Le fraisage est un procédé de fabrication par enlèvement de copeaux destiné à la fabrication de pièces présentant des contours géométriques bien définis ou des surfaces planes. On considère le fraisage comme un « usinage avec tranchant géométrique défini », la géométrie des arêtes de coupe sur les outils de fraisage respectifs étant déjà connue. Comme pour tous les procédés d’enlèvement de copeaux, la matière est enlevée d’une pièce brute sous forme de copeaux. Le matériau est éliminé, d’une part, par rinçage à l’huile ou à l’émulsion eau/huile et, d’autre part, par la rotation à grande vitesse de l’outil de fraisage autour de son propre axe, tandis que l’outil parcourt le contour à réaliser ou que la pièce se déplace. Ce mouvement peut être perpendiculaire ou oblique par rapport à l’axe de rotation de l’outil.
Le fraisage est très apprécié, en particulier dans la technique de transformation des métaux, pour son haut degré d’efficacité, de productivité et de précision. Lors du fraisage, on fait la distinction entre le fraisage 2D, le fraisage 2.5D et le fraisage 3D. Le D signifie « dimension », le chiffre précédent représentant le nombre de dimensions dans lesquelles le déplacement a lieu.
Sur quelles bases le fraisage repose-t-il? Quels sont les procédés existants ? Quels matériaux peut-on usiner?
Le fraisage fait partie des procédés d’usinage par enlèvement de copeaux avec tranchant géométrique défini. Ainsi, contrairement à d’autres procédés de fabrication tels que le ponçage, le rodage ou le polissage, le contour géométrique de la fraise est clairement défini, la fraise étant le composant principal. Celle-ci possède généralement plusieurs dents de coupe et peut être utilisée soit verticalement, soit obliquement par rapport à l’axe de rotation. L’utilisation de fraiseuses manuelles ou de centres d’usinage entiers est possible.
Dans le cas du fraisage, on distingue le fraisage en remontant du fraisage en avalant. Lors du fraisage en avalant, la fraise pénètre dans le matériau avec une plus grande section de copeau et en ressort avec une section minimale. Cette opération permet d’atteindre des tolérances particulièrement étroites en termes de qualité de surface. Outre le bois et le plastique, presque tous les métaux peuvent être travaillés. Le fraisage doit tenir compte de certains paramètres afin d’obtenir les contours souhaités et de satisfaire aux exigences relatives à certaines qualités de surface:
- Vitesse de coupe
La vitesse a une influence décisive sur la rentabilité du procédé et dépend du matériau et de la matière de coupe. - Largeur de coupe
La profondeur d’enfoncement de la lame de l’outil dans le matériau dépend de la largeur de coupe. Normalement, le rapport entre la largeur de coupe et la largeur d’outil est d’environ 2/3. - Mouvement d’avance
Elle a une influence considérable sur la qualité de la surface. Dans ce cas, plus la vitesse d’avance est rapide, plus l’usure de l’outil et la section du copeau, surtout pour les aciers alliés et les aciers fortement alliés, est élevée. - Angle d’attaque
L’angle d’attaque est l’angle entre l’entrée et la sortie du tranchant. Il détermine également le nombre de tranchants utilisés simultanément. Lorsque le nombre de tranchants augmente, l’opération de fraisage devient plus calme et régulière.
Quels sont les procédés de fraisage?
Selon le mouvement d’avance et le traitement de la surface, on utilise différents procédés, les principaux procédés de fraisage étant les suivants:
- Surfaçage: on peut ainsi obtenir une surface plane très précise à l’aide de têtes de fraisage en un temps très court. Conformément à l’invention, le procédé est caractérisé par une avance rectiligne et une rotation perpendiculaire à l’outil.
- Fraisage circulaire: ce procédé permet de réaliser principalement des surfaces cylindriques circulaires. En fonction de la forme souhaitée, une distinction supplémentaire est faite entre le fraisage circulaire interne et le fraisage circulaire externe.
- Fraisage de forme: un mouvement d’avance commandée permet de donner à des pièces des formes déterminées, par exemple, des arêtes ou des saillies, ou encore des surfaces planes et spatiales.
- Fraisage de taille: à cet effet, on utilise une fraise profilée qui exécute simultanément une course d’avance et une course de roulement. Les fraises de taille sont surtout utilisées pour la fabrication de roues dentées.
- Fraisage de profils: lors de ce procédé, un profil d’outil déterminé se forme sur la pièce lors de l’usinage au cours duquel des guidages peuvent également être usinés.
- Fraisage de pas de vis / fraisage de filetages: procédé permettant la fabrication ou l’usinage de pas de vis, de filetages et de broches par des courses d’avance hélicoïdales.
- Fraisage d’angles: procédé destiné à l’usinage de talons et de grandes surfaces.
- Fraisage de rainures: grâce à ce procédé, les rainures à la profondeur et à la largeur souhaitées ne sont pas problème.
Qu’est-ce que le fraisage 2D?
Lors du fraisage 2D, la pièce est usinée dans les deux directions spatiales X et Y. La profondeur d’usinage Z est préalablement déterminée, puis réglée de manière fixe et n’est plus modifiée. Au cours de l’usinage, les trajectoires des outils se trouvent dans un même plan.
Qu’est-ce que le fraisage 2.5D?
Lors de ce procédé, la pièce est usinée dans les trois directions spatiales X, Y et Z, la profondeur de passe Z varie pendant l’usinage sans qu’il soit nécessaire de remonter la pièce. La modification de profondeur de passe Z est également appelée « plongée » et chaque niveau Z est parcouru en trajectoire. Le fraisage 2.5D permettent de fraiser des perçages, des fraisures, des poches avec surfaces latérales verticales, des arrondis, des chanfreins, des rainures de clavette, des tourillons, des filetages et même des demi-hémisphères.
Qu’est-ce que le fraisage 3D?
Lors du fraisage 3D, il est possible d’usiner des pièces dans les trois directions spatiales X, Y et Z à l’aide d’une fraiseuse CNC à 5 axes. Le pivotement dynamique de la broche de fraisage ou de la table de serrage permet d’amener l’outil à la pièce sous n’importe quel angle. Ce procédé de fraisage permet de réaliser sans problème des contours 3D, de véritables surfaces de forme libre, des surfaces sphériques ou des excentriques.
Machines et outils utilisés pour le fraisage
Le fraisage requiert des fraiseuses ayant au moins trois axes à commande manuelle ou numérique. Cette dernière, beaucoup plus avantageuse, a remplacé presque entièrement les systèmes conventionnels. Grâce à des systèmes de programmation conçus pour l’atelier et à des changeurs d’outils intelligents avec surveillance de la durée de vie, il est également possible de réaliser les travaux de fraisage les plus exigeants à moindre coût.
Les fraiseuses requièrent des outils de fraisage spéciaux avec une ou plusieurs lames. La matière est enlevée de la surface de la pièce par des mouvements rotatifs. La stratégie utilisée, le mode d’entraînement et la forme de coupe dépendent fortement de la pièce à fabriquer.
Quelles tailles de copeaux respecter lors du fraisage?
Des formes très précises ne peuvent être obtenues qu’avec des paramètres optimums et en tenant particulièrement compte des paramètres suivants:
- Largeur de coupe: elle indique la largeur d’engagement de l’outil de fraisage dans la pièce. La largeur de coupe devrait être de 2/3 du diamètre de l’outil.
- Profondeur de coupe: on distingue la profondeur de coupe radiale (réglage radial de l’outil dans le cas des fraises cylindriques ou à disque) et la profondeur de coupe axiale (profondeur de réglage dans le cas des fraisage plan ou cylindrique qui correspond à la définition du volume de coupe dans le temps).
- Vitesse de coupe: elle est définie par le matériau à usiner et le matériau de coupe. Plus la vitesse de coupe est grande, plus la fabrication est économique.
- Course d’avance: elle détermine la qualité de la surface et la contrainte de coupe. Plus l’avance est grande, plus l’épaisseur d’enlèvement de copeaux, la contrainte de coupe et l’usure des outils sont grandes.
- Epaisseur de copeaux: dans le cas du fraisage en bout, la contrainte de coupe dépend de l’épaisseur moyenne du copeau. En revanche, pour le fraisage périphérique, la profondeur de coupe, le diamètre de fraisage et l’avance par dent déterminent l’épaisseur des copeaux.
- Volume d’enlèvement de copeaux: critère essentiel pour la rentabilité du processus de fraisage qui indique le volume d’enlèvement de la pièce à usiner par minute.
- Angle d’attaque: désigne l’angle entre l’entrée et la sortie de tranchant dont dépend également le nombre de tranchants requis. Plus il y a de tranchants/coupes en prises, plus le fraisage est tranquille.
Quels matériaux travailler lors du fraisage?
Le fraisage est considéré comme un procédé de fabrication par enlèvement de copeaux très efficace qui permet d’obtenir des qualités de surface élevées. Les principaux matériaux de fraisage sont l’acier et la fonte d’acier, les aciers trempés, l’aluminium et la fonte d’aluminium, le laiton, le titane, l’or, l’argent, le bronze, le cuivre, le tungstène-cuivre, le bois et les matières plastiques. Le fraisage est particulièrement apprécié dans l’industrie de transformation des métaux. Les outils de fraisage peuvent être utilisés dans les secteurs les plus divers : électrotechnique, médical, aérospatial, automobile, mécanique et outillage.
Qu’est-ce que le fraisage assisté par ordinateur?
Les fraiseuses peuvent aussi bien être actionnées manuellement qu’entièrement automatiquement et par ordinateur. Sur le PC, il est possible de programmer au préalable la forme exacte de la pièce à usiner, puis de la fraiser en toute autonomie. Dans le domaine industriel, ce type de fraisage présente le grand avantage de rendre la fabrication rapide et automatisée de nombreuses pièces parfaitement identiques.
Quelle différence y a-t-il entre le tournage et le fraisage?
Le tournage et le fraisage sont des procédés de fabrication par enlèvement de copeaux : les métaux, les matières plastiques ou le bois peuvent être façonnés selon une forme préalablement déterminée. Distinguer les deux procédés semble souvent poser problèmes. Pourtant, c’est très simple. Lors du fraisage, la pièce est immobile et l’outil de fraisage se déplace, tandis que lors du tournage, c’est l’inverse : la pièce se déplace autour de son axe et guide la coupe ; l’outil de tournage serré est guidé le long de la pièce sur un chariot. Les bancs de tours à commande numérique sont une exception car ils disposent d’axes commandés supplémentaires. Dans ce type de tournage, les outils sont mus par un entraînement supplémentaire.
Qu’est-ce qu’un fraisage?
Le fraisage fait partie des procédés d’usinage par enlèvement géométrique de copeaux (DIN 8589). Le fraisage permet de produire des surfaces planes et des pièces à symétrie de révolution/rotation. La forme du métal, du matériau plastique ou du bois est extrêmement précise, raison pour laquelle il est important de disposer de bons paramètres d’usinage et d’une vitesse de coupe adéquate, entre autres, pour obtenir des fraisages précis et respectueux des tolérances. Pendant ce processus, la pièce est solidement serrée, l’outil de fraisage se déplace le long du contour prédéterminé et enlève le matériau par des mouvements rotatifs.
Comment se déroule le fraisage en bout?
Le fraisage en bout permet de réaliser des surfaces planes avec un parcours de l’outil sans à-coups et d’excellentes qualités de surface : des coupes périphériques usinent le matériau et en éliminent les copeaux tandis que, dans la même opération, des coupes en bout finissent les surfaces. Dans une position symétrique de l’outil de fraisage par rapport à la pièce à usiner, les contraintes engendrées par le fraisage en avalant et en remontant se compensent.
Qu’est-ce que le fraisage de finition?
Les fraises de finition en acier rapide (HSS) ou en métal dur font partie du groupe des fraises cylindriques. Elles sont universelles et disponibles en différentes versions géométriques. Ainsi, chaque demande peut être exécutée avec compétence et précision absolue. Avec les systèmes de mandrins correspondants, il est généralement possible d’obtenir des qualités de surface jusqu’à Ra = 0,5 μm
Que signifie CAO?
CAO est l’abréviation de « Conception Assistée par Ordinateur » qui désigne des applications logicielles permettant la construction de composants par ordinateur. Grâce aux programmes de CAO spéciaux, il est possible de concevoir et de produire en 3D des modèles détaillés de composants souhaités. Cette technique permet d’éviter les erreurs avant le processus de construction et garantit un fonctionnement optimal des éléments de fraisage fabriqués.