L'aluminium est une matière première industrielle importante. Cependant, en raison de sa dureté relativement faible et de son coefficient de dilatation thermique élevé, il se déforme facilement lors de l'usinage de pièces à parois minces et de plaques minces. Outre l'amélioration des performances des outils et l'élimination préalable des contraintes internes du matériau, plusieurs mesures peuvent être prises pour réduire au maximum sa déformation.
1. Usinage symétrique
Pour les pièces en aluminium présentant une surépaisseur importante, il est nécessaire d'éviter une concentration excessive de chaleur afin d'assurer une meilleure dissipation thermique et de réduire les déformations thermiques. La méthode permettant d'y parvenir est appelée usinage symétrique.
Imaginez, par exemple, qu'une plaque d'aluminium de 90 mm d'épaisseur doive être usinée à 60 mm d'épaisseur. Si la face usinée est immédiatement retournée, comme chaque surface est usinée à la dimension finale, la surépaisseur d'usinage sera importante, ce qui entraînera une concentration de chaleur et la planéité de la plaque d'alliage ne pourra atteindre que 5 mm.
Cependant, si la méthode de traitement symétrique des deux côtés est utilisée de manière répétée, chaque surface peut être traitée au moins deux fois jusqu'à ce que la taille finale soit atteinte, ce qui est bon pour la dissipation de la chaleur, et la planéité peut être contrôlée à 0.3 mm.
2. Usinage multiple stratifié
Lorsque des pièces en alliage d'aluminium comportent plusieurs cavités, il est facile de déformer les parois de ces cavités en raison d'une force inégale. La meilleure solution consiste à utiliser une méthode de traitement multicouche, c'est-à-dire à traiter toutes les cavités simultanément.
Au lieu de réaliser la pièce en une seule fois, on peut la diviser en plusieurs couches et l'usiner couche par couche jusqu'à la dimension requise. La force appliquée aux pièces sera ainsi plus uniforme et le risque de déformation moindre.
3. Sélectionnez un paramètre de coupe approprié
Le choix de paramètres de coupe appropriés permet de réduire la force de coupe et la chaleur qui en résulte. Lors de l'usinage, des paramètres de coupe trop élevés entraînent une force de coupe excessive, susceptible de déformer les pièces et d'affecter la rigidité de la broche ainsi que la durabilité de l'outil.
Parmi tous les paramètres de coupe, la profondeur de passe en retrait est le facteur qui influe le plus sur la force de coupe. Cependant, si la réduction du nombre d'outils de coupe permet d'éviter la déformation des pièces, elle diminue simultanément l'efficacité du processus.
Le fraisage à grande vitesse L'usinage à commande numérique permet de résoudre ce problème. En réduisant la profondeur de passe arrière, en augmentant l'avance et en améliorant la vitesse de la machine, on peut réduire l'effort de coupe et garantir l'efficacité du traitement.
4. Optimiser la capacité des outils de coupe
Les paramètres matériels et géométriques des outils de coupe influent fortement sur la force et la chaleur de coupe. Le choix judicieux des outils et de leurs paramètres est donc primordial pour limiter les déformations d'usinage des pièces.
Paramètres géométriques d'un outil susceptibles d'affecter ses performances :
Angle avant
TL'angle d'attaque doit être correctement réglé pour préserver la résistance de la lame, sinon le tranchant s'usera prématurément. Un réglage correct de l'angle d'attaque permet également de réduire la déformation lors de la coupe, d'assurer une évacuation fluide des copeaux et de diminuer l'effort et la température de coupe. N'utilisez pas d'outil à angle d'attaque négatif.
Angle arrière
L'angle de dépouille influe directement sur l'usure en dépouille et la qualité de la surface usinée. L'épaisseur de passe est un paramètre important à prendre en compte lors du réglage de cet angle. En ébauche, la vitesse d'avance élevée, l'effort de coupe important et la forte chaleur générée imposent une dissipation thermique adéquate. L'angle de dépouille doit donc être réduit. En fraisage de précision, en revanche, des arêtes vives sont nécessaires pour limiter le frottement entre la face de dépouille et la surface usinée, ainsi que les déformations élastiques. Dans ce cas, l'angle de dépouille doit être plus important.
Angle d'hélice
Pour stabiliser le fraisage et réduire la force de fraisage, l'angle d'hélice doit être aussi grand que possible.
Angle de déflexion principal
Une réduction appropriée de l'angle de déviation principal peut améliorer la dissipation de la chaleur et réduire la température moyenne de la zone de traitement.
Améliorer l'état physique des outils de coupe
La réduction du nombre de dents de la fraise permet d'accroître la capacité d'usinage, ce qui peut s'avérer utile lors du traitement des alliages d'aluminium. En raison des propriétés de ces alliages, la déformation lors de la coupe est plus importante, nécessitant ainsi un volume d'évacuation des copeaux conséquent.
Le rayon du fond du réservoir doit être plus grand et le nombre de dents de la fraise plus faible. Par exemple, on utilise deux dents pour les fraises de moins de 20 mm et trois dents pour celles de 30 à 60 mm afin d'éviter la déformation des pièces en alliage d'aluminium à parois minces due au colmatage par les copeaux.
dent de coupe à rectification de précision
La rugosité du tranchant des dents de la fraise doit être inférieure à Ra = 0.4 µm. Avant d'utiliser les nouvelles lames, affûtez délicatement les arêtes de coupe (avant et arrière) à l'aide de pierres à huile fines afin d'éliminer les bavures et les légères irrégularités. Cette opération permet de réduire la chaleur de coupe et de minimiser les déformations.
Contrôler strictement l'usure des outils
L'usure des outils entraîne une augmentation de la rugosité de surface de la pièce, de la température de coupe et des déformations. Par conséquent, outre le choix de matériaux d'outils offrant une bonne résistance à l'usure, le seuil d'usure ne doit pas dépasser 0.2 mm, sous peine de formation de nodules. Lors de la coupe, la température de la pièce ne doit pas excéder 100 °C afin d'éviter toute déformation.
5. Différentes approches
L'ébauche et la finition requièrent des approches différentes. L'ébauche consiste à enlever le surplus de matière sur la surface brute le plus rapidement possible et à vitesse de coupe maximale, afin de former le contour géométrique nécessaire à la finition. L'accent est mis ici sur l'efficacité du processus et le taux d'enlèvement de matière.
L'usinage de finition, quant à lui, exige une précision d'usinage et une qualité de surface supérieures. Il convient de privilégier la qualité du fraisage. Lorsque l'épaisseur de coupe des dents de l'outil diminue progressivement, le phénomène d'écrouissage est fortement réduit et la déformation des pièces peut être limitée.
6. Compression double des pièces à parois minces
Lors de l'usinage de pièces en alliage d'aluminium à parois minces, la force de serrage peut engendrer des déformations. Afin de limiter ces déformations, il convient de desserrer les pièces avant l'usinage aux dimensions finales, de relâcher la pression et de leur redonner leur forme initiale avant d'appliquer une nouvelle pression.
Le second point d'application de la pression se situe de préférence sur la surface d'appui, et la force de serrage doit être exercée dans le sens de la plus grande rigidité. Si tout est correct, la force de compression devrait suffire à maintenir la pièce en place sans la desserrer. Cette méthode exige un opérateur expérimenté, mais permet de minimiser la déformation des pièces usinées.
7. Perçage et fraisage
L'usinage de pièces comportant une cavité présente des difficultés spécifiques. Si la fraise est appliquée directement sur les pièces, les passes seront irrégulières en raison de l'espace insuffisant pour l'évacuation des débris. Ceci entraîne une forte accumulation de chaleur, la dilatation et la déformation des pièces, voire leur rupture ou celle de l'outil.
La meilleure méthode pour résoudre ce problème consiste à pré-percer puis à fraiser. Cela implique de percer d'abord le trou avec un outil dont le diamètre n'est pas inférieur à celui de la fraise, puis d'insérer la fraise dans le trou pour commencer le fraisage.
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