Concept de conception des fraises en bout en carbure pour l'aluminium

Introduction

Lors de la conception de fraises en bout en carbure pour l'aluminium, il est essentiel de prendre en compte de manière exhaustive la sélection des matériaux, la géométrie de l'outil, la technologie de revêtement et les paramètres d'usinage. Ces facteurs garantissent un usinage efficace et stable des alliages d'aluminium tout en prolongeant la durée de vie de l'outil.

1. Sélection des matériaux

1.1Substrat en carbure :Le carbure de type YG (par exemple, YG6, YG8) est privilégié en raison de sa faible affinité chimique avec les alliages d'aluminium, ce qui contribue à réduire la formation d'arêtes rapportées (BUE).

1.2Alliages d'aluminium à haute teneur en silicium (8 % à 12 % Si) :Des outils revêtus de diamant ou du carbure à grains ultrafins non revêtu sont recommandés pour éviter la corrosion de l'outil induite par le silicium.

1.3Usinage à haute brillance :Des fraises en bout en carbure de tungstène à haute rigidité avec un polissage précis des arêtes sont suggérées pour obtenir un état de surface miroir.

2. Conception de la géométrie de l'outil

2.1Nombre de dents :Une conception à 3 dents est couramment utilisée pour équilibrer l'efficacité de coupe et l'évacuation des copeaux. Pour l'ébauche des alliages d'aluminium aérospatiaux, une fraise en bout à 5 dents (par exemple, Kennametal KOR5) peut être choisie pour augmenter la vitesse d'avance.

2.2Angle d'hélice :Un angle d'hélice important de 20° à 45° est recommandé pour améliorer la douceur de coupe et réduire les vibrations. Des angles excessivement importants (> 35°) peuvent affaiblir la résistance des dents, un équilibre entre l'affûtage et la rigidité est donc nécessaire.

2.3Angles de dépouille et de coupe :Un angle de coupe plus important (10° à 20°) réduit la résistance à la coupe et empêche l'adhérence de l'aluminium. Les angles de dépouille sont généralement de 10° à 15°, réglables en fonction des conditions de coupe, pour équilibrer la résistance à l'usure et les performances de coupe.

2.4Conception des goujures à copeaux :Des goujures en spirale larges et continues garantissent une évacuation rapide des copeaux et minimisent le collage.

2.5Préparation des arêtes :Les arêtes de coupe doivent rester tranchantes pour réduire la force de coupe et éviter l'adhérence ; un chanfreinage approprié améliore la résistance et empêche l'écaillage des arêtes.

3. Options de revêtement recommandées

3.1Non revêtu :Dans de nombreux cas, les fraises en bout en aluminium ne sont pas revêtues. Si le revêtement contient de l'aluminium, il peut réagir avec la pièce, provoquant une délamination ou une adhérence du revêtement, entraînant une usure anormale de l'outil. Les fraises en bout non revêtues sont rentables, extrêmement tranchantes et faciles à réaffûter, ce qui les rend adaptées à la production à court terme, au prototypage ou aux applications avec des exigences de finition de surface modérées (Ra > 1,6 µm).

3.2Carbone de type diamant (DLC) :Le DLC est à base de carbone, avec un aspect en forme d'arc-en-ciel, offrant une excellente résistance à l'usure et des propriétés anti-adhérence, idéal pour l'usinage de l'aluminium.

3.3Revêtement TiAlN :Bien que le TiAlN offre une excellente résistance à l'oxydation et à l'usure (durée de vie 3 à 4 fois supérieure à celle du TiN dans les alliages d'acier, d'acier inoxydable, de titane et de nickel), il n'est généralement pas recommandé pour l'aluminium car l'aluminium contenu dans le revêtement peut réagir avec la pièce.

3.4Revêtement AlCrN :Chimiquement stable, anti-adhérent et adapté au titane, au cuivre, à l'aluminium et à d'autres matériaux tendres.

3.5Revêtement TiAlCrN :Un revêtement à structure graduelle avec une ténacité, une dureté et un faible frottement élevés. Il surpasse le TiN en termes de performances de coupe et convient au fraisage de l'aluminium.

Résumé :Évitez les revêtements contenant de l'aluminium (par exemple, TiAlN) lors de l'usinage de l'aluminium, car ils accélèrent l'usure de l'outil.

4. Considérations clés

4.1Évacuation des copeaux :Les copeaux d'aluminium ont tendance à coller ; des conceptions de goujures optimisées (par exemple, arêtes ondulées, grands angles de coupe) sont nécessaires pour une évacuation en douceur.

4.2Méthode de refroidissement :

4.2.1 Privilégiez le refroidissement interne (par exemple, Kennametal KOR5) pour abaisser la température de coupe et évacuer les copeaux.

4.2.2 Utilisez des fluides de coupe (émulsions ou lubrifiants à base d'huile) pour réduire le frottement et la chaleur, protégeant ainsi l'outil et la pièce.

4.2.3 Assurez un débit de liquide de refroidissement suffisant pour couvrir la zone de coupe.

4.3Paramètres d'usinage :

4.3.1Coupe à grande vitesse :Des vitesses de coupe de 1 000 à 3 000 m/min améliorent l'efficacité tout en réduisant la force de coupe et la chaleur.

4.3.2Vitesse d'avance :L'augmentation de l'avance (0,1 à 0,3 mm/dent) augmente la productivité, mais il faut éviter une force excessive.

4.3.3Profondeur de coupe :Généralement de 0,5 à 2 mm, ajustée selon les besoins.

4.3.4Conception anti-vibration :L'hélice variable, l'espacement inégal des dents ou les structures à âme conique peuvent supprimer le broutement (par exemple, KOR5).

Conclusion

Les principes de conception de base des fraises en bout en carbure pour l'aluminium sont faible frottement, grande efficacité d'évacuation des copeaux et performances anti-adhérence. Les matériaux recommandés comprennent le carbure de type YG ou le carbure à grains ultrafins non revêtu. Les géométries doivent équilibrer l'affûtage et la rigidité, et les revêtements doivent éviter les composés contenant de l'aluminium. Pour les finitions à haute brillance ou les alliages d'aluminium à haute teneur en silicium, des conceptions optimisées des arêtes et des goujures sont essentielles. En pratique, les performances peuvent être maximisées en combinant des paramètres d'usinage appropriés (par exemple, grande vitesse, fraisage en opposition) avec des stratégies de refroidissement efficaces (par exemple, liquide de refroidissement interne).