De nombreuses entreprises ont du mal à respecter des délais de production serrés et à répondre à la demande de pièces précises. Les longs délais d'exécution et la lenteur de l'usinage entravent souvent les progrès. Pour rester compétitifs, les ateliers d'usinage ont besoin de méthodes plus rapides et plus fiables pour accomplir leurs tâches. L'usinage à grande vitesse permet de couper le métal rapidement, d'améliorer la qualité des pièces et de s'assurer que les produits sont livrés à temps.
De nombreuses équipes souhaitent savoir comment l'usinage à grande vitesse peut les aider dans leur travail. Voyons maintenant comment cela fonctionne et quand l'utiliser.
Qu'est-ce que l'usinage à grande vitesse ?
L'usinage à grande vitesse (UGV) est une méthode de coupe qui utilise des vitesses nettement plus élevées que l'usinage standard. Il implique des vitesses de broche plus élevées, des vitesses d'avance plus rapides et des déplacements rapides entre les coupes.
L'objectif principal est d'enlever rapidement de la matière sans générer de chaleur excessive. Des coupes rapides et légères permettent de maintenir les outils froids. Cela réduit l'usure de l'outil et donne une surface plus lisse à la pièce finie.
HSM utilise également des trajectoires de coupe spéciales qui évitent les virages serrés. Ces trajectoires douces réduisent la pression exercée sur la machine et sur la pièce. Les machines construites pour l'UGV sont plus robustes et réagissent plus rapidement pour suivre les mouvements rapides.
Techniques courantes d'usinage à grande vitesse
L'usinage à grande vitesse fait appel à des techniques spécialisées pour obtenir des résultats optimaux. Chaque méthode est conçue pour couper plus rapidement, réduire la chaleur et produire des pièces plus précises. Voici quelques-unes des principales façons dont les ateliers utilisent l'usinage à grande vitesse aujourd'hui.
Broyage trochoïdal
Le fraisage trochoïdal est une méthode de découpe de fentes ou de poches utilisant un mouvement en boucle. L'outil se déplace par petites trajectoires circulaires tout en avançant. Cela permet à l'outil de rester froid et de répartir la force de coupe. Cela permet à l'outil de durer plus longtemps et de couper plus profondément dans les matériaux durs.
Broyage de peaux
Le fraisage par écroûtage utilise une coupe étroite, en maintenant le mouvement de l'outil vers l'avant à une vitesse constante. L'outil "épluche" de fines bandes de matériau à chaque passage. Cela réduit la force exercée sur l'outil. Il fonctionne bien sur les métaux durs et maintient une faible chaleur.
L'empochement à grande vitesse
L'usinage de poches à grande vitesse est utilisé pour dégager de grandes zones à l'intérieur d'une pièce. La machine utilise des passes rapides et peu profondes plutôt que des coupes profondes. Cela permet d'éliminer rapidement les copeaux et d'éviter la casse de l'outil. Les parois de la poche sont également plus lisses.
Usinage de repos
L'usinage de reprise est une méthode qui permet d'affiner les petites zones que les coupes précédentes auraient pu manquer. Le logiciel identifie les zones où il reste de la matière et utilise des outils plus petits pour les compléter. Cela permet de gagner du temps et de conserver la précision de la pièce.
Fraisage dynamique
Le fraisage dynamique maintient l'engagement de l'outil dans le matériau à un rythme régulier. La trajectoire de l'outil change pour éviter les charges lourdes. Cela signifie que la machine peut utiliser des vitesses et des avances plus élevées. Cela réduit l'usure de l'outil et permet d'obtenir des pièces plus homogènes.
Perçage et taraudage à grande vitesse
Haut débit forage et tapotement utilisent des vitesses de broche élevées et des mouvements rapides. Les forets ou les tarauds entrent et sortent plus rapidement du matériau. Cela permet de raccourcir les temps de cycle. Des revêtements spéciaux et des liquides de refroidissement permettent de maintenir les outils affûtés et de réduire la chaleur.
Avantages de l'usinage à grande vitesse
L'utilisation de l'usinage à grande vitesse donne aux fabricants un avantage certain. Il accélère la production, améliore la qualité des pièces et prolonge la durée de vie des outils. Voici les principaux avantages que les équipes retirent de l'utilisation de cette méthode.
Productivité accrue
L'usinage à grande vitesse coupe plus rapidement. Il utilise des temps de cycle plus courts et réduit les temps morts. La machine passe plus de temps à couper et moins de temps à se déplacer entre les étapes.
Les ateliers peuvent produire plus de pièces dans le même laps de temps. Cela permet de respecter les délais et de traiter des commandes plus importantes sans avoir besoin de machines supplémentaires.
Amélioration de l'état de surface
Comme les outils se déplacent plus rapidement et effectuent des coupes plus légères, les surfaces finies sont plus lisses. Il y a moins de bavures et d'aspérités.
Cela peut réduire, voire supprimer, la nécessité de recourir à des mesures secondaires. polissage ou affûtage. Il permet d'économiser du temps et de la main-d'œuvre tout en améliorant l'aspect du produit final.
Réduction de l'usure des outils
L'UGV utilise des techniques qui réduisent l'effort de coupe et la chaleur. Moins de chaleur signifie moins de dommages à l'outil. Les trajectoires lisses de l'outil évitent également toute pression soudaine sur l'arête de coupe.
Par conséquent, les outils durent plus longtemps. Cela permet de réduire les coûts des outils et de maintenir une production stable.
Réduction de la consommation d'énergie
L'usinage à grande vitesse enlève la matière plus rapidement en utilisant des coupes plus petites et des trajectoires d'outils régulières. Les moteurs de la machine sont ainsi moins sollicités.
La machine consomme moins d'énergie par pièce. Au fil du temps, cela permet de réduire les coûts énergétiques et de favoriser une production plus efficace.
Facteurs clés des opérations d'usinage à grande vitesse
Pour tirer le meilleur parti de l'usinage à grande vitesse, plusieurs facteurs clés doivent fonctionner en tandem. Chacun d'entre eux influe sur la rapidité, la précision et la stabilité du processus. Voyons ce qui importe le plus.
Vitesse et puissance de la broche
L'usinage à grande vitesse nécessite des vitesses de broche élevées. De nombreuses installations tournent à plus de 10 000 tours par minute. La broche doit également disposer d'une puissance suffisante pour maintenir ces vitesses sous charge.
Des broches plus robustes peuvent supporter des coupes plus profondes ou plus rapides sans ralentir. Elles permettent également d'éviter le broutage et les mauvais états de surface.
Rigidité et stabilité de la machine
À grande vitesse, la moindre vibration peut endommager une pièce. Le bâti de la machine doit être rigide. Les composants doivent pouvoir résister aux flexions et aux secousses.
Une machine stable coupe plus facilement. Elle contribue également à protéger les outils et à prolonger leur durée de vie. C'est pourquoi la plupart des machines HSM sont dotées d'un châssis solide et de guides linéaires précis.
Optimisation des parcours d'outils
Les stratégies de parcours d'outils jouent un rôle important. L'usinage à grande vitesse fonctionne mieux avec des trajectoires qui évitent les virages serrés ou les changements de direction soudains.
Des trajectoires lisses et fluides maintiennent une charge de coupe régulière. Le logiciel de FAO aide à générer ces trajectoires. Il permet également d'éviter les coupes d'air et les chevauchements inutiles. Cela permet de gagner du temps et de protéger l'outil.
Maintien en position et fixation
À des vitesses élevées, même de petits mouvements de la pièce peuvent causer des problèmes. La pièce doit être maintenue fermement en place. Les pinces, les étaux et les dispositifs de fixation doivent résister aux vibrations et rester verrouillés.
Des fixations sur mesure sont souvent utilisées. Ils permettent de maintenir des formes complexes ou des parois minces sans les plier. Une bonne fixation garantit une meilleure précision et une meilleure répétabilité.
Applications dans tous les secteurs d'activité
L'UGV est utilisée dans diverses industries. Il aide les entreprises à produire des pièces détaillées plus rapidement et avec une meilleure qualité. Voici quelques domaines clés où l'UGV a un impact significatif.
Composants aérospatiaux
Le secteur aérospatial travaille souvent avec des métaux durs comme le titane et l'Inconel. Ces matériaux sont difficiles à usiner. L'UGV enlève le métal rapidement tout en respectant des limites de taille strictes. Il est couramment utilisé pour fabriquer des parois minces, supports, couvertureset les pièces structurelles. L'UGV permet de réduire le poids, d'améliorer la précision des pièces et de réduire le temps de production.
Pièces automobiles
Les constructeurs automobiles utilisent l'UGV pour les blocs moteurs, les pièces de suspension et les conceptions personnalisées. Les vitesses de coupe rapides permettent une production à grande échelle. Le procédé fonctionne bien avec l'aluminium et d'autres métaux légers qui contribuent à réduire la consommation de carburant.
Dispositifs médicaux
Les pièces médicales doivent être précises et très lisses. L'UGV est utilisée pour fabriquer des outils, des implants et des équipements d'essai. Il permet d'obtenir des détails nets et précis sur des matériaux tels que l'acier inoxydable, le titane et les plastiques. Cela permet souvent d'éliminer ou de réduire la nécessité d'une finition supplémentaire.
Fabrication de moules et de matrices
Le HSM est un outil important dans la l'industrie des moules et matrices. Il permet d'usiner les métaux durs avec une grande précision. Les surfaces plus lisses qu'il crée permettent de réduire les opérations de polissage ultérieures. Les vitesses de coupe rapides permettent aux outilleurs de livrer les moules rapidement, ce qui est particulièrement avantageux pour les petites séries ou les pièces personnalisées.
Bonnes pratiques pour la mise en œuvre
Pour obtenir les meilleurs résultats avec l'UGV, chaque aspect de l'installation doit être soigneusement étudié et optimisé. Le respect des bonnes pratiques permet de réduire les erreurs, de prolonger la durée de vie des outils et de maintenir une qualité constante.
Évaluer l'adéquation des pièces
Toutes les pièces ne se prêtent pas à l'usinage à grande vitesse. Il est essentiel de vérifier d'abord les besoins en matière de matériaux, de formes et de tolérances.
Les pièces aux parois minces, aux courbes serrées ou aux poches profondes sont généralement celles qui en bénéficient le plus. Les pièces plus simples ou les séries de faible quantité peuvent ne pas nécessiter la vitesse et le coût de l'UGV.
Choisir les bonnes machines-outils
La machine doit être conçue pour travailler à grande vitesse. Cela signifie qu'elle doit être équipée de broches rapides, de commandes de mouvement rapides et d'un châssis solide et rigide.
Si la machine est faible ou lente, elle peut vibrer ou laisser des surfaces rugueuses. Cela peut également réduire la durée de vie de l'outil et entraîner des erreurs.
Utiliser des outils de coupe de haute qualité
De bons outils sont essentiels pour l'UGV. Utilisez des outils tranchants, bien équilibrés, avec les bons revêtements et les bonnes formes pour une coupe rapide.
Les outils en carbure dotés d'un revêtement résistant à la chaleur, comme le TiAlN ou le diamant, sont souvent le meilleur choix. Veillez à ce que l'outil corresponde au matériau à découper.
Evacuation de la puce de contrôle
À grande vitesse, les copeaux s'accumulent rapidement. S'ils ne sont pas éliminés rapidement, ils peuvent endommager l'outil ou surchauffer la pièce.
Utilisez des jets d'air, du liquide de refroidissement ou des systèmes à haute pression pour évacuer les copeaux. Les trajectoires des outils doivent être ouvertes et les coupes doivent être légères pour faciliter l'écoulement des copeaux.
Maintenir la rigidité de la prise de travail
La pièce doit rester complètement immobile pendant la coupe. Tout mouvement entraîne un broutage, un mauvais état de surface ou un endommagement de l'outil.
Utilisez des pinces solides ou des fixations personnalisées. Maintenez la pièce près de la table pour limiter les vibrations. Une installation solide permet d'obtenir de meilleures coupes et d'allonger la durée de vie des outils.
Conclusion
L'usinage à grande vitesse est une approche moderne qui aide les fabricants à découper des pièces plus rapidement, avec une meilleure précision et une plus longue durée de vie de l'outil. Il s'appuie sur des vitesses de broche rapides, des trajectoires d'outils optimisées et des machines stables pour améliorer la productivité. Cette méthode est largement utilisée dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile, de la médecine et de la fabrication de moules.
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Hey, je suis Kevin Lee
Au cours des dix dernières années, j'ai été immergé dans diverses formes de fabrication de tôles, partageant ici des idées intéressantes tirées de mes expériences dans divers ateliers.
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Kevin Lee
J'ai plus de dix ans d'expérience professionnelle dans la fabrication de tôles, avec une spécialisation dans la découpe au laser, le pliage, le soudage et les techniques de traitement de surface. En tant que directeur technique chez Shengen, je m'engage à résoudre des problèmes de fabrication complexes et à favoriser l'innovation et la qualité dans chaque projet.
