RAINURER, C’EST COMME MARCHER SUR LA CORDE RAIDE
Le plus gros risque? Les copeaux se coinçant dans la rainure
Le rainurage n’est pas une opération facile parmi les tournages CNC. Le risque de détériorations de la pièce comme de l’outillage est bien réel. Le rainurage exige donc une combinaison équilibrée de la bonne machine, du bon outil, de la bonne technologie de lubrification-réfrigération, sans oublier le bon porte-outil. Rainurer, c’est comme marcher sur la corde raide.
Stabilité du processus: voici l’une des principales exigences lors du rainurage. Cela est toutefois plus facile à dire qu’à faire, surtout lors de l’usinage de plus grands diamètres. Plus la rainure est profonde, plus la longueur libre de l’outil de coupe est grande et plus le risque de vibrations est élevé. Même dans le cas de diamètres plus petits, la longueur libre ne peut pas toujours être gardée aussi minime que possible. Nous pensons p.ex. à l’usinage derrière une sous-broche. L’outil de coupe doit compenser les inconvénients d’une grande longueur libre. Il faut également tenir compte du fait que, lors du rainurage comme de la découpe, la charge de cette arête change constamment au fur et à mesure que l’outil de coupe se rapproche de l’axe du matériau. Si la rainure est plus profonde que large, plusieurs étapes d’usinage sont conseillées. La largeur de l’outil de coupe doit alors évidemment être plus petite que la largeur de la rainure. Si la rainure est plus large que profonde, il vaut mieux combiner l’entrée dans le matériau, puis le déplacement de l’outil dans le sens de la longueur de la pièce vers l’autre côté de la rainure.
IMPORTANCE D’UNE PRESSION SUFFISAMMENT ÉLEVÉE
Le tour est-il suffisamment puissant? Telle est la première question que l’opérateur doit se poser pour le rainurage. Justement en raison du risque de vibration du porte-outil, la machine doit être assez puissante pour pouvoir garantir la bonne vitesse de coupe. La vitesse de coupe et l’avance jouent un rôle majeur. Le rainurage avec une avance et une vitesse insuffisantes peut générer un ‘broutage’, et ainsi une longévité réduite de l’outil et une mauvaise qualité de la pièce. Une pression suffisante du système de lubrification-réfrigération s’impose aussi. Notamment dans le cas de rainures profondes, la pression de l’émulsion de lubrification-réfrigération est nécessaire pour évacuer les copeaux. Un refroidissement à pression élevée casse, en outre, les copeaux et évite qu’ils s’enroulent autour de l’outil de coupe. Plus l’émulsion arrive près du plan de coupe, plus tout l’usinage sera stable et fiable. C’est pourquoi les fabricants d’outils tentent dans les outils de rainurage et de coupe aussi de faire passer le refroidissement par l’outil, ce qui n’est pas toujours évident, car les porte-outils sont souvent fins. Une pression élevée est particulièrement nécessaire pour les rainures profondes. Pour protéger l’outil de coupe, la concentration du lubrifiant-réfrigérant peut être augmentée. Cela prolonge la durée de vie de l’outil. On peut aussi souvent exécuter l’usinage à des vitesses de coupe plus élevées.
STABILITÉ DU PORTE-OUTIL
La stabilité du porte-plaquette constitue un aspect essentiel lors du rainurage. Le porte-outil est, en effet, fin et, selon le diamètre à usiner, long. Les fabricants d’outils cherchent donc des compositions de matériaux spéciales améliorant la stabilité tout en réduisant le fléchissement et la fatigue. Lors du rainurage interne, la stabilité du système d’outil joue un rôle peut-être encore plus important. Une avancée sur ce plan est l’utilisation de barres d’alésage amortissant les vibrations pour le rainurage interne, p.ex. pour les composants pour l’industrie du pétrole et du gaz. Ces barres d’alésage sont dotées de mécanismes absorbant les vibrations et garantissant des conditions de coupe plus stables. Une telle barre d’alésage amortissant les vibrations peut surtout apporter des améliorations, lorsque des rainures doivent être usinées profondément dans une pièce.
PLAQUETTES
Avec des géométries de plaquettes spéciales, les fabricants d’outils essaient non seulement de casser les copeaux rapidement, mais aussi de les garder plus étroits que la rainure. Sinon, le copeau risque de se retrouver coincé, ce qui entraîne souvent la détérioration de la pièce et de l’outil. Pour les matériaux difficiles à usiner, des plaquettes avec des brise-copeaux sont recommandées. Attention, plus le brise-copeaux fait son travail agressivement, plus la durée de vie de l’outil sera courte. Ici, l’opérateur doit donc faire un choix cornélien: la fiabilité du processus ou la tenue d’outil? Une alternative pour le rainurage, p.ex. dans de l’Inconel, peut aussi être l’utilisation d’une plaquette céramique. Les matériaux de coupe céramiques ont l’avantage de résister à des températures bien plus élevées. Pour en profiter au maximum, il faut une stratégie adaptée, faisant en sorte que la température à la surface de la pièce augmente plus que ce à quoi les tourneurs sont habitués. Des outils de coupe céramiques permettent des vitesses de coupe bien plus élevées que des outils en carbure métallique. Cela est donc bon pour la productivité, mais la longévité des outils céramiques est dans un sens absolu inférieure à celle des outils en carbure. Si un niveau de finition élevé de la surface est exigé, une plaquette à géométrie wiper est recommandée.
USINAGE DE GORGES FRONTALES
Une application particulière du rainurage est l’usinage de gorges frontales, le tournage de rainures sur le chant de la pièce (voir aussi l’encadré). Cela est particulièrement compliqué, car le risque que des copeaux se coincent dans les rainures, est élevé si on n’utilise pas suffisamment de lubrifiant-réfrigérant. La gestion des copeaux constitue une condition pour cet usinage, tout comme un système rigide résistant aux forces de coupe survenant lors de cet usinage. Ces deux conditions doivent être remplies si on veut pouvoir utiliser des vitesses de coupe suffisamment élevées et être également productif lors de l’usinage de gorges frontales. Pour cette application, la rigidité du porte-outil doit être élevée. Dans cette optique, on peut utiliser éventuellement des barres d’alésage amortissant les vibrations. Il est également important que l’émulsion de lubrification-réfrigération arrive au mieux dans le plan de coupe. Le refroidissement supérieur et inférieur sur un outil augmente la fiabilité du processus lors de la réalisation de rainures profondes, un point notamment important pour la production autonome.
GORGES FRONTALES SUR UN CENTRE D’USINAGE?
La réalisation de gorges frontales et le rainurage sont des usinages typiques sur un tour CNC. Des rainures sont pourtant parfois nécessaires sur des pièces qu’on ne veut, pour l’une ou l’autre raison, pas réaliser sur un tour CNC. P.ex. sur des valves pour l’industrie du pétrole et du gaz dans lesquelles des bagues d’étanchéité doivent être placées. On peut alors aussi réaliser des gorges frontales sur un centre d’usinage CNC, à condition d’utiliser un outillage prévu spécialement pour cela. Deux inserts sont placés sur le porte-outil, parfaitement adaptés au diamètre de la rainure. Avec le logiciel spécial générant le code CN, des rainures peuvent ainsi être tournées. La pièce est immobile et les deux outils tournent: l’un usine l’extérieur de la rainure et l’autre, l’intérieur. Ce, en alternance.