Les travaux d'usinage se heurtent souvent à des problèmes tels que la lenteur, l'augmentation des coûts et l'usure des outils. De nombreux ingénieurs et chefs d'atelier essaient d'accélérer les choses, mais ils craignent de perdre la qualité des pièces. Vous avez peut-être rencontré le terme "SFM" lors d'une réunion ou en feuilletant un manuel de machine. Vous n'y avez pas prêté attention. Vous vous demandez peut-être même si c'est quelque chose que vous devez savoir.
Voici la vérité : si vous ne comprenez pas ce que signifie l'AFD, il vous sera beaucoup plus difficile de tirer le meilleur parti de vos machines. Savoir comment il fonctionne peut vous aider à couper plus vite, à protéger vos outils et à maîtriser vos coûts. Voici une présentation claire de l'AFD et de ses liens avec les principes de base de l'usinage.
Qu'est-ce que l'AFD dans l'usinage ?
SFM signifie "Surface Feet per Minute" (pieds de surface par minute). Il mesure la vitesse à laquelle l'arête de coupe de l'outil se déplace sur la surface du matériau. Cette vitesse dépend de la vitesse de rotation de l'outil et de sa taille.
Pensez-y de la manière suivante : si un outil de coupe tourne trop lentement, la coupe risque de ne pas être nette. S'il tourne trop vite, l'outil risque de surchauffer ou de s'user rapidement. SFM donne un chiffre pour aider à trouver la bonne vitesse.
Ce chiffre est utile lors de la sélection des vitesses pour les fraises, les tours ou les perceuses. Il s'applique à la fois à l'outil et au matériau. Des matériaux différents ont besoin de SFM différents pour bien couper et éviter les problèmes.
L'importance de l'AFD dans l'usinage？
Le bon SFM permet aux outils de rester affûtés plus longtemps et d'obtenir des finitions plus lisses. Il permet également d'éviter les surchauffes, les vibrations et les pièces de mauvaise qualité. L'utilisation d'un mauvais SFM peut faire perdre du temps, endommager les pièces et user rapidement les outils.
Chaque combinaison de matériaux et d'outils a une plage de SFM recommandée. Le respect de cette fourchette favorise la cohérence. Il permet également de réduire les coûts de production et de remplacement des outils.
Les machinistes utilisent l'AFD pour régler la vitesse de rotation de la broche (RPM). Ils l'ajustent en fonction de la taille de l'outil et du type de matériau. L'usinage est ainsi plus sûr et plus fiable.
Les bases des pieds de surface par minute
L'AFD aide les machinistes à choisir la vitesse à laquelle un outil doit se déplacer sur le matériau. Cette section explique ce qu'il signifie et comment il est utilisé dans l'atelier.
Définir l'AFD en termes pratiques
Le SFM indique la distance parcourue par l'arête de coupe de l'outil sur la surface en une minute. L'unité est le pied par minute. Elle dépend de la vitesse de rotation de l'outil et de sa taille.
Par exemple, si vous utilisez un outil de grand diamètre, il couvrira une plus grande surface à la même vitesse de rotation qu'un petit outil. L'AFD vous aide à adapter le mouvement de l'outil au travail et au matériau.
Il s'agit d'un moyen de contrôler la vitesse de coupe à l'aide de chiffres réels. Les machinistes utilisent des tableaux ou des formules d'AFD pour choisir la bonne vitesse pour chaque outil et chaque matériau.
Comment l'AFD est lié à la vitesse de coupe？
La vitesse de coupe est la vitesse à laquelle le matériau rencontre l'outil de coupe. L'AFD est l'un des moyens de mesurer cette vitesse. Il se concentre sur le point de contact de la surface, là où l'outil touche la pièce.
Si le SFM est trop élevé, l'outil peut s'user ou tomber en panne. S'il est trop faible, la coupe peut être grossière ou lente. Un bon SFM signifie un meilleur contrôle des copeaux, un meilleur état de surface et une plus longue durée de vie de l'outil.
La vitesse de coupe est essentielle dans les deux tournant et fraisage. SFM facilite la comparaison des vitesses de coupe entre les machines et les travaux.
Différences entre l'AFD et le RPM
SFM et RPM sont liés, mais ils ne sont pas identiques. Le SFM mesure la vitesse à laquelle l'outil se déplace sur la surface du matériau. La vitesse de rotation est la vitesse à laquelle l'outil tourne en une minute.
Le SFM dépend à la fois de la vitesse de rotation et du diamètre de l'outil. Un outil plus grand a besoin de moins de tours/minute pour atteindre le même SFM. Un outil plus petit a besoin de plus de tours/minute pour atteindre cette vitesse.
Ainsi, lorsque vous changez d'outil, vous devez ajuster la vitesse de rotation pour conserver le même SFM. C'est pourquoi les machinistes calculent les deux avant de commencer une coupe.
Comment calculer le SFM？ ?
Pour utiliser l'AFD dans des emplois réels, vous devez savoir comment le calculer. Cette partie explique la formule, les données dont vous avez besoin et comment vous assurer que vos chiffres sont corrects.
Formule pour l'AFD
La formule standard de l'AFD est la suivante :
SFM = (π × Diamètre de l'outil × RPM) ÷ 12
Cela donne la vitesse de la surface en pieds par minute. Vous utilisez π (environ 3,1416) car il s'agit du mouvement circulaire de l'outil.
Cette formule permet de déterminer la vitesse de déplacement de l'arête de coupe sur la surface extérieure de l'outil.
Variables clés : Diamètre et vitesse de rotation
La formule SFM comprend deux variables principales : le diamètre de l'outil et la vitesse de rotation de la broche (RPM).
- Diamètre est la taille de l'outil au niveau de son arête de coupe, généralement en pouces.
- RPM est le nombre de tours effectués par l'outil en une minute.
Ces deux valeurs sont complémentaires. Un diamètre plus grand signifie une plus grande surface de déplacement par rotation. Une vitesse de rotation plus élevée augmente le nombre de tours par minute. La modification de l'une ou l'autre de ces valeurs affecte l'AFD.
Unités de mesure
L'AFD est mesurée en pieds par minute.
Pour que la formule fonctionne :
- Le diamètre de l'outil doit être exprimé en pouces
- RPM est toujours le nombre de tours par minute
- Diviser par 12 pour convertir les pouces en pieds (puisqu'il y a 12 pouces dans un pied).
Assurez-vous que toutes les unités sont correctes avant de calculer. Si vous mélangez des pouces et des millimètres, le résultat sera erroné. Vérifiez toujours vos entrées.
Comment convertir SFM en RPM ?
Il arrive que l'on connaisse le SFM souhaité mais que l'on doive trouver la vitesse de rotation correcte pour sa machine. Cette section montre comment inverser la formule SFM et obtenir la vitesse de broche appropriée.
Pour convertir le SFM en RPM, utilisez la formule suivante :
RPM = (SFM × 12) ÷ (π × diamètre de l'outil)
Cela donne la vitesse de rotation de la broche en tours par minute.
Vous avez besoin de deux choses :
- Le SFM cible pour le matériau que vous découpez
- Le diamètre de votre outil en pouces
Cette formule permet de régler correctement la machine. Elle permet d'éviter l'utilisation d'une vitesse incorrecte, qui peut user les outils ou endommager la pièce.
Disons que le SFM recommandé est de 300, et que votre outil a un diamètre de 1 pouce. Dans ce cas :
TR/MIN = (300 × 12) ÷ (3,1416 × 1)
RPM ≈ 1146
Vous devez donc régler votre broche à environ 1146 tr/min. Utilisez une calculatrice ou un tableau SFM pour gagner du temps lorsque vous effectuez souvent ces opérations.
SFM par matériau de la pièce
Des matériaux différents nécessitent des vitesses de coupe différentes. Cette section présente les valeurs SFM courantes pour les matériaux les plus répandus et l'influence de la dureté sur les chiffres.
SFM idéal pour l'aluminium, l'acier, le titane et les plastiques
Chaque matériau a une plage de SFM recommandée. Ces valeurs permettent d'équilibrer la vitesse de coupe, la durée de vie de l'outil et la finition de la pièce.
- Aluminium : 300 à 1 000 SFM
L'aluminium est souple et se coupe facilement. Vous pouvez utiliser des vitesses élevées sans endommager l'outil.
- Acier doux : 100 à 300 SFM
L'acier est plus rigide que l'aluminium. Il nécessite des vitesses plus lentes pour éviter l'accumulation de chaleur et l'usure de l'outil.
- Acier inoxydable : 50 à 200 SFM
L'acier inoxydable est robuste et se durcit rapidement. Un SFM plus faible permet de réduire les contraintes et de prolonger la durée de vie de l'outil.
- Titane: 30 à 70 SFM
Le titane est solide mais difficile à couper. Il nécessite des vitesses lentes pour contrôler la chaleur et éviter les défaillances de l'outil.
- Plastiques : 500 à 1500 SFM
Les plastiques varient considérablement. Les plastiques plus souples supportent des vitesses élevées, mais les plastiques durs ou chargés peuvent nécessiter des vitesses plus lentes pour éviter de fondre ou de s'écailler.
Il s'agit de fourchettes générales. Vérifiez toujours les spécifications de l'outil et du matériau pour obtenir des chiffres plus précis.
Ajustement de l'AFD en fonction de la dureté du matériau
Les matériaux plus durs nécessitent un SFM plus lent. Les matériaux plus tendres peuvent utiliser un SFM plus élevé. Cette règle permet d'éviter d'endommager l'outil et d'accumuler de la chaleur.
Par exemple, la coupe d'un acier trempé avec un SFM élevé peut émousser rapidement l'outil. Le découpage d'aluminium mou avec un SFM faible peut entraîner une mauvaise finition et des temps de cycle longs.
Le revêtement de l'outil et le type de matériau ont également leur importance. Les outils en carbure permettent un SFM plus élevé. Les outils en acier rapide peuvent nécessiter un SFM plus faible pour le même matériau.
Ajuster l'AFD en fonction de :
- Dureté du matériau
- Matériau de l'outil
- Capacité de la machine
Commencez par le bas de la fourchette, puis augmentez si la coupe est nette et si l'outil reste froid.
SFM en fonction de la vitesse d'avance
Le SFM et la vitesse d'avance travaillent ensemble pendant la coupe. Cette section explique comment ils interagissent et comment les équilibrer pour obtenir de meilleurs résultats d'usinage.
Comprendre la relation entre la vitesse et l'alimentation
Le SFM contrôle la vitesse de l'arête de l'outil dans le matériau. La vitesse d'avance est la vitesse à laquelle l'outil pénètre dans le matériau.
Si le SFM est trop élevé et l'avance trop faible, l'outil risque de frotter au lieu de couper. Si l'avance est trop élevée et le SFM trop faible, l'outil risque de s'ébrécher ou de se surcharger.
Les deux doivent correspondre pour obtenir des coupes nettes et un bon écoulement des copeaux. Une mauvaise adaptation peut entraîner l'usure de l'outil, un mauvais état de surface ou des contraintes sur la machine.
Équilibrage de l'AFD avec l'avance par dent ou par tour
La vitesse d'avance est souvent donnée comme suit :
- Avance par dent (FPT) pour le broyage
- Alimentation par tour (IPR) pour tourner
Pour calculer le taux d'alimentation total :
Vitesse d'avance = RPM × Nombre de dents × FPT
Pour tourner :
Vitesse d'avance = RPM × IPR
Une fois que vous connaissez le SFM et que vous l'utilisez pour obtenir la vitesse de rotation, vous pouvez calculer la vitesse d'avance. L'objectif est d'adapter l'avance au SFM afin que l'outil coupe, sans frotter ni surcharger.
Un SFM plus élevé signifie généralement une vitesse d'avance plus élevée. Mais l'avance doit rester dans les limites de l'outil et de la machine.
Quand donner la priorité à l'un plutôt qu'à l'autre？
Si la finition de la surface est essentielle, commencez par régler le SFM. Une avance plus faible avec un SFM correct permet d'obtenir une surface plus lisse.
Si la vitesse de production est plus importante, il faut se concentrer sur la vitesse d'avance. Utilisez l'avance la plus élevée que votre outil et votre pièce peuvent supporter, puis réglez le SFM en conséquence.
Surveillez constamment l'usure de l'outil et la forme des copeaux. Si les copeaux sont trop délicats ou poudreux, l'avance peut être trop faible. Si les copeaux sont épais et que l'outil s'ébrèche, l'avance peut être trop élevée.
Effets de l'AFD sur les performances d'usinage
L'AFD affecte directement les performances de vos outils, de vos pièces et de vos machines. Cette section examine comment il modifie la durée de vie de l'outil, l'état de surface, la chaleur et le contrôle des copeaux.
Impact sur la durée de vie de l'outil
Le SFM a un effet significatif sur la durée de vie de vos outils. Si le SFM est trop élevé, l'arête de l'outil devient trop chaude et s'use plus rapidement. S'il est trop bas, l'outil risque de frotter au lieu de couper, ce qui provoque également de l'usure.
Le fait de rester dans la bonne fourchette de SFM permet aux outils de couper proprement. Cela réduit les risques d'écaillage ou de rupture. Cela évite également de devoir changer constamment d'outil, ce qui permet d'économiser du temps et de l'argent.
Vous utilisez des outils revêtus ? Ils permettent souvent un SFM plus élevé, mais seulement si l'enlèvement des copeaux et le refroidissement sont maîtrisés.
Influence sur l'état de surface
Un SFM approprié permet de créer des surfaces lisses. Si le SFM est trop élevé, la coupe peut devenir rugueuse en raison des vibrations ou de la déviation de l'outil. S'il est trop bas, l'outil peut laisser des marques ou des bords irréguliers.
Un SFM stable maintient l'outil correctement engagé. Il coupe au lieu de traîner. La finition est ainsi plus nette et plus homogène, en particulier pour les travaux de finition.
Dans la plupart des cas, un SFM plus élevé avec une avance plus faible donne de meilleurs résultats en surface, mais vous devez rester dans des limites de sécurité.
Rôle dans la production de chaleur et le contrôle des copeaux
Un SFM plus élevé augmente la chaleur au niveau de l'arête de coupe. La chaleur ramollit l'outil et le matériau, ce qui peut entraîner une défaillance de l'outil ou de mauvaises coupes. Vous pouvez réduire ce phénomène en utilisant des liquides de refroidissement ou en choisissant des revêtements d'outils de meilleure qualité.
Le SFM modifie également la façon dont les copeaux se brisent et s'écoulent. Avec un bon SFM, les copeaux sont petits et s'enlèvent proprement. Avec un mauvais SFM, les copeaux peuvent coller, se boucher ou former de longues chaînes qui endommagent la pièce.
L'AFD et les limites de la machine
Même si les calculs semblent corrects, votre machine peut ne pas être en mesure de les exécuter. Cette section explique comment les limites de la machine affectent les choix de l'AFD et ce qu'il faut faire lorsque la théorie et la réalité ne correspondent pas.
Contraintes relatives à la vitesse de rotation maximale et à la puissance de la broche
Chaque machine a une vitesse de rotation maximale et une limite de puissance de la broche. Si la vitesse de rotation calculée pour le SFM souhaité est trop élevée, votre machine risque de ne pas l'atteindre.
Par exemple, les petits outils ont besoin d'une vitesse de rotation élevée pour atteindre le bon SFM. Mais certaines machines ne dépassent pas 6 000 ou 8 000 tr/min. Cela peut vous obliger à travailler en dessous du SFM idéal.
La puissance de la broche est également importante. Un SFM élevé sur des outils de grande taille ou des matériaux durs peut nécessiter un couple supérieur à celui que votre machine peut fournir. Un fonctionnement trop rapide sans suffisamment de puissance peut bloquer la broche ou endommager le moteur.
Quand abaisser l'AFD pour plus de sécurité？
L'abaissement du SFM peut réduire l'usure de l'outil, la chaleur et les vibrations. C'est un choix judicieux lorsque :
- Vous entendez des cliquetis ou voyez des marques d'outils
- Le matériel est compliqué ou incohérent
- L'outil est long ou fin et peut dévier
- L'installation est instable ou le serrage des pièces est faible.
La sécurité passe avant tout. Si vous n'êtes pas sûr de vous, commencez par un SFM plus faible et augmentez-le progressivement. Veillez à ce que les copeaux soient courts, les bords propres et l'outil froid.
Capacité de la machine-outil par rapport aux calculs théoriques
Les formules pour le SFM et le RPM donnent des chiffres idéaux. Mais les machines ont des limites : plafonnement du nombre de tours par minute, baisse de puissance à grande vitesse et problèmes de rigidité.
Les chiffres théoriques aident à planifier, mais la coupe réelle doit correspondre aux points forts de la machine. Testez toujours les coupes mineures, écoutez la machine et vérifiez la forme des copeaux et l'usure de l'outil.
De même, les machines plus anciennes peuvent ne pas maintenir des tolérances serrées à des vitesses élevées. Dans ce cas, une légère réduction du SFM peut donner des résultats plus stables et plus reproductibles.
GDF en Usinage CNC
Dans le domaine de la commande numérique, l'AFD est plus qu'un simple numéro : il fait partie intégrante du programme. Cette section explique comment l'AFD s'intègre dans le code G et comment le logiciel peut vous aider à le définir correctement.
Programmation de l'AFD en G-Code
Les machines à commande numérique ne lisent pas directement le SFM. Elles utilisent la vitesse de rotation, qui est calculée à partir du SFM en utilisant le diamètre de l'outil. La plupart des programmeurs effectuent le calcul SFM-RPM avant d'écrire le code.
Vous introduisez la vitesse de la broche en utilisant G97 (vitesse de rotation constante) ou G96 (vitesse de surface constante) dans votre code G.
- G96 règle la machine pour qu'elle maintienne un SFM fixe. Il ajuste automatiquement la vitesse de rotation en fonction de la position et du diamètre de l'outil.
- G97 définit une vitesse de rotation fixe. Elle ne change pas pendant la coupe, même si le diamètre change.
Exemple :
G96 S250 M03 (Ensemble 250 SFM, broche en place)
Cette fonction est utile pour les travaux de tournage où le diamètre change. La machine ajuste la vitesse de rotation pour maintenir la vitesse de la surface constante.
Pour le fraisage, la plupart des gens utilisent G97, calculent manuellement la vitesse de rotation et l'introduisent dans le programme.
Outils logiciels pour l'optimisation de l'AFD
De nombreux systèmes de FAO et calculateurs aident à définir le bon SFM. Vous entrez la taille de l'outil, le matériau et les spécifications de la machine. Le logiciel propose des vitesses et des avances basées sur des données de coupe standard.
Les outils les plus utilisés sont les suivants :
- Applications des fabricants d'outils (par exemple, Kennametal, Sandvik)
- Logiciel de FAO comme Fusion 360, Mastercam ou SolidCAM
- Calculateurs de GDF en ligne
Ces outils permettent d'éviter les approximations. Ils améliorent la précision et réduisent les essais et les erreurs dans l'atelier. Certains mettent même à jour les avances en temps réel en fonction de l'usure de l'outil ou de la géométrie de la pièce.
Conclusion
Le SFM (Surface Feet per Minute) est un élément clé de l'usinage. Il indique la vitesse à laquelle l'outil de coupe se déplace sur la surface du matériau. Le SFM permet d'équilibrer la vitesse de coupe, la durée de vie de l'outil, l'état de surface et la chaleur. Le bon SFM dépend de la taille de l'outil, du type de matériau et des limites de la machine. Il est utilisé pour calculer la vitesse de rotation et la vitesse d'avance et joue un rôle important dans la programmation de la CNC et le contrôle des copeaux.
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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
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