Foret à plaquettes indexables KSD pour châssis d'engins lourds : profondeur de perçage 2D, 3D et 4D, compatibilité des plaquettes et arrosage à 70 bars

Le fabricant chinois d'équipements de construction qui perdait six heures par quart de travail à cause du changement de foret à torsion

L'automne dernier, un fabricant chinois d'engins de chantier nous a contactés concernant un problème de productivité qui, depuis un an, engendrait des coûts importants pour l'usine. Celle-ci usinait des châssis d'engins lourds, principalement les longerons en fonte et les plaques de montage en acier qui constituent l'ossature structurelle des chargeuses sur pneus et des pelles hydrauliques. Le perçage représentait le goulot d'étranglement. Chaque longeron nécessitait entre 28 et 42 trous, et chaque trou était usiné avec carbure solide Les forets hélicoïdaux nécessitaient un changement d'outil complet toutes les 15 à 25 perforations. Le temps cumulé de changement d'outil sur un seul poste de 8 heures approchait les six heures, ce qui signifiait que l'opération de perçage consommait la majeure partie du temps de rotation de la broche sans produire de pièces.

Lorsque l'équipe d'ingénierie des procédés de l'usine a évalué l'opération, le diagnostic a été immédiat. Les forets hélicoïdaux étaient utilisés pour des diamètres de perçage de 18 à 32 mm, avec des profondeurs de perçage généralement comprises entre 25 et 45 mm. Or, c'est précisément dans cette plage de diamètres (18-32 mm) que les forets à plaquettes indexables de type KSD offrent le plus grand avantage en termes de productivité par rapport aux forets hélicoïdaux. En effet, la géométrie des plaquettes indexables permet des paramètres de coupe plus profonds et le changement de plaquette s'effectue en quelques secondes, contre plusieurs minutes pour un changement d'outil complet. L'usine a donc converti l'opération de perçage aux forets à plaquettes indexables KSD et le temps de changement d'outil a diminué d'environ 90 % dès le premier mois de production.

La leçon était claire : le choix entre foret hélicoïdal et foret à plaquettes indexables n’est pas une simple question d’outillage. Il fait toute la différence entre une opération de perçage qui consomme 75 % du temps de broche pour le changement d’outil et une opération de perçage continue grâce à l’indexage des plaquettes indexables. Pour la production de châssis d'équipements lourds comportant des dizaines de trous par pièce, le foret indexable KSD est la spécification standard, et non une option.

Derek a produit des indexables Outils de coupe Pour l'industrie métallurgique, la gamme de forets indexables KSD est un outil incontournable pour la production de châssis en fonte et en acier. Cet article présente le cadre de référence utilisé par notre équipe d'ingénierie lors de ses échanges avec les fabricants de châssis d'engins lourds concernant le choix du rapport de profondeur, la compatibilité des plaquettes et la pression du liquide de refroidissement par la broche. Ces éléments sont essentiels pour garantir les performances nominales du foret KSD en production.

Rapport profondeur/diamètre : 2D vs 3D vs 4D

Le rapport profondeur/diamètre est la principale spécification qui détermine le type de foret KSD adapté à la géométrie du trou. La notation est simple : un foret 2D perce à une profondeur égale à deux fois son diamètre, un foret 3D à trois fois son diamètre et un foret 4D à quatre fois son diamètre. Le choix entre ces trois types de forets dépend de la profondeur de perçage requise, du matériau de la pièce et de la rigidité de la machine.

Pour la production de châssis d'engins lourds, les profondeurs de perçage typiques sont :

• Trous de fixation du cadre latéral en fonte. La profondeur de perçage typique est de 12 à 25 mm, pour un diamètre de foret de 14 à 25 mm. Le rapport profondeur/diamètre est généralement de 1,5D à 2,5D, ce qui correspond aux caractéristiques des forets 2D. Le foret 2D est la spécification standard pour cette application.
• trous traversants pour l'assemblage de la plaque du cadre en acier. La profondeur de perçage typique est de 15 à 40 mm, avec un diamètre de perçage de 16 à 30 mm. Le rapport profondeur/diamètre est généralement de 1,5D à 3D, selon l'épaisseur de l'empilement de plaques. Le perçage standard est de type 2D ou 3D, le perçage 3D étant utilisé pour les trous plus profonds dans les plaques empilées.
• Trous de boulons du carter de transmission en fonte. La profondeur typique est de 25 à 60 mm, avec un diamètre de foret de 18 à 30 mm. Le rapport profondeur/diamètre est généralement de 1,5D pour 3D, le foret 3D étant utilisé pour les trous plus profonds dans la paroi du boîtier.
• Empilement de plaques de renforcement de cadre en acier. Profondeur typique de 30 à 80 mm, avec un diamètre de foret de 16 à 25 mm. Le rapport profondeur/diamètre peut dépasser 3D pour les empilements de plaques épaisses, et le foret 4D est utilisé pour ces applications.

Pour la plupart des productions de châssis d'engins lourds, les corps de forage KSD 2D et 3D couvrent la majorité des besoins de perçage. Le corps de forage 4D est utilisé pour les applications spécifiques où l'épaisseur des plaques ou des parois dépasse les capacités du 3D. Disposer des trois profondeurs de perçage permet de couvrir la gamme de production standard des châssis sans investir excessivement dans des outils spécialisés.

Compatibilité des inserts : géométries standard chez différents fabricants

Le corps de foret indexable KSD utilise les géométries d'inserts standard communes aux principaux fabricants de forets indexables. Les familles d'inserts compatibles avec le corps de foret KSD comprennent les géométries SPGN (carré positif), SPMT (carré positif avec trou) et WCMT (trigonal positif), qui constituent les géométries standard pour les plaquettes de foret indexables de 12 à 50 mm de diamètre.

L'interchangeabilité est déterminée par la géométrie standard des plaquettes, et non par la marque du fabricant. Un corps de foret KSD doté d'un logement de plaquette compatible peut accepter les plaquettes du fabricant d'origine (Derek) ainsi que celles d'autres fabricants produisant des plaquettes conformes à la même norme géométrique. Parmi les principaux fabricants de plaquettes compatibles figurent les leaders mondiaux de l'outillage de coupe des métaux.

Le Foret à plaquettes indexables KSD Le catalogue documente la géométrie spécifique des plaquettes pour chaque corps de foret, permettant à l'acheteur de confirmer les spécifications du logement de la plaquette avant de passer commande. foret indexable pour plaquettes Derek ou Sumitomo Un tableau de correspondance est disponible sur demande, l'équipe d'ingénierie fournissant le tableau de correspondance spécifique à chaque famille d'inserts pour chaque numéro de pièce.

Pour les fabricants d'équipement d'origine (OEM) qui utilisent déjà une gamme d'inserts spécifique dans leur parc d'outillage, le logement d'insert du corps de foret KSD peut être configuré pour correspondre à cette gamme. L'acheteur peut ainsi utiliser son stock d'inserts existant avec le corps de foret KSD, réduisant les coûts de stockage et simplifiant la chaîne d'approvisionnement en outillage. La spécification du logement d'insert est l'une des options de personnalisation les plus importantes pour les corps de foret KSD.

Pression du liquide de refroidissement à travers la broche : pourquoi 70 bars est le seuil de fonctionnement

La pression de 70 bars (environ 1015 psi) du liquide de coupe à travers la broche est la norme pour les forets à plaquettes indexables de type KSD, car le liquide doit être acheminé par les canaux internes directement jusqu'à l'arête de coupe. Au niveau de l'arête de coupe, le liquide remplit trois fonctions essentielles : refroidir la plaquette pour éviter les dommages thermiques, lubrifier l'interface copeau-outil pour réduire le frottement et évacuer le copeau de la goujure au fur et à mesure de sa formation.

Pour la fonte, les copeaux sont courts et pulvérulents, et la pression de 70 bars permet une évacuation efficace par la cannelure. Pour l'empilage de l'acier, les copeaux sont plus longs et plus filandreux, et la pression de 70 bars est nécessaire pour les fragmenter et les évacuer de la cannelure avant le passage de la cannelure suivante.

En dessous de 70 bars, l'évacuation des copeaux est incomplète et le foret subit un bourrage : les copeaux s'accumulent dans la goujure, celle-ci devient obstruée, le tranchant est privé de liquide de refroidissement, la plaquette surchauffe, le foret vibre et finit par casser la plaquette ou le corps du foret. La défaillance n'est pas progressive ; elle survient brutalement, passant d'un perçage réussi à une rupture catastrophique.

Pour les machines-outils à arrosage par la broche, la pression de 70 bars exige une pompe d'arrosage haute pression (généralement un système d'arrosage haute pression distinct du système d'arrosage standard de la machine), et les conduites d'alimentation internes de la machine doivent être conçues pour supporter cette pression. La compatibilité de la machine-outil est une condition préalable au déploiement du foret KSD.

Pour les machines-outils ne disposant pas d'une capacité d'arrosage à 70 bars, le foret KSD n'est pas adapté. L'acheteur doit évaluer d'autres spécifications de forets permettant d'obtenir la qualité de perçage et la productivité requises à une pression d'arrosage inférieure, ou envisager une mise à niveau du système d'arrosage de la machine-outil. Les spécifications du foret doivent toujours être adaptées aux capacités de la machine-outil et ne doivent pas être considérées comme universelles.

Considérations relatives au choix du matériau pour une structure en fonte ou en acier

La production de cadres en fonte et en acier requiert des paramètres de perçage KSD différents, et le choix de la nuance, de la géométrie et des paramètres de coupe des plaquettes diffère selon le matériau. La fonte est plus tolérante car les copeaux sont discontinus et les efforts de coupe plus faibles, tandis que l'acier est plus exigeant car les copeaux sont continus et les efforts de coupe plus élevés.

Pour la production de châssis en fonte, le foret KSD utilise un insert revêtu par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) qui résiste à l'abrasion due aux copeaux de fonte. Les paramètres de coupe sont généralement une vitesse de 200 à 250 m/min, l'avance par tour étant adaptée au diamètre du foret. L'usinage de la fonte est l'application la plus courante du foret KSD, et ses paramètres sont bien documentés pour tous les diamètres.

Pour la production de charpentes métalliques, le foret KSD utilise un insert revêtu par dépôt physique en phase vapeur (PVD) qui résiste à l'usure par adhérence et à la charge thermique des copeaux d'acier. Les paramètres de coupe sont généralement une vitesse de 150 à 200 m/min, l'avance par tour étant adaptée au diamètre du foret et à la nuance d'acier. L'usinage de l'acier étant plus exigeant pour l'insert, la fréquence d'indexage est plus élevée que pour la fonte.

Pour le perçage de plaques empilées dans la production de charpentes métalliques, le foret KSD doit assurer l'évacuation des copeaux sur toute la longueur de la pile, et la pression du liquide de refroidissement est cruciale. Un refroidissement par la broche à 70 bars est le minimum requis ; une pression plus élevée (jusqu'à 100 bars pour certains modèles de forets) est préférable pour les applications sur des plaques empilées plus profondes.

Calcul de la productivité : coût par trou vs coût par outil

Le choix entre un foret à plaquettes indexables KSD et un foret hélicoïdal en carbure monobloc repose en définitive sur le coût par trou, et non sur le coût de l'outil. Le coût unitaire d'un foret KSD est supérieur à celui d'un foret hélicoïdal en carbure monobloc, mais le coût par trou est inférieur car le foret KSD permet de percer davantage de trous par changement de plaquette et réduit le temps de changement d'outil par poste.

Le calcul standard de la productivité pour un foret KSD utilisé dans un environnement de production de châssis d'engins lourds est le suivant. Le corps du foret représente un coût d'acquisition unique, amorti sur sa durée de vie. Le coût unitaire des plaquettes indexables est amorti sur le nombre de trous réalisés par plaquette. La productivité horaire correspond au temps cumulé par trou (temps de coupe + temps d'indexage + temps de changement d'outil).

Pour un foret KSD de 25 mm utilisé dans la production de châssis en fonte, la durée de vie typique d'un insert est de plusieurs centaines de trous par plaquette indexable, et celle du corps du foret de plusieurs milliers. La productivité horaire est principalement déterminée par le temps de coupe, le temps d'indexage ne représentant qu'une faible fraction de ce dernier. Le coût par trou dépend donc essentiellement du temps de coupe, lui-même déterminé par les paramètres de coupe et la géométrie du corps du foret.

Pour les acheteurs OEM qui comparent les forets KSD et les forets hélicoïdaux, il est recommandé d'effectuer un calcul du coût par trou pour l'application spécifique, en utilisant les paramètres de coupe et la fréquence d'indexage réels mesurés dans leur environnement de production. Les chiffres de productivité des catalogues sont utiles à titre de comparaison, mais ce sont les chiffres de production réels qui constituent le fondement de la décision d'investissement.

Sélection de la nuance d'insert : L'ingénierie de pointe

Le choix de la nuance de l'insert est la spécification de second ordre qui influe sur les performances du foret KSD. Cette nuance est sélectionnée en fonction du matériau de la pièce, des paramètres de coupe et de la durée de vie souhaitée de l'insert. Les nuances d'insert standard pour les applications de forage KSD sont les suivantes :

• Nuances de carbure revêtues CVD pour fonte. Le revêtement CVD assure la résistance à l'usure abrasive des copeaux de fonte, tandis que le substrat en carbure garantit la ténacité nécessaire aux coupes interrompues. La nuance est choisie en fonction de la vitesse de coupe et de la durée de vie souhaitée de la plaquette.
• Nuances de carbure revêtues PVD pour acier. Le revêtement PVD assure la stabilité thermique et chimique des copeaux d'acier, tandis que le substrat en carbure confère la ténacité nécessaire aux forces de coupe élevées. Le choix de la nuance dépend de la vitesse de coupe, de la nuance d'acier et de la durée de vie souhaitée de la plaquette.
• Qualités de cermet pour applications de finition. Pour les applications de finition où l'état de surface est primordial, le cermet offre la résistance à l'usure et la qualité de finition requises. Plus onéreux que le carbure revêtu, son choix dépend des exigences en matière d'état de surface.

Le choix de la nuance de la plaquette est une spécification technique que l'acheteur doit aborder avec le fabricant de forets KSD. Ce choix dépend des paramètres d'application spécifiques, et l'équipe d'ingénierie du fabricant peut fournir une recommandation de nuance en fonction des paramètres de coupe et du matériau de la pièce.

L'intégration des machines-outils : ce que l'acheteur doit vérifier

Le foret à plaquettes indexables KSD nécessite une machine-outil conforme aux spécifications opérationnelles. L'acheteur doit vérifier les caractéristiques suivantes de la machine-outil avant l'utilisation du foret KSD :

• Puissance de broche La puissance de broche minimale requise pour un foret KSD de 25 mm dans l'acier est d'environ 15 à 20 kW ; une puissance plus élevée est nécessaire pour les diamètres plus importants ou les matériaux plus durs.
• Plage de vitesse de broche Cela concerne la plage de vitesses de coupe du foret. La plage de vitesses de coupe standard des forets KSD est de 100 à 250 m/min selon le matériau de la pièce, et la broche doit pouvoir atteindre cette plage complète.
• Plage de débit d'alimentation Cela concerne l'avance par tour de la perceuse. L'avance standard KSD est généralement de 0,1 mm/tr à 0,3 mm/tr, et la machine doit garantir la précision et la plage de réglage.
• Capacité de refroidissement par le biais de la broche La machine-outil doit être conçue pour une pression de 70 bars. Son circuit de refroidissement interne doit être dimensionné pour cette pression et présenter le débit et la capacité de filtration nécessaires à l'opération de perçage.
• Compensation de longueur d'outil concernant la longueur du foret. Le foret KSD est plus long qu'un foret hélicoïdal comparable, et la compensation de longueur d'outil de la machine-outil doit tenir compte de cette longueur.
• Course de l'axe Z pour la profondeur de perçage. La machine-outil doit avoir une course suffisante sur l'axe Z pour atteindre le trou le plus profond de la pièce à usiner, à la longueur maximale du foret.

Pour les fabricants d'équipement d'origine (OEM) qui évaluent le foret KSD en vue de l'acquisition d'une nouvelle machine-outil, les spécifications du foret doivent être définies dès la phase d'acquisition de la machine-outil. La puissance de la broche, la plage de vitesses et la pression du liquide de refroidissement de la machine-outil doivent être adaptées aux spécifications du foret. Pour les fabricants d'équipement d'origine (OEM) qui évaluent le foret KSD pour un parc de machines-outils existant, les spécifications du foret doivent être adaptées aux machines-outils spécifiques du parc, et les forets non adaptés à ces machines doivent être exclus de l'évaluation.

Cadre de normes et de référence

Les performances des forets à plaquettes indexables KSD sont vérifiées conformément aux normes internationales relatives aux outils de coupe des métaux. Parmi les normes applicables figurent les séries ISO 230/ISO 513 pour les essais d'outils de coupe et la classification des matériaux, la série ASME B94 pour la géométrie des plaquettes indexables et les dimensions des porte-outils, ainsi que la norme DIN 69871 et les normes similaires pour les interfaces de broche des machines-outils.

Le Comité ASME B94 Les normes relatives aux outils de coupe définissent la géométrie des plaquettes et les dimensions du porte-outil qui garantissent l'interchangeabilité entre les fabricants. portail des normes DIN Elle propose les normes nationales allemandes qui sont alignées sur les normes ISO et ASME pour le marché européen. Sandvik Coromant et Outils Seco Les ressources techniques fournissent des recommandations pratiques sur les paramètres de coupe, conformes aux normes internationales.

Le Association internationale du molybdène (IMOA) Ce document fournit les données de référence en science des matériaux pour les substrats en carbure utilisés dans les plaquettes indexables, la teneur en molybdène étant un paramètre clé pour les nuances destinées à la coupe de l'acier. Nuage d'usinage La base de données d'outils de coupe fournit la référence géométrique des plaquettes standard pour les familles de plaquettes de différents fabricants.

Recommandation finale : Choisissez le corps de foret adapté à l’application, et non au catalogue.

Pour les fabricants de châssis d'engins lourds qui évaluent le foret à plaquettes indexables KSD pour la production OEM, il est recommandé d'adapter les spécifications du corps du foret à la géométrie du trou et à la machine-outil. Le choix entre 2D, 3D et 4D est la spécification principale, la compatibilité des plaquettes est la deuxième, la pression du liquide de refroidissement par la broche la troisième et la compatibilité avec la machine-outil la quatrième. Ces quatre points doivent être pris en compte pour que le foret KSD offre les performances nominales en production.

Pour voir l'intégralité de Derek Foret à plaquettes indexables KSD Pour chaque gamme de produits, le catalogue documente le rapport de profondeur et la pression du liquide de refroidissement par diamètre de foret, ainsi que la compatibilité des plaquettes et les conditions d'intégration à la machine-outil spécifiées pour chaque référence. L'équipe d'ingénierie de Derek peut fournir une recommandation de foret spécifique en fonction des paramètres de production. requête de forage indexable processus de capture de l'enveloppe de fonctionnement et des caractéristiques de la machine-outil.

Pour les acheteurs souhaitant discuter des spécifications des forets KSD pour une application spécifique de production de châssis d'engins lourds, l'équipe technique de Derek est disponible pour des consultations d'ingénierie. Le délai de réponse standard est de 24 heures, avec la recommandation du foret, le paramétrage de coupe et les conditions d'intégration de la machine-outil fournis dans les délais habituels d'approvisionnement pour la production de châssis d'engins lourds.

À propos de l'auteur : L'équipe d'ingénierie des outils de coupe Derek se spécialise dans l'ingénierie d'application des forets indexables, des fraises à surfacer, des outils d'alésage, des fraises en bout et des porte-outils pour les secteurs des équipements lourds, de l'automobile, de l'énergie et de la métallurgie en général. Leur expertise s'appuie sur une solide expérience pratique en production et des conseils techniques directs aux fabricants de châssis d'équipements lourds concernant le choix du corps de foret, la compatibilité des plaquettes et l'intégration de l'arrosage par la broche.