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La polyvalence est de mise

M.S.

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- Les progrès considérables de ces dernières années se poursuivent vers une durée de vie prolongée et davantage de fonctionnalités.

Seul composant d'une machine à être en contact direct avec le matériau à usiner, l'outil de coupe est un élément essentiel de la chaîne UGV. Sa forme géométrique et sa composition conditionnent non seulement la qualité de l'usinage mais aussi la possibilité de travailler avec la microlubrification, voire à sec. Ces outils sont aussi l'un des postes importants de coût d'un atelier, a fortiori quand ce dernier utilise des machines UGV.

Ces raisons et bien d'autres expliquent les efforts consentis par les fournisseurs d'outils de coupe pour améliorer leurs produits. Depuis une dizaine d'années, ils ont fait des progrès considérables. Les outils carbure monoblocs, très prisés dans l'UGV, baissent régulièrement leur granulométrie ce qui améliore la densité. Ils sont ainsi plus tenaces et leur résistance à la flexion s'améliore. « Aujourd'hui, des granulométries de 0,2-0,3 µm sont à la portée des utilisateurs », affirme Philippe Ledoux d'UGV Technologies.

La nature du revêtement joue elle aussi un rôle important, surtout dans l'usinage des matériaux abrasifs comme le carbone ou le graphite qui s'accommodent d'une couche de diamant. Il faut citer dans ce domaine la réalisation, pour la première fois dans l'industrie, par Balzers, d'un revêtement AlCrN. Baptisé G6, ce revêtement breveté résiste mieux à la chaleur et à l'oxydation, ce qui prolonge sensiblement la vie des outils. Par ailleurs, des recherches actives visent à la mise au point des revêtements nanostructurés. Au CEA de Grenoble, la durée de vie des outils destinés à l'usinage des pièces en Inconel 718 a été multipliée par deux grâce à des nanocouches de nitrure (voir IT n° 858 de mai 2004, page 44).

Il ne faut pas négliger non plus le rôle essentiel de l'affûtage dans la stratégie "outils" d'une approche UGV. Réaliser des goujures tronconiques lors d'un affûtage assure, par exemple, une bonne rigidité de la lame centrale de l'outil. Enfin, plus les vitesses de coupe s'accroissent, plus le frettage s'impose dans la fixation des outils.

Les progrès sont aussi visibles pour les fraises à plaquettes. Ici, la conception des porte-plaquettes s'est orientée vers l'amélioration de la rigidité grâce, par exemple, à la fixation par enfonçage qui élimine l'usinage. C'est le cas dans le domaine sensible des outils pour les moulistes.

Des solutions pour une coupe douce

Les fabricants d'outils allemands Pokolm et Depo ont innové en mettant sur le marché des fraises à plaquettes de petit diamètre (8-10 mm), abaissant ainsi significativement le prix.

Spécialiste de l'UGV chez Sandvik Coromant, Antonio Igreja insiste sur la possibilité d'utilisation des outils catalogue pour les opérations UGV. « Nos outils carbure monoblocs sphériques, boule ou à angle droit peuvent usiner aussi bien l'aluminium que l'acier traité ou non dans des duretés de 53-63 HRC, explique le spécialiste. Quant à la famille CoroMill de fraises à plaquettes, elle peut assurer aussi bien des opérations de surfaçage que d'usinage des poches avec, dans ce cas, un volume de copeaux conséquent. »

L'objectif de Sandvik, comme des autres fournisseurs, est donc de fournir des outils polyvalents capables d'assurer une coupe douce. La fraise CoroMill 210 à quatre arêtes de coupe dispose d'un angle d'attaque de 10° et assure aussi bien des opérations de tréflage que de surfaçage avec des avances importantes : 3-4 mm à la dent dans l'acier ou 1,5 mm à la dent dans l'acier trempé.

Plusieurs axes de développement sont visés par les recherches du fabricant suédois comme l'amélioration de la durée de vie des outils ou l'usinage à sec de l'aluminium ou du titane.

Même effort chez Seco Tools. Grâce au rachat de Jabro et d'EPB, il propose une solution complète en UGV comportant les outils, les attachements et les autres équipements annexes. Jabro enrichit sa famille de fraises carbure monoblocs Tornado avec des fraises hémisphériques deux dents revêtues JH 111 qui assurent l'ébauche et la finition des aciers trempés de 52 à 65 HRC. Leur revêtement Mega-64, combiné aux angles de coupes spécifiques, réduit les échauffements et améliore sensiblement la durée de vie de l'outil.

Très haute vitesse d'avance (3,5 mm à la dent) pour les fraises à surfacer Feedmill d'Iscar. Elles utilisent pour cela des plaquettes positives uniques de forme trigone. Avantage : les efforts de coupe sont dirigés de façon axiale vers la broche, améliorant ainsi la stabilité de l'outil même lors des usinages avec des avances et un porte-à-faux importants.

À voir aussi la famille de fraises à plaquettes Xtra de Walter qui, avec une puissance réduite, décuple la productivité.

Stellram, dont la fraise Aerosteel destinée aux usinages rapides dans l'aéronautique a été copiée par tous les grands noms du marché, améliore toujours sa conception. Destinée aux usinages de poches profondes dans les pièces de structure aéronautiques, la nuance 5182 VZ résiste plus longtemps et réduit par un facteur trois le nombre d'outils nécessaires au magasin de l'atelier.

Des structures de plus en plus fines

Responsable produit chez Kennametal, Patrick Sonnet avalise l'intérêt de l'usinage polyvalent : « L'utilisation des alliages légers s'accentue dans l'industrie, explique-t-il. La fabrication automobile passera de 200 000 tonnes d'aluminium consommées en 2001 à 700 000 tonnes en 2005. Le magnésium connaît une croissance de 6 %. » En conséquence, les outils doivent évoluer vers les micro- voire les nanograins. Une fraise hémisphérique à deux dents X155 Kennametal revêtue PVD-TiALN (7,5 % Co) dont la granularité est de 0,2 à 0,5 µm résiste plus longtemps qu'un outil conventionnel et peut usiner à sec. Dans le fraisage dur d'un poinçon d'estampage (acier traité à 62 HRC), l'utilisation d'un outil carbure Kennametal KC637M et la collaboration avec le constructeur de la machine-outil ainsi qu'avec l'éditeur du logiciel de CFAO a ainsi fait passer le temps d'usinage (en électroérosion) de 14 heures à 2,5 heures seulement.

Le développement de nouveaux outils facilitera également la microlubrification ou la lubrification au plus juste,

voire l'usinage à sec. Selon le spécialiste de Kennametal, 24 % des grandes sociétés ont rénové 10 à 20 % de leurs machines pour usiner à sec ou avec une lubrification minimale. Le durcissement de la législation antipollution oblige d'ailleurs les constructeurs de machines, les fournisseurs d'outils de coupe et ceux de systèmes de lubrification à travailler dans ce sens.

La lubrification au plus juste

Spécialiste de cette activité, Vogel propose, par exemple, le système EasyLub qui permet le pilotage à distance de la microlubrification grâce à la commande numérique de la machine-outil. D'autres constructeurs comme Accu-Lube ou Unilube développent également des solutions pour la microlubrification. Ce dernier offre une installation dotée de pompes de dosage précises et d'une commande cyclique intégrée qui assurent un microfilm de lubrification continu.

Tous ces développements autorisent l'utilisation d'outils standards à la place d'outils spécifiques, plus coûteux, ou l'utilisation d'outils plus petits. Claude Fioroni, responsable R&D chez Comau Systèmes le confirme avec plusieurs exemples concrets. « Une fraise deux tailles tournant à 24 000 tr/min peut ainsi être utilisée pour réaliser des alésages très précis comme les logements de roulements et selon plusieurs diamètres, en lieu et place d'un outil spécialement étagé. Le surfaçage d'une culasse avec une petite fraise opérant des mouvements de balayage à grande vitesse peut également se révéler fort rentable. »

Les spécialistes comme Stefan Lux, directeur de la R&D de Fraisa, parlent cependant d'UGP (usinage à grande productivité) et non pas seulement d'UGV. Cette approche préconisée par le fabricant d'outils suisse vise une augmentation du volume de copeaux enlevé de l'ordre de 200 à 500 %. « L'amélioration globale du processus d'usinage assurera ainsi une réduction de 10 à 30 % du coût de la production, estime l'ingénieur. En augmentant simultanément l'action axiale et radiale de l'outil profilé ainsi que la vitesse d'avance, on pourra, dans le cas d'une ébauche de l'acier trempé, augmenter la quantité de copeaux par un facteur dix. »

LES DÉFIS

- Améliorer la granulométrie des outils carbure - Réaliser des revêtements nanostructurés plus résistants - Privilégier les outils standards - Diminuer la lubrification, voire usiner à sec

TRÈS HAUTE VITESSE D'AVANCE

- Les fraises à surfacer Feedmill d'Iscar améliorent la stabilité de l'outil grâce à l'orientation axiale des efforts de coupe vers la broche.

TRÉFLAGE ET SURFAÇAGE

- La fraise CoroMill 210 de Sandvik Coromant assure des opérations d'ébauche et de finition avec des avances importantes.

SOLUTION COMPLÈTE

- Seco Tools offre, grâce au rachat de Jabro et d'EPB, les outils, les attachements et les autres équipements annexes.

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