Réduire les vibrations pour un meilleur usinage
Depuis plus d'un siècle, les opérateurs recherchent les causes des vibrations dans l'usinage et apprennent à les prévenir. Le "broutage" CNC est une vibration auto-excitante qui peut être imputée à l'outil coupant ou à la pièce usinée. Lorsque les vibrations provoquent de mauvais états de surface et/ou une usure excessive de l'outil au point de compromettre sa durée de vie, il devient nécessaire de résoudre ce problème.Le broutage, une forme de vibration indésirable, est présent dans pratiquement toutes les formes d'usinage et est fréquent lors du fraisage dans les angles. Dans l'article qu'il a adressé en 1906 à l'American Society of Mechanical Engineers, Frederick Taylor a qualifié ces vibrations de « problème le plus obscur et le plus délicat de tous ceux auxquels est confronté le machiniste ». Malgré les progrès quantiques de la technologie, l'industrie manufacturière continue de s'attaquer à ce problème obscur et délicat.
Bien que les vibrations dans l'usinage se présentent sous de nombreuses formes, ce sont les vibrations de résonance qui se produisent lorsqu'un composant vibre à la fréquence de résonance naturelle d'un autre composant ou à une fréquence proche de celle-ci et l'amplifie. Dans de nombreux cas, les efforts de coupe créent une vibration au niveau de l'arête de coupe qui est égale ou proche de la fréquence de résonance de l'outil coupant. La vibration « auto-excitante » qui en résulte est connue sous le nom de broutage (chatter), qui se répercute sur l'outil coupant ou sur la pièce usinée.
Il existe plusieurs causes potentielles à ces vibrations. Des outils coupants étroits, des pièces à parois minces, des efforts de coupe trop élevés, des géométries d'outils inappropriées et des paramètres de coupe ou des stratégies d'usinage inadaptés sont autant d'éléments qui peuvent provoquer ou contribuer au phénomène de broutage. Les premiers signes de vibration sont des bruits aigus émis par la machine et un aspect festonné, ondulé ou rugueux de l'état de surface.
Le broutage s'accompagne d'un impact économique non négligeable. L'état de surface inacceptable (mentionné précédemment comme indicateur de vibrations) nécessite des processus secondaires pour répondre aux exigences requises. En outre, le broutage peut se traduire par une usure excessive de l'outil, ce qui augmente les coûts de stocks et crée des temps d'arrêt en raison des changements fréquents. En outre, le broutage peut endommager la broche et la machine-outil.
Le broutage, en soi, n'est pas toujours un problème dans le processus d'usinage. Cependant, lorsqu'il provoque de mauvais états de surface et/ou une usure excessive de l'outil au point de compromettre la durée de vie de l'outil, le remède aux vibrations de l'outil devient nécessaire.
Pour minimiser ces vibrations, utilisez toujours les outils et porte-outils les plus rigides disponibles. Le même principe s'applique au maintien et à la fixation des pièces. Raccourcissez autant que possible les porte-à-faux de l'outil et réduisez les vibrations à l'aide de barres antivibratoires. Assurez-vous de l'acuité, des arêtes vives de vos outils et que les conditions de coupe appropriées sont utilisées. Si des réglages sont nécessaires, envisagez de réduire les profondeurs de coupe et les efforts de coupe. En ce qui concerne l'ensemble de la machine-outil, il convient de réfléchir à d'autres vitesses de broche susceptibles de réduire les harmoniques globales dans le système.
Dans les derniers épisodes de #SecoTechTalk, Jay Ball, Chef Produit chez Seco, vous montre comment calculer le rayon d'angle minimum pour n'importe quel produit de fraisage carbure monobloc afin d'éviter de bloquer l'outil dans un angle. Le fait de laisser à la machine-outil le temps de former un arc élimine le broutage et améliore la durée de vie de l'outil et les états de surface.
Pour obtenir des conseils pour tirer le meilleur parti de vos opérations d'usinage, retrouvez d'autres épisodes de #SecoTechTalk de Jay sur l'Instagram de Seco. Vous y trouverez des conseils pratiques pour rendre votre usinage plus efficace et plus durable. N'hésitez pas à lui laisser un commentaire pour lui faire savoir les sujets que vous voudriez qu'il aborde par la suite.
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