refroidissement améliore la durée de vie de l'outil et la qualité de la surface.

Stratégies de trajectoire d'outil

Des stratégies de trajectoire d'outil efficaces améliorent l'efficacité, réduisent l'usure de l'outil et améliorent la qualité de la pièce :

Usinage en opposition

La direction de coupe correspond à la direction d'avance de la pièce. Cette approche réduit les forces de coupe et l'usure de l'outil tout en améliorant l'état de surface, bien que la sensibilité aux vibrations nécessite une sélection minutieuse des paramètres et de l'outil.

Usinage conventionnel

La direction de coupe s'oppose à la direction d'avance de la pièce. Cette méthode améliore la stabilité du processus, mais augmente les forces de coupe et l'usure de l'outil.

Entrée hélicoïdale

L'outil entre dans la pièce le long d'un chemin hélicoïdal. Cette technique réduit les forces de coupe, minimise l'impact de l'outil et améliore la qualité du perçage.

Usinage des coins

Les opérations de coin rencontrent fréquemment des forces concentrées et des défis d'évacuation des copeaux. Les solutions incluent plusieurs passes avec des outils plus petits ou des transitions de rayon.

Sélection d'outils spécifiques aux matériaux

Les alliages d'aluminium présentent des propriétés physiques et chimiques diverses nécessitant une sélection d'outils sur mesure :

Aluminium 6061

Cet alliage courant offre une bonne résistance, une bonne résistance à la corrosion et une bonne usinabilité. Les fraises en carbure et en HSS conviennent, de préférence avec des revêtements TiCN et des angles d'hélice élevés pour une meilleure évacuation des copeaux et des forces de coupe réduites.

Aluminium 7075

Cet alliage à haute résistance démontre une bonne résistance à la corrosion et une bonne usinabilité, mais génère des forces de coupe importantes et des tendances aux vibrations. Les fraises en carbure avec des profondeurs de coupe et des vitesses d'avance réduites représentent des choix optimaux, complétés par des porte-outils amortissant les vibrations.

Aluminium 5052

Cet alliage résistant à la corrosion offre une bonne soudabilité et une bonne usinabilité, mais démontre de mauvaises performances de coupe et des tendances à l'adhérence. Les fraises à hélice élevée revêtues de TiCN avec une application abondante de liquide de refroidissement donnent des résultats optimaux.

Pratiques d'entretien des outils

Un entretien approprié prolonge la durée de vie de l'outil et garantit la qualité de l'usinage :

• Inspection régulière : Surveiller l'acuité du tranchant et l'intégrité de l'outil, en remplaçant rapidement les outils usés ou endommagés
• Nettoyage : Retirer les copeaux et les débris après chaque utilisation à l'aide d'air comprimé ou de brosses
• Stockage : Conserver les outils dans des environnements secs et propres pour éviter les dommages causés par l'humidité ou la corrosion
• Réaffûtage : Les services de réaffûtage professionnels peuvent restaurer les performances de coupe des outils usés

Tendances émergentes

Les progrès de l'usinage CNC stimulent l'innovation continue des fraises :

• Revêtements avancés : De nouveaux matériaux offrant une dureté, une résistance à l'usure et une lubrification améliorées continuent d'émerger
• Outils intelligents : Les outils équipés de capteurs avec des systèmes de contrôle permettent une surveillance en temps réel et un réglage automatique des paramètres
• Solutions personnalisées : Demande croissante d'outils spécialisés adaptés à des exigences géométriques, de revêtement et de matériaux spécifiques

Conclusion

La sélection optimale des fraises en aluminium implique des considérations multiples, notamment le matériau de l'outil, le revêtement, le nombre de flûtes, la géométrie, les paramètres de coupe, les stratégies de trajectoire d'outil, les spécifications des alliages et les pratiques d'entretien. Grâce à une compréhension globale de ces facteurs combinée à une expérience pratique, les opérateurs peuvent identifier les outils d'usinage de l'aluminium idéaux, améliorant ainsi l'efficacité, réduisant les coûts et garantissant une qualité supérieure de la pièce.