Comment choisir la fraise adaptée ?

Sélectionner le choix approprié Fraises Le choix des fraises est crucial pour optimiser l'efficacité d'usinage, prolonger la durée de vie des outils et obtenir une qualité de pièces supérieure. Ce guide présente les facteurs essentiels pour prendre des décisions éclairées et aide les professionnels à choisir les fraises les mieux adaptées à leurs applications spécifiques.

Points clés à retenir

• Choisissez votre fraise en fonction du matériau à usiner. Différents matériaux comme l'aluminium ou l'acier nécessitent des fraises spécifiques pour un résultat optimal.
• Choisissez le bonCoupeur en T Pour votre travail, l'ébauche nécessite des outils de coupe qui enlèvent beaucoup de matière, tandis que la finition nécessite des outils de coupe qui rendent les surfaces lisses.
• Utilisez la fraise la plus courte et la plus large possible. Cela rend l'outil plus résistant et lui permet de couper plus efficacement sans se tordre ni se casser.

Comprendre les matériaux et le fonctionnement des fraises

Adaptation des fraises aux propriétés des matériaux

Le choix des fraises appropriées nécessite une connaissance approfondie du matériau de la pièce à usiner. Les propriétés du matériau influencent directement le choix optimal de la fraise. Par exemple, pour l'usinage des alliages d'aluminium, certaines fraises spécifiques se révèlent plus performantes. Fraises à goujures hélicoïdales Fraise en boutLes fraises à queue cylindrique sont recommandées pour leur capacité à évacuer efficacement les copeaux, évitant ainsi leur accumulation qui pourrait nuire au fraisage. Les fraises à queue cylindrique offrent une grande polyvalence ; leur nombre de dents (1, 2, 3 ou 4) dépend de la dureté de l’alliage d’aluminium, un aluminium plus dur nécessitant davantage de dents pour minimiser l’usure. Les fraises en acier rapide (HSS), fabriquées en acier rapide, offrent une dureté, une résistance à l’usure et une durabilité élevées, et sont disponibles dans différents modèles et géométries de coupe.Fraises à plaquettes indexablesDotées d'un corps de fraisage avec plaquettes interchangeables, ces fraises permettent un fraisage précis et efficace grâce à la possibilité de faire pivoter ou de remplacer les plaquettes usées. Les fraises en carbure monobloc, principalement en carbure de tungstène, sont conçues pour des vitesses de coupe et d'avance élevées. Leur dureté et leur résistance à l'usure leur confèrent une longue durée de vie, les rendant ainsi parfaitement adaptées aux travaux de fraisage exigeants.

Pour l'acier inoxydable, une géométrie optimale requiert des profils précis et nets, similaires à ceux utilisés pour l'aluminium. Les fraises en bout possèdent intrinsèquement une géométrie précise et nette, ce qui les rend parfaitement adaptées à l'usinage de l'acier inoxydable. Les fraises à surfacer à avance rapide de 45° sont particulièrement performantes, notamment lorsque la durée de vie de l'outil est un critère primordial, et offrent d'excellentes performances sur les matériaux à base de nickel et de chrome. On observe une tendance marquée à utiliser des fraises en bout ou des fraises d'ébauche à 5 ou 6 dents de 12,7 mm (1/2") pour l'usinage de l'acier inoxydable. Les plaquettes en cermet, notamment les types NTK RPG et RNG, présentent un fort potentiel en tant que matériaux optimaux pour l'usinage de l'acier inoxydable.

La dureté et l'abrasivité du matériau sont des facteurs déterminants dans le choix du matériau des fraises. Ce matériau doit présenter une dureté et une abrasivité égales ou supérieures à celles de la pièce à usiner. Le carbure, par exemple, convient à l'usinage à grande vitesse des matériaux durs, tandis que l'acier rapide (HSS) est idéal pour les applications générales. Des vitesses de coupe plus élevées nécessitent souvent des matériaux plus durs comme le carbure ou la céramique, qui offrent également une durée de vie plus longue. Le choix du matériau de l'outil de coupe est influencé par le matériau de la pièce, les conditions d'usinage et la qualité de surface requise. Un bon équilibre entre dureté et ténacité est essentiel ; par exemple, une granulométrie plus fine dans le carbure cémenté augmente sa dureté. Différents matériaux offrent différents niveaux de dureté et de résistance à l'usure : l'acier rapide (HSS) conserve sa dureté à haute température, tandis que les carbures offrent une dureté supérieure, une meilleure résistance à la température et à l'usure. La céramique et le nitrure de silicium conviennent à l'usinage à haute température, ce qui souligne encore davantage la nécessité d'adapter l'outil aux propriétés de la pièce.

Sélection des fraises pour des opérations spécifiques

Le type d'opération d'usinage influence considérablement le choix des fraises. Pour l'ébauche, qui consiste à enlever une quantité importante de matière lors des premières étapes d'usinage, des fraises de conception spécifique sont plus efficaces. Les fraises à ébaucher sont conçues à cet effet. Elles présentent une géométrie robuste et grossière, plusieurs goujures, un profil de denture grossier, des angles d'hélice élevés, des rayons de courbure et une queue Weldon, permettant des taux d'enlèvement de matière élevés. Les fraises à bout carré conviennent également à l'ébauche, en plus de la finition. Leurs extrémités plates et carrées aux angles vifs permettent un usinage aisé des surfaces planes, des rainures et des profils. Elles améliorent la précision de l'ébauche et sont considérées comme des outils de coupe polyvalents.

Pour obtenir des états de surface fins lors des opérations de finition, plusieurs types de fraises sont idéaux. Les géométries de coupe à angle de dépouille positif réduisent les efforts de coupe et la déviation, ce qui permet d'obtenir un état de surface plus fin en pénétrant dans les plans de cisaillement du matériau avec moins d'effort. Les plaquettes plus affûtées, souvent rectifiées, contribuent à de meilleurs états de surface grâce à leurs arêtes plus vives, bien qu'elles puissent être plus coûteuses que les plaquettes embouties ou moulées. Les fraises à hélice à grand pas et à pas variable produisent intrinsèquement un meilleur état de surface. Les fraises à pas variable améliorent encore l'état de surface en perturbant les vibrations parasites, les empêchant de se stabiliser sur une seule fréquence. Augmenter le nombre de dents ou de plaquettes est comparable à augmenter le régime de rotation pour l'état de surface, ce qui est particulièrement avantageux pour les fraiseuses à vitesse de broche limitée ; cependant, l'évacuation des copeaux doit être prise en compte. Les fraises à surfacer à angle d'attaque de 45 degrés offrent souvent un état de surface supérieur aux fraises à surfacer à angle d'attaque de 90 degrés et permettent des vitesses d'avance plus rapides grâce à des copeaux plus fins. Les plaquettes de finition « à raclage » possèdent une surface plane qui polit la pièce après la coupe, améliorant ainsi considérablement l'état de surface. Un angle de broche correct est cependant essentiel. Les fraises à surfacer en diamant polycristallin (PCD) sont réputées pour produire des finitions exceptionnellement lisses sur l'aluminium. Les fraises à rayon d'angle et les plaquettes rondes (fraises à boutons) offrent une finition plus fine que les fraises plates. Bien que les plaquettes rondes puissent être sujettes aux vibrations, leur grand rayon permet d'obtenir une excellente finition lorsqu'elles sont stables.

Les opérations de rainurage influencent considérablement le choix de la géométrie des goujures de la fraise, notamment leur nombre. Pour les applications de rainurage de précision, comme la réalisation de rainures de clavette Woodruff ou de gorges d'engrenage, il est crucial de prendre en compte à la fois la géométrie de la fraise et le nombre de goujures. Les outils comportant un plus grand nombre de goujures ont généralement un noyau plus large, ce qui augmente leur résistance mais réduit la profondeur des gorges, pouvant ainsi entraver l'évacuation des copeaux lors d'enlèvements de matière importants. À l'inverse, un nombre réduit de goujures offre des gorges plus larges pour une meilleure évacuation des copeaux, ce qui convient aux matériaux tendres comme l'aluminium où la résistance est moins critique. Pour les matériaux durs comme l'acier, un noyau plus large et un plus grand nombre de goujures assurent la résistance et la productivité nécessaires, malgré des gorges plus étroites. L'usinage moderne a connu une évolution vers des nombres de goujures plus élevés (par exemple, 3 goujures pour les métaux non ferreux, 5 à 7+ pour les métaux ferreux) afin d'optimiser la productivité, la durée de vie de l'outil et l'évacuation des copeaux. Le type d'opération a également son importance : l'ébauche bénéficie souvent d'un nombre de goujures plus faible pour une meilleure évacuation des copeaux, tandis que les opérations de finition privilégient un nombre de goujures plus élevé pour un meilleur état de surface, l'évacuation des copeaux étant alors moins problématique.

Le rôle des matériaux de coupe et des revêtements

Le choix du matériau de l'outil de coupe et l'application de revêtements sont essentiels pour optimiser les performances de fraisage et la durée de vie de l'outil. Les outils en carbure permettent des vitesses de broche nettement supérieures, jusqu'à trois fois plus rapides que l'acier rapide. Le carbure permet d'usiner efficacement des matériaux trop durs pour l'acier rapide, comme les queues trempées, et contribue à une productivité accrue grâce à des taux d'enlèvement de matière plus élevés. Les plaquettes en carbure offrent un grand confort d'utilisation : leur changement ou leur rotation est rapide et facile (quelques secondes suffisent), ce qui réduit considérablement les temps d'arrêt.

Divers revêtements prolongent considérablement la durée de vie des outils, notamment pour les matériaux abrasifs. Le nitrure de carbone et de titane (TCN) augmente la dureté et réduit le frottement, ce qui est avantageux pour la coupe de matériaux adhésifs comme l'aluminium. Le nitrure d'aluminium et de titane (ATN) forme une couche ultra-mince d'oxyde d'aluminium, conservant sa dureté à haute vitesse et à haute température, et convient à l'usinage à sec ou au travail de la fonte et d'autres métaux abrasifs. Le nitrure de chrome (C) offre un faible frottement, une dureté à chaud élevée et une résistance à la corrosion, empêchant la formation de liaisons chimiques entre le matériau de coupe et l'outil. Le nitrure d'aluminium et de chrome (ACN) offre une résistance à l'usure accrue sous contrainte mécanique grâce à l'aluminium, avec une température d'oxydation très élevée, dissipant la chaleur de l'outil lors des applications de coupe à sec. Le carbure de tungstène (TBC) est très résistant à la température et au frottement, et facilite également l'évacuation des copeaux. Le Triton, un carbone amorphe haute densité, est extrêmement résistant à la corrosion, à l'abrasion et à l'adhérence, et est souvent utilisé pour l'usinage de métaux non ferreux comme l'aluminium et de plastiques abrasifs avec un minimum de lubrification. Par exemple, le revêtement en carbone dur BALINIT (PVD) appliqué sur les fraises en carbure pour plateaux de disques durs en alliage d'aluminium a permis de produire 95 % de pièces supplémentaires à un coût de production inférieur de 55 % à celui des outils non traités. Un outil à fraiser revêtu de carbone dur pour les matériaux CFRP et les thermoplastiques a permis de produire 180 % de pièces supplémentaires par rapport à un outil non revêtu. Les outils de coupe à revêtement diamant PACVD pour composite Duralcan (aluminium renforcé de particules céramiques) ont percé 20 fois plus de trous que les revêtements en carbone de type diamant.

Type de revêtement/caractéristique	PVD (Dépôt physique en phase vapeur)	CVD (Dépôt chimique en phase vapeur)
Dureté	Améliore généralement la résistance à l'usure et la durée de vie des outils	Permet des forces de coupe plus faibles
Résistance à la température	Idéal pour l'usinage à grande vitesse	Résiste mieux aux températures de coupe plus élevées
Idéal pour les matériaux des pièces à usiner	Aluminium, alliages non ferreux, aciers trempés, superalliages, matériaux non ferreux et abrasifs (par exemple, alliages d'aluminium, graphite, composites)	Titane, nickel, alliages de cobalt, fonte, acier
Revêtements courants	TiN, TiAlN, AlTiN, CrN, DLC	TiN (certaines qualités), TiCN, Al₂O₃
Avantage clé du fraisage	Uniformité, dureté, travail de haute précision des métaux non ferreux	Résistance à la chaleur, adhérence, convient aux matériaux résistants
Exemples d'application spécifiques	Usinage à grande vitesse de l'aluminium, outils polyvalents pour forets, fraises et tarauds, usinage à grande vitesse à sec, usinage d'aciers trempés et de superalliages, usinage de matériaux non ferreux et abrasifs	Usinage de l'acier (TiCN), découpe à grande vitesse de la fonte et de l'acier (Al₂O₃)

Les fraises en céramique offrent des propriétés spécifiques pour les applications à haute température. Leur résistance à la déformation à haute température les rend idéales pour le fraisage à grande vitesse. Elles présentent également une bonne résistance à l'usure abrasive, ce qui contribue à leur efficacité dans ce domaine. Des additifs de renforcement comme le SiC et le TiC améliorent leur résistance à l'abrasion, leur résistance mécanique et leur ténacité. La dureté élevée est une caractéristique essentielle des matériaux composites céramiques. Ces fraises possèdent également une excellente stabilité mécanique à haute température, une propriété particulièrement recherchée pour la conception de fraises spéciales destinées au fraisage à grande vitesse.

Caractéristiques principales des fraises : géométrie et dimensions

Nombre de cannelures et angle d'hélice pour des performances optimales

Le nombre de goujures influe considérablement sur l'évacuation des copeaux et la finition de surface. Les fraises à grand nombre de goujures offrent généralement une finition plus lisse car elles effectuent des passes plus courtes. Cependant, un nombre accru de goujures réduit l'espace dans les creux des goujures, ce qui peut limiter l'évacuation des copeaux, notamment les plus gros. Par conséquent, un nombre élevé de goujures est optimal pour les applications de finition où l'évacuation des copeaux est moins critique. À l'inverse, les opérations d'ébauche bénéficient d'un nombre de goujures plus faible afin de garantir un espace suffisant pour l'évacuation des copeaux.

Augmenter le nombre de goujures permet généralement d'obtenir un état de surface plus fin, car l'outil produit des copeaux plus petits. Cependant, cela peut entraver l'évacuation des copeaux en raison de l'espace réduit dans les creux des goujures. Un nombre réduit de goujures favorise une meilleure évacuation des copeaux, mais peut engendrer un état de surface plus rugueux, notamment pour les matériaux tendres. Le nombre optimal de goujures dépend de l'usinage spécifique, de l'état de surface souhaité et du matériau usiné.

Pour les opérations de finition, il est recommandé d'utiliser un grand nombre de cannelures. Cela permet d'obtenir des finitions plus lisses et de réduire les efforts de coupe. Si un plus grand nombre de cannelures augmente la robustesse de l'outil et convient aux matériaux plus durs, il réduit également la profondeur des cannelures, ce qui peut entraver l'évacuation des copeaux. Pour les opérations d'ébauche, un nombre de cannelures plus faible est préférable afin de garantir une évacuation adéquate des copeaux. La relation est claire : plus de cannelures permettent d'obtenir des finitions plus lisses, tandis qu'un nombre réduit de cannelures permet un enlèvement de matière plus rapide.

Pour l'ébauche, un nombre réduit de goujures assure des gorges plus larges, favorisant une évacuation efficace des copeaux. À l'inverse, les fraises à grand nombre de goujures conviennent aux opérations de finition. Elles enlèvent moins de matière et l'évacuation des copeaux n'a pas d'incidence significative sur ces dernières, ce qui permet d'obtenir des surfaces plus lisses. Ceci met en évidence un compromis : plus de goujures donnent une surface plus lisse, tandis que moins de goujures permettent une vitesse d'enlèvement de matière plus élevée.

Le choix du nombre de goujures implique un équilibre constant. Cet équilibre prend en compte la résistance de l'outil, l'espace d'évacuation des copeaux et la vitesse d'avance possible. Augmenter le nombre de goujures rend généralement l'outil plus résistant et capable de produire une meilleure finition. Cependant, cela réduit l'espace disponible pour l'évacuation des copeaux. Inversement, diminuer le nombre de goujures améliore l'évacuation des copeaux. Ceci se fait au détriment de la rigidité de l'outil et de la qualité de surface potentielle. Un nombre de goujures plus élevé se traduit par un diamètre de noyau plus grand et plus résistant. Un nombre de goujures plus faible nécessite des gorges plus profondes, ce qui conduit à un noyau plus petit et plus fragile. Le rôle principal des gorges est l'évacuation des copeaux. De larges gorges profondes (faible nombre de goujures) sont essentielles pour les matériaux produisant de gros copeaux, comme l'aluminium. Des gorges plus petites (nombre de goujures élevé) peuvent entraîner un recoupe des copeaux et une défaillance de l'outil en cas de mauvaise utilisation. Un plus grand nombre de goujures permet également des vitesses d'avance plus élevées et des finitions de surface plus fines. La charge de coupe est répartie sur un plus grand nombre d'arêtes, ce qui permet des passes plus fines et plus précises.

Nombre de flûtes	Diamètre du noyau (Résistance)	Vallée de la Flûte (Salle des Chips)	Débit d'alimentation potentiel	Finition de surface typique
Faible (2-3)	Plus petit / plus faible	Grand / Excellent	Ralentissez	Plus grossier
Élevé (4+)	Plus grand / plus fort	Petit / Pauvre	Plus rapide	Plus fin

Groupe de matériaux	Défi primaire	Nombre de flûtes recommandé	Pourquoi?
Matériaux souples (Aluminium, plastiques, laiton)	Grosses chips gélatineuses	2 ou 3 flûtes	Pour optimiser l'évacuation des copeaux et éviter le colmatage ou le soudage des copeaux.
Aciers à usage général (Carbone, alliage, fonte)	Résistance et stabilité de l'outil	4 flûtes	Pour une résistance accrue de l'outil, une coupe plus nette, une meilleure finition de surface et une durée de vie de l'outil prolongée.
Aciers trempés, titane, superalliages	Pression de coupe extrême, chaleur	5+ flûtes	Pour une rigidité maximale et une répartition optimale de la charge de coupe afin d'éviter les vibrations ou les ruptures.

L'angle d'hélice d'une fraise joue également un rôle crucial. Il influe sur les forces de coupe, l'évacuation des copeaux et l'état de surface. Pour le fraisage de l'acier, certains experts recommandent un angle d'hélice d'environ 3 à 5 degrés. Cependant, l'angle optimal dépend de facteurs tels que le diamètre du trou et la géométrie de la face de la fraise.

Un angle d'hélice élevé améliore considérablement la stabilité de coupe, notamment dans les matériaux difficiles à usiner.

• Un angle d'hélice plus important réduit les forces de coupe maximales. Il répartit la charge plus uniformément sur le tranchant.
• Des angles d'hélice plus importants améliorent la qualité de surface et réduisent les efforts de coupe dans l'alliage Ti6Al4V. Il en résulte une réduction de 34,71 % de l'effort de coupe moyen et une réduction de 276,32 % de la rugosité de surface.
• Un angle d'hélice de 45° permet d'obtenir une rugosité de surface optimale pour l'acier C45. Ceci démontre l'effet positif d'un angle d'hélice accru sur la qualité de surface lors de la coupe à grande vitesse.
• L'augmentation de l'angle d'hélice à 50° pour l'alliage AlZn5.5MgCu réduit les efforts de coupe et améliore l'évacuation des copeaux, ce qui accroît l'efficacité de la coupe.
• Des expériences menées sur MgO–WF montrent qu'augmenter l'angle d'hélice de 20° à 50° réduit les efforts de coupe et améliore la qualité de surface. Cela diminue la rugosité et l'usure de l'outil.
• Un angle d'hélice plus important (55 %) réduit les efforts de coupe et améliore l'intégrité de surface lors du fraisage de l'alliage d'aluminium 2024-T351. Ceci est crucial pour les pièces à parois minces et à faible rigidité.

Styles d'extrémité et leurs applications

Le style des extrémités des fraises détermine leurs principales applications et les types de caractéristiques qu'elles peuvent créer.

Les fraises à bout carré sont des outils polyvalents. Elles sont dotées d'une pointe plate et carrée aux angles vifs. Ces outils permettent un usinage simple des surfaces planes, des rainures et des profils. Leurs principales applications sont :

• Fraisage en bout : cette opération consiste à enlever de la matière de la surface d’une pièce pour obtenir des surfaces planes. Les fraises carrées en carbure, notamment celles à coupe centrale, sont particulièrement efficaces pour cette opération.
• Fraisage latéral : Cela consiste à utiliser un outil de coupe Dotées de dents latérales pour créer des rainures ou des fentes, les fraises à bout carré en carbure (acier rapide et coupe centrale) sont adaptées à l'enlèvement de matière sur le côté de la pièce.
• Coupe plongeante
• Machines à sous
• Pocher
• Applications générales de fraisage
• Création de fentes à fond carré
• Créer des poches à fond carré
• Découpe de surfaces planes
• Profilage

Les fraises à bout sphérique possèdent une extrémité de coupe sphérique. Cette conception les rend idéales pour l'usinage de surfaces profilées. Les fabricants les utilisent souvent pour :

• Contournage 3D et usinage de surface
• Fabrication de moules (moules d'injection, matrices de fonderie sous pression, outils d'emboutissage)
• Opérations de finition pour les pièces automobiles, électroniques grand public et industrielles
• Création de rayons parfaits dans les angles internes et les fonds de cavités
• Prototypage et applications artistiques impliquant des formes organiques
• Usinage de formes de contour tridimensionnelles
• L'industrie des moules et matrices
• Fabrication des pales de turbines
• Respect des exigences générales de rayon des pièces

Les fraises à rayon d'angle présentent un bord arrondi au lieu d'un angle vif. Cette conception permet un usinage plus fluide et prolonge la durée de vie de l'outil. Elle réduit les concentrations de contraintes aux angles, renforçant ainsi la résistance globale de la pièce usinée. Les angles arrondis contribuent à une meilleure répartition des forces de coupe, ce qui prolonge la durée de vie de l'outil, notamment lors de l'usinage de matériaux durs comme l'acier inoxydable. L'outil conserve son tranchant plus longtemps que les fraises à arêtes vives traditionnelles, ce qui engendre des économies et une productivité accrue grâce à la réduction de la fréquence de remplacement des outils.

Fonctionnalité	Fraises à rayon d'angle	Fraises à bout carré
Durée de vie de l'outil	Survivent systématiquement de 25 à 40 %	Sensible à l'écaillage et à l'usure prématurée
Répartition de la force de coupe	Répartir les forces de coupe de manière plus uniforme	Un angle vif agit comme un point de concentration des contraintes
Accumulation de chaleur	Réduction de l'accumulation de chaleur et de l'usure	Accumulation de chaleur plus élevée
Force de la partie	Élimine les transitions abruptes susceptibles de provoquer des concentrations de contraintes.	Peut provoquer des concentrations de stress
Avantages	Moins de changements d'outils, qualité des pièces plus constante, coûts d'outillage réduits, résistance accrue des outils, meilleur état de surface, durée de vie des outils prolongée, vitesses d'avance plus élevées	Sujet à l'écaillage et à l'usure prématurée, surtout avec les matériaux durs

Importance du diamètre et de la longueur de la fraise

Les dimensions physiques d'une fraise, et plus particulièrement son diamètre et sa longueur, influencent considérablement la stabilité, la précision et l'efficacité de l'usinage.

Le diamètre d'une fraise influe directement sur sa rigidité et sur la quantité de matière qu'elle peut enlever par passe. En général, utiliser le plus grand diamètre possible pour une application donnée améliore la rigidité et les performances. Un outil de plus grand diamètre supporte des forces de coupe plus importantes et réduit la déformation.

La longueur d'une fraise influe de manière critique sur la déviation de l'outil pendant l'usinage.

• Débordement de l'outilPlus l'outil dépasse du porte-outil, plus le risque de déformation est élevé. Ceci est dû à une diminution de la rigidité. Minimiser le porte-à-faux en fixant solidement l'outil est essentiel pour des conditions de coupe optimales.
• Longueur de la flûteDes cannelures plus courtes améliorent la rigidité et réduisent la déformation. La déformation est minimale lorsque seule la pointe de l'outil est en contact avec la fraise.
• Diamètre du noyau (pour les outils à longue cannelure)Pour les outils à longues goujures, c'est le diamètre du noyau, et non le diamètre de coupe, qui détermine la déformation. Les arêtes de coupe n'assurent aucun soutien structurel. Un diamètre de noyau plus important confère une plus grande rigidité.
• Lorsque le rapport entre la longueur et le diamètre d'un outil (l/ϕ) est significatif, la déviation de l'outil devient la principale cause des erreurs d'usinage.
• Pour maximiser la rigidité et minimiser la déformation, les fabricants recommandent d'utiliser l'outil le plus court possible.

Il existe des directives pour sélectionner la longueur minimale des fraises pour une profondeur de coupe donnée.

• Pour éviter d'endommager l'outil de coupe, minimisez la distance entre la pointe de la fraise et le porte-outil.
• Choisissez la longueur de fraise la plus courte possible pour maximiser la rigidité.
• Utilisez des fraises plus longues pour l'usinage de parois sans joint ou pour les opérations de finition dans les rainures ou les poches.
• Choisissez des fraises à longue portée lorsque des coupes continues et à pleine profondeur ne sont pas nécessaires, mais qu'une rigidité accrue est tout de même requise.

Pour le fraisage à haute efficacité (HEM), les fabricants recommandent d'exploiter au maximum la longueur de la goujure de la fraise. Cette approche permet des passes plus profondes, voire la réalisation d'une poche en une seule passe plutôt qu'en plusieurs. La répartition de l'usure sur une plus grande longueur de goujure prolonge la durée de vie de la fraise et autorise des paramètres d'usinage plus exigeants.

Des considérations spécifiques s'appliquent aux différents types de coupe :

• Pour les rainures, la profondeur maximale ne doit généralement pas dépasser le diamètre de la fraise. Par exemple, une fraise de 6,35 mm (1/4") peut usiner une profondeur de 6,35 mm (1/4") par passe.
• Pour les passes de profilage (profondeur de passe axiale), la profondeur de pénétration maximale de la fraise dans la pièce doit être d'environ 1,5 fois le diamètre de la fraise. Par exemple, une fraise de 6,35 mm (1/4") peut pénétrer jusqu'à 4,76 mm (3/16") de sa longueur. Cette recommandation concerne principalement la déformation de la fraise, bien que les outils en carbure puissent tolérer une déformation plus importante.

Considérations relatives à la machine et à son réglage pour les fraises

Rigidité de la machine et puissance de la broche

La rigidité de la machine et la puissance de la broche sont essentielles pour le choix des fraises. Ces caractéristiques influencent directement la profondeur de passe et l'avance optimales. Les machines rigides supportent des profondeurs de passe plus importantes et des forces plus élevées sans solliciter excessivement les composants. Les machines plus puissantes et plus stables gèrent efficacement les forces et les vibrations accrues. La puissance et la rigidité de la machine influent également directement sur l'avance. Les machines plus robustes permettent un enlèvement de matière plus rapide. Les machines moins puissantes peinent à atteindre des vitesses et des avances élevées, ce qui se traduit par des résultats médiocres. L'ajustement des paramètres en fonction des capacités de la machine CNC garantit des conditions de travail stables.

Les vibrations d'usinage provoquent des oscillations entre l'outil de coupe et la pièce. Il en résulte des états de surface médiocres, une durée de vie réduite de l'outil et des vitesses de coupe plus faibles. Les vibrations dégradent la qualité de surface, créant des ondulations indésirables. Dans les applications de haute précision, elles entraînent des taux de rebut élevés. Les vibrations ont un impact sur la durée de vie de l'outil et des broches, notamment pour les matériaux trempés. Le broutage sur les surfaces usinées dégrade la qualité de surface et la précision dimensionnelle. La vitesse de broche est un facteur primordial influençant les vibrations de l'outil. L'amplitude des vibrations augmente avec l'usure de l'outil et avec une vitesse de coupe/avance plus élevée. Réduire la vitesse de broche diminue significativement les vibrations de coupe.

Optimisation de la vitesse de coupe et des avances

L'optimisation des vitesses de coupe et d'avance est essentielle pour un usinage efficace et une durée de vie prolongée des outils. Les fabricants d'outils fournissent des vitesses de coupe recommandées pour différents matériaux. Par exemple, 100 pieds par minute (sfm) signifie que la surface extérieure de l'outil se déplace à 100 pieds par minute. La vitesse de coupe correspond à la vitesse tangentielle à l'interface de coupe. Vous pouvez calculer la vitesse de broche (tr/min) à l'aide de : vitesse de broche (tr/min) = vitesse de coupe (sfm) * 3,82 / diamètre de l'outil.

Optimisation du débit d'alimentation

Le choix des fraises appropriées est crucial pour optimiser l'efficacité d'usinage, prolonger la durée de vie des outils et obtenir une qualité de pièces supérieure. Ce guide présente les facteurs essentiels pour prendre des décisions éclairées. Il aide les professionnels à choisir les fraises les mieux adaptées à leurs applications spécifiques.

Points clés à retenir

• Choisissez votre fraise en fonction du matériau à usiner. Différents matériaux comme l'aluminium ou l'acier nécessitent des fraises spécifiques pour un résultat optimal.
• Choisissez la fraise adaptée à votre tâche. L'ébauche nécessite des fraises qui enlèvent beaucoup de matière, tandis que la finition requiert des fraises qui lissent les surfaces.
• Utilisez la fraise la plus courte et la plus large possible. Cela rend l'outil plus résistant et lui permet de couper plus efficacement sans se tordre ni se casser.

Comprendre les matériaux et le fonctionnement des fraises

Adaptation des fraises aux propriétés des matériaux

Le choix des fraises appropriées nécessite une connaissance approfondie du matériau de la pièce. Les propriétés de ce matériau influencent directement le choix optimal de la fraise. Par exemple, pour l'usinage des alliages d'aluminium, certaines fraises se révèlent plus performantes. Les fraises à goujures hélicoïdales sont recommandées pour leur capacité à évacuer efficacement les copeaux, évitant ainsi leur accumulation qui pourrait nuire au processus de fraisage. Les fraises à queue cylindrique offrent une grande polyvalence ; leur nombre de goujures (1, 2, 3 ou 4) dépend de la dureté de l'alliage d'aluminium, un aluminium plus dur nécessitant davantage de goujures pour minimiser l'usure. Les fraises en acier rapide (HSS), fabriquées en acier rapide, offrent une dureté, une résistance à l'usure et une durabilité élevées, et sont disponibles dans une variété de modèles et de géométries de coupe. Fraises à plaquettes indexablesDotées d'un corps de fraisage avec plaquettes interchangeables, ces fraises permettent un fraisage précis et efficace grâce à la possibilité de faire pivoter ou de remplacer les plaquettes usées. Les fraises en carbure monobloc, principalement en carbure de tungstène, sont conçues pour des vitesses de coupe et d'avance élevées. Leur dureté et leur résistance à l'usure leur confèrent une longue durée de vie, les rendant ainsi parfaitement adaptées aux travaux de fraisage exigeants.

Pour l'acier inoxydable, une géométrie optimale requiert des profils précis et nets, similaires à ceux utilisés pour l'aluminium. Les fraises en bout possèdent intrinsèquement une géométrie précise et nette, ce qui les rend parfaitement adaptées à l'usinage de l'acier inoxydable. Les fraises à surfacer à avance rapide de 45° sont particulièrement performantes, notamment lorsque la durée de vie de l'outil est un critère primordial, et offrent d'excellentes performances sur les matériaux à base de nickel et de chrome. On observe une tendance marquée à utiliser des fraises en bout ou des fraises d'ébauche à 5 ou 6 dents de 12,7 mm (1/2") pour l'usinage de l'acier inoxydable. Les plaquettes en cermet, notamment les types NTK RPG et RNG, présentent un fort potentiel en tant que matériaux optimaux pour l'usinage de l'acier inoxydable.

La dureté et l'abrasivité du matériau sont des facteurs déterminants dans le choix du matériau des fraises. Ce matériau doit présenter une dureté et une abrasivité égales ou supérieures à celles de la pièce à usiner. Le carbure, par exemple, convient à l'usinage à grande vitesse des matériaux durs, tandis que l'acier rapide (HSS) est idéal pour les applications générales. Des vitesses de coupe plus élevées nécessitent souvent des matériaux plus durs comme le carbure ou la céramique, qui offrent également une durée de vie plus longue. Le choix du matériau de l'outil de coupe est influencé par le matériau de la pièce, les conditions d'usinage et la qualité de surface requise. Un bon équilibre entre dureté et ténacité est essentiel ; par exemple, une granulométrie plus fine dans le carbure cémenté augmente sa dureté. Différents matériaux offrent différents niveaux de dureté et de résistance à l'usure : l'acier rapide (HSS) conserve sa dureté à haute température, tandis que les carbures offrent une dureté supérieure, une meilleure résistance à la température et à l'usure. La céramique et le nitrure de silicium conviennent à l'usinage à haute température, ce qui souligne encore davantage la nécessité d'adapter l'outil aux propriétés de la pièce.

Sélection des fraises pour des opérations spécifiques

Le type d'opération d'usinage influence considérablement le choix des fraises. Pour l'ébauche, qui consiste à enlever une quantité importante de matière lors des premières étapes d'usinage, des fraises de conception spécifique sont plus efficaces. Les fraises à ébaucher sont conçues à cet effet. Elles présentent une géométrie robuste et grossière, plusieurs goujures, un profil de denture grossier, des angles d'hélice élevés, des rayons de courbure et une queue Weldon, permettant des taux d'enlèvement de matière élevés. Les fraises à bout carré conviennent également à l'ébauche, en plus de la finition. Leurs extrémités plates et carrées aux angles vifs permettent un usinage aisé des surfaces planes, des rainures et des profils. Elles améliorent la précision de l'ébauche et sont considérées comme des outils de coupe polyvalents.

Pour obtenir des états de surface fins lors des opérations de finition, plusieurs types de fraises sont idéaux. Les géométries de coupe à angle de dépouille positif réduisent les efforts de coupe et la déviation, ce qui permet d'obtenir un état de surface plus fin en pénétrant dans les plans de cisaillement du matériau avec moins d'effort. Les plaquettes plus affûtées, souvent rectifiées, contribuent à de meilleurs états de surface grâce à leurs arêtes plus vives, bien qu'elles puissent être plus coûteuses que les plaquettes embouties ou moulées. Les fraises à hélice à grand pas et à pas variable produisent intrinsèquement un meilleur état de surface. Les fraises à pas variable améliorent encore l'état de surface en perturbant les vibrations parasites, les empêchant de se stabiliser sur une seule fréquence. Augmenter le nombre de dents ou de plaquettes est comparable à augmenter le régime de rotation pour l'état de surface, ce qui est particulièrement avantageux pour les fraiseuses à vitesse de broche limitée ; cependant, l'évacuation des copeaux doit être prise en compte. Les fraises à surfacer à angle d'attaque de 45 degrés offrent souvent un état de surface supérieur aux fraises à surfacer à angle d'attaque de 90 degrés et permettent des vitesses d'avance plus rapides grâce à des copeaux plus fins. Les plaquettes de finition « à raclage » possèdent une surface plane qui polit la pièce après la coupe, améliorant ainsi considérablement l'état de surface. Un angle de broche correct est cependant essentiel. Les fraises à surfacer en diamant polycristallin (PCD) sont réputées pour produire des finitions exceptionnellement lisses sur l'aluminium. Les fraises à rayon d'angle et les plaquettes rondes (fraises à boutons) offrent une finition plus fine que les fraises plates. Bien que les plaquettes rondes puissent être sujettes aux vibrations, leur grand rayon permet d'obtenir une excellente finition lorsqu'elles sont stables.

Les opérations de rainurage influencent considérablement le choix de la géométrie des goujures de la fraise, notamment leur nombre. Pour les applications de rainurage de précision, comme la réalisation de rainures de clavette Woodruff ou de gorges d'engrenage, il est crucial de prendre en compte à la fois la géométrie de la fraise et le nombre de goujures. Les outils comportant un plus grand nombre de goujures ont généralement un noyau plus large, ce qui augmente leur résistance mais réduit la profondeur des gorges, pouvant ainsi entraver l'évacuation des copeaux lors d'enlèvements de matière importants. À l'inverse, un nombre réduit de goujures offre des gorges plus larges pour une meilleure évacuation des copeaux, ce qui convient aux matériaux tendres comme l'aluminium où la résistance est moins critique. Pour les matériaux durs comme l'acier, un noyau plus large et un plus grand nombre de goujures assurent la résistance et la productivité nécessaires, malgré des gorges plus étroites. L'usinage moderne a connu une évolution vers des nombres de goujures plus élevés (par exemple, 3 goujures pour les métaux non ferreux, 5 à 7+ pour les métaux ferreux) afin d'optimiser la productivité, la durée de vie de l'outil et l'évacuation des copeaux. Le type d'opération a également son importance : l'ébauche bénéficie souvent d'un nombre de goujures plus faible pour une meilleure évacuation des copeaux, tandis que les opérations de finition privilégient un nombre de goujures plus élevé pour un meilleur état de surface, l'évacuation des copeaux étant alors moins problématique.

Le rôle des matériaux de coupe et des revêtements

Le choix du matériau de l'outil de coupe et l'application de revêtements sont essentiels pour optimiser les performances de fraisage et la durée de vie de l'outil. Les outils en carbure permettent des vitesses de broche nettement supérieures, jusqu'à trois fois plus rapides que l'acier rapide. Le carbure permet d'usiner efficacement des matériaux trop durs pour l'acier rapide, comme les queues trempées, et contribue à une productivité accrue grâce à des taux d'enlèvement de matière plus élevés. Les plaquettes en carbure offrent un grand confort d'utilisation : leur changement ou leur rotation est rapide et facile (quelques secondes suffisent), ce qui réduit considérablement les temps d'arrêt.

Divers revêtements prolongent considérablement la durée de vie des outils, notamment pour les matériaux abrasifs. Le nitrure de carbone et de titane (TCN) augmente la dureté et réduit le frottement, ce qui est avantageux pour la coupe de matériaux adhésifs comme l'aluminium. Le nitrure d'aluminium et de titane (ATN) forme une couche ultra-mince d'oxyde d'aluminium, conservant sa dureté à haute vitesse et à haute température, et convient à l'usinage à sec ou au travail de la fonte et d'autres métaux abrasifs. Le nitrure de chrome (C) offre un faible frottement, une dureté à chaud élevée et une résistance à la corrosion, empêchant la formation de liaisons chimiques entre le matériau de coupe et l'outil. Le nitrure d'aluminium et de chrome (ACN) offre une résistance à l'usure accrue sous contrainte mécanique grâce à l'aluminium, avec une température d'oxydation très élevée, dissipant la chaleur de l'outil lors des applications de coupe à sec. Le carbure de tungstène (TBC) est très résistant à la température et au frottement, et facilite également l'évacuation des copeaux. Le Triton, un carbone amorphe haute densité, est extrêmement résistant à la corrosion, à l'abrasion et à l'adhérence, et est souvent utilisé pour l'usinage de métaux non ferreux comme l'aluminium et de plastiques abrasifs avec un minimum de lubrification. Par exemple, le revêtement en carbone dur BALINIT (PVD) appliqué sur les fraises en carbure pour plateaux de disques durs en alliage d'aluminium a permis de produire 95 % de pièces supplémentaires à un coût de production inférieur de 55 % à celui des outils non traités. Un outil à fraiser revêtu de carbone dur pour les matériaux CFRP et les thermoplastiques a permis de produire 180 % de pièces supplémentaires par rapport à un outil non revêtu. Les outils de coupe à revêtement diamant PACVD pour composite Duralcan (aluminium renforcé de particules céramiques) ont percé 20 fois plus de trous que les revêtements en carbone de type diamant.

Type de revêtement/caractéristique	PVD (Dépôt physique en phase vapeur)	CVD (Dépôt chimique en phase vapeur)
Dureté	Améliore généralement la résistance à l'usure et la durée de vie des outils	Permet des forces de coupe plus faibles
Résistance à la température	Idéal pour l'usinage à grande vitesse	Résiste mieux aux températures de coupe plus élevées
Idéal pour les matériaux des pièces à usiner	Aluminium, alliages non ferreux, aciers trempés, superalliages, matériaux non ferreux et abrasifs (par exemple, alliages d'aluminium, graphite, composites)	Titane, nickel, alliages de cobalt, fonte, acier
Revêtements courants	TiN, TiAlN, AlTiN, CrN, DLC	TiN (certaines qualités), TiCN, Al₂O₃
Avantage clé du fraisage	Uniformité, dureté, travail de haute précision des métaux non ferreux	Résistance à la chaleur, adhérence, convient aux matériaux résistants
Exemples d'application spécifiques	Usinage à grande vitesse de l'aluminium, outils polyvalents pour forets, fraises et tarauds, usinage à grande vitesse à sec, usinage d'aciers trempés et de superalliages, usinage de matériaux non ferreux et abrasifs	Usinage de l'acier (TiCN), découpe à grande vitesse de la fonte et de l'acier (Al₂O₃)

Les fraises en céramique offrent des propriétés spécifiques pour les applications à haute température. Leur résistance à la déformation à haute température les rend idéales pour le fraisage à grande vitesse. Elles présentent également une bonne résistance à l'usure abrasive, ce qui contribue à leur efficacité dans ce domaine. Des additifs de renforcement comme le SiC et le TiC améliorent leur résistance à l'abrasion, leur résistance mécanique et leur ténacité. La dureté élevée est une caractéristique essentielle des matériaux composites céramiques. Ces fraises possèdent également une excellente stabilité mécanique à haute température, une propriété particulièrement recherchée pour la conception de fraises spéciales destinées au fraisage à grande vitesse.

Caractéristiques principales des fraises : géométrie et dimensions

Nombre de cannelures et angle d'hélice pour des performances optimales

Le nombre de goujures influe considérablement sur l'évacuation des copeaux et la finition de surface. Les fraises à grand nombre de goujures offrent généralement une finition plus lisse car elles effectuent des passes plus courtes. Cependant, un nombre accru de goujures réduit l'espace dans les creux des goujures, ce qui peut limiter l'évacuation des copeaux, notamment les plus gros. Par conséquent, un nombre élevé de goujures est optimal pour les applications de finition où l'évacuation des copeaux est moins critique. À l'inverse, les opérations d'ébauche bénéficient d'un nombre de goujures plus faible afin de garantir un espace suffisant pour l'évacuation des copeaux.

Augmenter le nombre de goujures permet généralement d'obtenir un état de surface plus fin, car l'outil produit des copeaux plus petits. Cependant, cela peut entraver l'évacuation des copeaux en raison de l'espace réduit dans les creux des goujures. Un nombre réduit de goujures favorise une meilleure évacuation des copeaux, mais peut engendrer un état de surface plus rugueux, notamment pour les matériaux tendres. Le nombre optimal de goujures dépend de l'usinage spécifique, de l'état de surface souhaité et du matériau usiné.

Pour les opérations de finition, il est recommandé d'utiliser un grand nombre de cannelures. Cela permet d'obtenir des finitions plus lisses et de réduire les efforts de coupe. Si un plus grand nombre de cannelures augmente la robustesse de l'outil et convient aux matériaux plus durs, il réduit également la profondeur des cannelures, ce qui peut entraver l'évacuation des copeaux. Pour les opérations d'ébauche, un nombre de cannelures plus faible est préférable afin de garantir une évacuation adéquate des copeaux. La relation est claire : plus de cannelures permettent d'obtenir des finitions plus lisses, tandis qu'un nombre réduit de cannelures permet un enlèvement de matière plus rapide.

Pour l'ébauche, un nombre réduit de goujures assure des gorges plus larges, favorisant une évacuation efficace des copeaux. À l'inverse, les fraises à grand nombre de goujures conviennent aux opérations de finition. Elles enlèvent moins de matière et l'évacuation des copeaux n'a pas d'incidence significative sur ces dernières, ce qui permet d'obtenir des surfaces plus lisses. Ceci met en évidence un compromis : plus de goujures donnent une surface plus lisse, tandis que moins de goujures permettent une vitesse d'enlèvement de matière plus élevée.

Le choix du nombre de goujures implique un équilibre constant. Cet équilibre prend en compte la résistance de l'outil, l'espace d'évacuation des copeaux et la vitesse d'avance possible. Augmenter le nombre de goujures rend généralement l'outil plus résistant et capable de produire une meilleure finition. Cependant, cela réduit l'espace disponible pour l'évacuation des copeaux. Inversement, diminuer le nombre de goujures améliore l'évacuation des copeaux. Ceci se fait au détriment de la rigidité de l'outil et de la qualité de surface potentielle. Un nombre de goujures plus élevé se traduit par un diamètre de noyau plus grand et plus résistant. Un nombre de goujures plus faible nécessite des gorges plus profondes, ce qui conduit à un noyau plus petit et plus fragile. Le rôle principal des gorges est l'évacuation des copeaux. De larges gorges profondes (faible nombre de goujures) sont essentielles pour les matériaux produisant de gros copeaux, comme l'aluminium. Des gorges plus petites (nombre de goujures élevé) peuvent entraîner un recoupe des copeaux et une défaillance de l'outil en cas de mauvaise utilisation. Un plus grand nombre de goujures permet également des vitesses d'avance plus élevées et des finitions de surface plus fines. La charge de coupe est répartie sur un plus grand nombre d'arêtes, ce qui permet des passes plus fines et plus précises.

Nombre de flûtes	Diamètre du noyau (Résistance)	Vallée de la Flûte (Salle des Chips)	Débit d'alimentation potentiel	Finition de surface typique
Faible (2-3)	Plus petit / plus faible	Grand / Excellent	Ralentissez	Plus grossier
Élevé (4+)	Plus grand / plus fort	Petit / Pauvre	Plus rapide	Plus fin

Groupe de matériaux	Défi primaire	Nombre de flûtes recommandé	Pourquoi?
Matériaux souples (Aluminium, plastiques, laiton)	Grosses chips gélatineuses	2 ou 3 flûtes	Pour optimiser l'évacuation des copeaux et éviter le colmatage ou le soudage des copeaux.
Aciers à usage général (Carbone, alliage, fonte)	Résistance et stabilité de l'outil	4 flûtes	Pour une résistance accrue de l'outil, une coupe plus nette, une meilleure finition de surface et une durée de vie de l'outil prolongée.
Aciers trempés, titane, superalliages	Pression de coupe extrême, chaleur	5+ flûtes	Pour une rigidité maximale et une répartition optimale de la charge de coupe afin d'éviter les vibrations ou les ruptures.

L'angle d'hélice d'une fraise joue également un rôle crucial. Il influe sur les forces de coupe, l'évacuation des copeaux et l'état de surface. Pour le fraisage de l'acier, certains experts recommandent un angle d'hélice d'environ 3 à 5 degrés. Cependant, l'angle optimal dépend de facteurs tels que le diamètre du trou et la géométrie de la face de la fraise.

Un angle d'hélice élevé améliore considérablement la stabilité de coupe, notamment dans les matériaux difficiles à usiner.

• Un angle d'hélice plus important réduit les forces de coupe maximales. Il répartit la charge plus uniformément sur le tranchant.
• Des angles d'hélice plus importants améliorent la qualité de surface et réduisent les efforts de coupe dans l'alliage Ti6Al4V. Il en résulte une réduction de 34,71 % de l'effort de coupe moyen et une réduction de 276,32 % de la rugosité de surface.
• Un angle d'hélice de 45° permet d'obtenir une rugosité de surface optimale pour l'acier C45. Ceci démontre l'effet positif d'un angle d'hélice accru sur la qualité de surface lors de la coupe à grande vitesse.
• L'augmentation de l'angle d'hélice à 50° pour l'alliage AlZn5.5MgCu réduit les efforts de coupe et améliore l'évacuation des copeaux, ce qui accroît l'efficacité de la coupe.
• Des expériences menées sur MgO–WF montrent qu'augmenter l'angle d'hélice de 20° à 50° réduit les efforts de coupe et améliore la qualité de surface. Cela diminue la rugosité et l'usure de l'outil.
• Un angle d'hélice plus important (55 %) réduit les efforts de coupe et améliore l'intégrité de surface lors du fraisage de l'alliage d'aluminium 2024-T351. Ceci est crucial pour les pièces à parois minces et à faible rigidité.

Styles d'extrémité et leurs applications

Le style des extrémités des fraises détermine leurs principales applications et les types de caractéristiques qu'elles peuvent créer.

Les fraises à bout carré sont des outils polyvalents. Elles sont dotées d'une pointe plate et carrée aux angles vifs. Ces outils permettent un usinage simple des surfaces planes, des rainures et des profils. Leurs principales applications sont :

• Fraisage en bout : cette opération consiste à enlever de la matière de la surface d’une pièce pour obtenir des surfaces planes. Les fraises carrées en carbure, notamment celles à coupe centrale, sont particulièrement efficaces pour cette opération.
• Fraisage latéral : Cela consiste à utiliser un outil de coupe Dotées de dents latérales pour créer des rainures ou des fentes, les fraises à bout carré en carbure (acier rapide et coupe centrale) sont adaptées à l'enlèvement de matière sur le côté de la pièce.
• Coupe plongeante
• Machines à sous
• Pocher
• Applications générales de fraisage
• Création de fentes à fond carré
• Créer des poches à fond carré
• Découpe de surfaces planes
• Profilage

Les fraises à bout sphérique possèdent une extrémité de coupe sphérique. Cette conception les rend idéales pour l'usinage de surfaces profilées. Les fabricants les utilisent souvent pour :

• Contournage 3D et usinage de surface
• Fabrication de moules (moules d'injection, matrices de fonderie sous pression, outils d'emboutissage)
• Opérations de finition pour les pièces automobiles, électroniques grand public et industrielles
• Création de rayons parfaits dans les angles internes et les fonds de cavités
• Prototypage et applications artistiques impliquant des formes organiques
• Usinage de formes de contour tridimensionnelles
• L'industrie des moules et matrices
• Fabrication des pales de turbines
• Respect des exigences générales de rayon des pièces

Les fraises à rayon d'angle présentent un bord arrondi au lieu d'un angle vif. Cette conception permet un usinage plus fluide et prolonge la durée de vie de l'outil. Elle réduit les concentrations de contraintes aux angles, renforçant ainsi la résistance globale de la pièce usinée. Les angles arrondis contribuent à une meilleure répartition des forces de coupe, ce qui prolonge la durée de vie de l'outil, notamment lors de l'usinage de matériaux durs comme l'acier inoxydable. L'outil conserve son tranchant plus longtemps que les fraises à arêtes vives traditionnelles, ce qui engendre des économies et une productivité accrue grâce à la réduction de la fréquence de remplacement des outils.

Fonctionnalité	Fraises à rayon d'angle	Fraises à bout carré
Durée de vie de l'outil	Survivent systématiquement de 25 à 40 %	Sensible à l'écaillage et à l'usure prématurée
Répartition de la force de coupe	Répartir les forces de coupe de manière plus uniforme	Un angle vif agit comme un point de concentration des contraintes
Accumulation de chaleur	Réduction de l'accumulation de chaleur et de l'usure	Accumulation de chaleur plus élevée
Force de la partie	Élimine les transitions abruptes susceptibles de provoquer des concentrations de contraintes.	Peut provoquer des concentrations de stress
Avantages	Moins de changements d'outils, qualité des pièces plus constante, coûts d'outillage réduits, résistance accrue des outils, meilleur état de surface, durée de vie des outils prolongée, vitesses d'avance plus élevées	Sujet à l'écaillage et à l'usure prématurée, surtout avec les matériaux durs

Importance du diamètre et de la longueur de la fraise

Les dimensions physiques d'une fraise, et plus particulièrement son diamètre et sa longueur, influencent considérablement la stabilité, la précision et l'efficacité de l'usinage.

Le diamètre d'une fraise influe directement sur sa rigidité et sur la quantité de matière qu'elle peut enlever par passe. En général, utiliser le plus grand diamètre possible pour une application donnée améliore la rigidité et les performances. Un outil de plus grand diamètre supporte des forces de coupe plus importantes et réduit la déformation.

La longueur d'une fraise influe de manière critique sur la déviation de l'outil pendant l'usinage.

• Débordement de l'outilPlus l'outil dépasse du porte-outil, plus le risque de déformation est élevé. Ceci est dû à une diminution de la rigidité. Minimiser le porte-à-faux en fixant solidement l'outil est essentiel pour des conditions de coupe optimales.
• Longueur de la flûteDes cannelures plus courtes améliorent la rigidité et réduisent la déformation. La déformation est minimale lorsque seule la pointe de l'outil est en contact avec la fraise.
• Diamètre du noyau (pour les outils à longue cannelure)Pour les outils à longues goujures, c'est le diamètre du noyau, et non le diamètre de coupe, qui détermine la déformation. Les arêtes de coupe n'assurent aucun soutien structurel. Un diamètre de noyau plus important confère une plus grande rigidité.
• Lorsque le rapport entre la longueur et le diamètre d'un outil (l/ϕ) est significatif, la déviation de l'outil devient la principale cause des erreurs d'usinage.
• Pour maximiser la rigidité et minimiser la déformation, les fabricants recommandent d'utiliser l'outil le plus court possible.

Il existe des directives pour sélectionner la longueur minimale des fraises pour une profondeur de coupe donnée.

• Pour éviter d'endommager l'outil de coupe, minimisez la distance entre la pointe de la fraise et le porte-outil.
• Choisissez la longueur de fraise la plus courte possible pour maximiser la rigidité.
• Utilisez des fraises plus longues pour l'usinage de parois sans joint ou pour les opérations de finition dans les rainures ou les poches.
• Choisissez des fraises à longue portée lorsque des coupes continues et à pleine profondeur ne sont pas nécessaires, mais qu'une rigidité accrue est tout de même requise.

Pour le fraisage à haute efficacité (HEM), les fabricants recommandent d'exploiter au maximum la longueur de la goujure de la fraise. Cette approche permet des passes plus profondes, voire la réalisation d'une poche en une seule passe plutôt qu'en plusieurs. La répartition de l'usure sur une plus grande longueur de goujure prolonge la durée de vie de la fraise et autorise des paramètres d'usinage plus exigeants.

Des considérations spécifiques s'appliquent aux différents types de coupe :

• Pour les rainures, la profondeur maximale ne doit généralement pas dépasser le diamètre de la fraise. Par exemple, une fraise de 6,35 mm (1/4") peut usiner une profondeur de 6,35 mm (1/4") par passe.
• Pour les passes de profilage (profondeur de passe axiale), la profondeur de pénétration maximale de la fraise dans la pièce doit être d'environ 1,5 fois le diamètre de la fraise. Par exemple, une fraise de 6,35 mm (1/4") peut pénétrer jusqu'à 4,76 mm (3/16") de sa longueur. Cette recommandation concerne principalement la déformation de la fraise, bien que les outils en carbure puissent tolérer une déformation plus importante.

Considérations relatives à la machine et à son réglage pour les fraises

Rigidité de la machine et puissance de la broche

La rigidité de la machine et la puissance de la broche sont essentielles pour le choix des fraises. Ces caractéristiques influencent directement la profondeur de passe et l'avance optimales. Les machines rigides supportent des profondeurs de passe plus importantes et des forces plus élevées sans solliciter excessivement les composants. Les machines plus puissantes et plus stables gèrent efficacement les forces et les vibrations accrues. La puissance et la rigidité de la machine influent également directement sur l'avance. Les machines plus robustes permettent un enlèvement de matière plus rapide. Les machines moins puissantes peinent à atteindre des vitesses et des avances élevées, ce qui se traduit par des résultats médiocres. L'ajustement des paramètres en fonction des capacités de la machine CNC garantit des conditions de travail stables.

Les vibrations d'usinage provoquent des oscillations entre l'outil de coupe et la pièce. Il en résulte des états de surface médiocres, une durée de vie réduite de l'outil et des vitesses de coupe plus faibles. Les vibrations dégradent la qualité de surface, créant des ondulations indésirables. Dans les applications de haute précision, elles entraînent des taux de rebut élevés. Les vibrations ont un impact sur la durée de vie de l'outil et des broches, notamment pour les matériaux trempés. Le broutage sur les surfaces usinées dégrade la qualité de surface et la précision dimensionnelle. La vitesse de broche est un facteur primordial influençant les vibrations de l'outil. L'amplitude des vibrations augmente avec l'usure de l'outil et avec une vitesse de coupe/avance plus élevée. Réduire la vitesse de broche diminue significativement les vibrations de coupe.

Optimisation de la vitesse de coupe et des avances

L'optimisation des vitesses de coupe et d'avance est essentielle pour un usinage efficace et une durée de vie prolongée des outils. Les fabricants d'outils fournissent des vitesses de coupe recommandées pour différents matériaux. Par exemple, 100 pieds par minute (sfm) signifie que la surface extérieure de l'outil se déplace à 100 pieds par minute. La vitesse de coupe correspond à la vitesse tangentielle à l'interface de coupe. Vous pouvez calculer la vitesse de broche (tr/min) à l'aide de : vitesse de broche (tr/min) = vitesse de coupe (sfm) * 3,82 / diamètre de l'outil.

L'optimisation de l'avance permet de prévenir l'usure de l'outil et d'améliorer l'état de surface. Une avance trop élevée provoque des rebonds ou des sauts de l'outil, engendrant une surface rugueuse. À l'inverse, une avance trop faible entraîne un usinage prolongé, augmentant ainsi l'usure de l'outil. Déterminez l'avance idéale pour votre système de fraisage afin de réduire la rugosité de surface et d'allonger la durée de vie de l'outil. Commencez par des avances modérées et augmentez-les progressivement tout en surveillant le comportement de l'outil. Utilisez les vitesses et avances recommandées par le fabricant comme point de départ. Le réglage des avances permet d'éviter les fréquences naturelles de la machine, réduisant ainsi les vibrations et favorisant un fonctionnement plus fluide.

L'utilisation d'un fluide de coupe adapté a un impact significatif sur la vitesse et l'efficacité de la coupe. Les fluides de coupe réduisent la chaleur, améliorent l'évacuation des copeaux et prolongent la durée de vie de l'outil. Une application incorrecte peut entraîner une usure ou une déformation. Il est essentiel d'adapter le type et le débit du fluide de coupe au matériau et à l'opération. Ceci permet d'optimiser les vitesses de coupe sans endommager l'outil ni la pièce. Les recommandations générales concernant les vitesses et les avances supposent généralement l'utilisation d'un fluide de coupe. En cas de coupe à sec, il convient de réduire les vitesses afin d'éviter d'endommager l'outil. Certains revêtements, tels que l'AlTiN/TiAlN, sont conçus pour une utilisation à sec sur les aciers. La chaleur renforce leur durabilité. Un fluide de coupe peut provoquer un choc thermique sur ces revêtements, accélérant ainsi leur dégradation.

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Choisir la bonne fraise Cela implique d'évaluer systématiquement le matériau, l'opération, la géométrie de l'outil de coupe, les revêtements et les capacités de la machine. Privilégiez l'utilisation de l'outil le plus grand diamètre et le plus court possible pour une rigidité et des performances optimales. Consultez toujours les recommandations du fabricant. Effectuez des essais de coupe pour valider votre choix.

FAQ

Quel est le facteur le plus critique lors du choix d'une fraise ?

Le choix du matériau et de la géométrie de l'outil de coupe en fonction du matériau de la pièce à usiner est primordial. Cela garantit des performances optimales, une efficacité maximale et une durée de vie prolongée de l'outil.

Comment le nombre de cannelures influence-t-il les opérations de fraisage ?

Un plus grand nombre de cannelures permet généralement d'obtenir une finition de surface plus lisse, mais réduit l'espace d'évacuation des copeaux. Un nombre réduit de cannelures améliore l'évacuation des copeaux, ce qui est préférable pour les opérations d'ébauche.

Quand les machinistes doivent-ils utiliser une fraise à bout sphérique ?

Les machinistes utilisent des fraises à bout sphérique pour l'usinage de surfaces profilées et de formes 3D. Elles sont idéales pour la fabrication de moules, les opérations de finition et le traçage de rayons.

L'usure de l'outil est réduite et l'état de surface est amélioré. Une vitesse d'avance trop élevée provoque des rebonds ou des sauts de l'outil, ce qui engendre une surface rugueuse. À l'inverse, une vitesse d'avance trop faible prolonge le meulage et accroît l'usure de l'outil. Déterminez la vitesse d'avance idéale pour votre système de fraisage afin de réduire la rugosité de surface et d'allonger la durée de vie de l'outil. Commencez par des vitesses d'avance modérées et augmentez-les progressivement tout en surveillant le comportement de l'outil. Utilisez les vitesses et avances recommandées par le fabricant comme point de départ. Le réglage des vitesses d'avance permet d'éviter les fréquences naturelles de la machine, réduisant ainsi les vibrations et favorisant un fonctionnement plus fluide.

L'utilisation d'un fluide de coupe adapté a un impact significatif sur la vitesse et l'efficacité de la coupe. Les fluides de coupe réduisent la chaleur, améliorent l'évacuation des copeaux et prolongent la durée de vie de l'outil. Une application incorrecte peut entraîner une usure ou une déformation. Il est essentiel d'adapter le type et le débit du fluide de coupe au matériau et à l'opération. Ceci permet d'optimiser les vitesses de coupe sans endommager l'outil ni la pièce. Les recommandations générales concernant les vitesses et les avances supposent généralement l'utilisation d'un fluide de coupe. En cas de coupe à sec, il convient de réduire les vitesses afin d'éviter d'endommager l'outil. Certains revêtements, tels que l'AlTiN/TiAlN, sont conçus pour une utilisation à sec sur les aciers. La chaleur renforce leur durabilité. Un fluide de coupe peut provoquer un choc thermique sur ces revêtements, accélérant ainsi leur dégradation.

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Choisir la bonne fraise Cela implique d'évaluer systématiquement le matériau, l'opération, la géométrie de l'outil de coupe, les revêtements et les capacités de la machine. Privilégiez l'utilisation de l'outil le plus grand diamètre et le plus court possible pour une rigidité et des performances optimales. Consultez toujours les recommandations du fabricant. Effectuez des essais de coupe pour valider votre choix.

FAQ

Quel est le facteur le plus critique lors du choix d'une fraise ?

Le choix du matériau et de la géométrie de l'outil de coupe en fonction du matériau de la pièce à usiner est primordial. Cela garantit des performances optimales, une efficacité maximale et une durée de vie prolongée de l'outil.

Comment le nombre de cannelures influence-t-il les opérations de fraisage ?

Un plus grand nombre de cannelures permet généralement d'obtenir une finition de surface plus lisse, mais réduit l'espace d'évacuation des copeaux. Un nombre réduit de cannelures améliore l'évacuation des copeaux, ce qui est préférable pour les opérations d'ébauche.

Quand les machinistes doivent-ils utiliser une fraise à bout sphérique ?

Les machinistes utilisent des fraises à bout sphérique pour l'usinage de surfaces profilées et de formes 3D. Elles sont idéales pour la fabrication de moules, les opérations de finition et le traçage de rayons.