L'EFFET D'ARROSAGE PENDANT LE TRONCONNAGE

La qualite augmente, l'usure diminue

La combinaison de plaquettes particulièrement minces, nécessaires pour limiter à un minimum la perte de matière, et de matériaux souvent tenaces donne au tronçonnage l'image d'être une des formes d'usinage les plus difficiles à contrôler. Comme les copeaux s'évacuent difficilement hors de la gorge pendant le tronçonnage, la température de la plaquette peut augmenter rapidement, ce qui peut avoir des conséquences sur la qualité de la surface de la pièce. La mise en œuvre d'un arrosage correct peut apporter une amélioration.

Gauthier Geldhof

GARDER LES VIBRATIONS SOUS CONTROLE

Vc = 0 m/min au centre

Le tronçonnage est presque toujours l'étape finale d'une série d'opérations d'usinage et il ne peut pas être question d'erreur si on veut garder les coûts sous contrôle à la fin du trajet. Cet usinage ainsi que l'opération de saignage ou de rainurage équivalente diffère des autres opérations de tournage dans le sens où la vitesse de coupe, à une avance constante, diminue systématiquement à mesure que l'on approche du centre. Au plus on se rapproche de la ligne médiane, au plus l'outil sert à 'pousser' qu'à usiner. Logique donc que les forces augmentent sur l'interaction entre l'outil, la plaquette et la pièce.

Comment éviter le stress?

Outre la géométrie de la machine l'arête de coupe doit se situer précisément à hauteur du centre pour pouvoir tronçonner bien droit d'autres facteurs demandent une attention particulière pour finaliser correctement le process. Un des principaux facteurs est l'avance. Dans la pratique, il n'est pas rare de voir le tronçonnage se dérouler avec une avance faible, alors qu'une étude réalisée auprès des fabricants a montré qu'une avance supérieure génère une meilleure formation et évacuation des copeaux. Pour limiter à un minimum le stress agissant sur la plaquette et l'arête rapportée et éviter le bris d'arête de coupe, on réduit souvent la vitesse d'avance jusqu'à 75% à proximité du centre, et on conseille de désactiver l'arrosage à quelques millimètres du centre. Par ailleurs, la vitesse de coupe est souvent réduite pour limiter les vibrations inhérentes à cette action sur l'outil étroit et la plaquette. Une autre procédure qui peut aider à neutraliser les vibrations consiste à serrer la lame de tronçonnage selon une longueur de porte-à-faux la plus courte possible, par rapport au diamètre de la barre à usiner.

LE CONTROLE DES COPEAUX N'EST PAS UNE SINECURE

Chaque matériau se comporte autrement

Le contrôle de la formation des copeaux et de leur évacuation représente, plus dans le tronçonnage que dans d'autres opérations de tournage, une difficulté à laquelle il faut prêter une attention particulière. Il va sans dire que tous les matériaux ne se comportent pas de la même façon. Les types d'acier doux (comme le St 37 ou le St 52-3) ont par exemple tendance à former des copeaux plus longs alors que la fonte produit des copeaux courts. Pour limiter la perte de matériau, les copeaux deviennent plus minces, ce qui implique qu'ils ont tendance à se briser moins vite sous la force de leur propre poids. Si des copeaux longs et fins s'enroulent autour de l'outil durant le process, leur évacuation hors de la gorge est encore plus difficile, ce qui entraîne des dégâts à la plaquette et/ou génère une qualité de surface inférieure de la pièce. Chaque matériau véhicule différemment la température émise, ce qui a plus ou moins d'influence sur le process.

Géométrie de la plaquette

Le brise-copeaux est choisi en fonction des caractéristiques du matériau, pour plier et briser la matière usinée et obtenir des copeaux gérables qui s'évacuent sans problème hors de la gorge réalisée, sans endommager la surface de la pièce. Pour le tronçonnage, il y a le choix parmi des plaquettes à droite, à gauche, ou neutres. Etant donné que des forces latérales considérables se produisent avec des plaquettes à gauche et à droite, ce qui complique le tronçonnage droit, ces variantes ne s'avèrent être utiles que lorsque la lame de tronçonnage est serrée très courte. L'avantage d'une telle géométrie de coupe est que la pointe le petit bout de matériau qui reste accroché au centre de la pièce tranchée est plus petite que lorsqu'on opte pour une arrête de coupe neutre.

Caractéristiques de la plaquette

Pour les pièces à tourner tenaces, la plaquette doit être robuste et résistante aux chocs. S'il s'agit par contre de matériaux plus abrasifs, la résistance à l'usure doit être un paramètre caractéristique de la plaquette. Bien entendu, les revêtements, comme une couche de surface en PVC tenace, ont aussi leur influence. Pour maintenir intacte la qualité de surface et limiter à un minimum l'usure de l'outil (via une arête rapportée, par exemple), le tournage évolue de plus en plus vers le High-Speed Tooling, qui a lieu dans le prolongement du fraisage. Suite aux températures élevées qui peuvent se produire, l'interaction entre la géométrie de l'arête de coupe, le type de brise-copeaux, le type de matériau et le coating est généralement déterminée selon l'usinage d'un matériau spécifique. Mais il y a plus …

REFROIDISSEMENT

Si les paramètres du process et la géométrie de la plaquette sur l'outil ont leur influence sur la formation correcte de copeaux, l'usage correct de l'arrosage joue un double rôle qu'il ne faut pas négliger: d'une part dans l'évacuation efficiente des copeaux, et d'autre part dans la stabilité thermique pour protéger la surface de la pièce et la plaquette. L'arrosage augmente l'efficience, certainement lors du tournage de pièces ayant une faible conductivité thermique ou des matières collantes comme les aciers bas carbone, l'aluminium et les aciers inoxydables duplex.

Type d'arrosage

Le liquide d'arrosage est disponible en plusieurs variantes: synthétique, semi-synthétique ou minéral. Le bon choix, pour le tronçonnage, est principalement déterminé par les caractéristiques lubrifiantes. Dans le cas de matériaux difficiles comme l'acier inoxydable, le titane ou un superalliage comme l'Inconel 718, une émulsion contenant un pourcentage d'huile de 9 à 10% minimum est vivement conseillée. Pour le tronçonnage de composants en acier ou en fonte, un pourcentage de 6% devrait suffire.

High pressure cooling

Dans le cas du tronçonnage de matériaux difficilement usinables, comme le titane, caractérisés par leur faible absorption de chaleur, pour lesquels ils sont appréciés (notamment dans l'industrie aéronautique), il apparaît que le fractionnement de copeaux minces par les brise-copeaux est souvent plus difficile. Les aciers austénitiques et duplex inoxydables ainsi que les superalliages posent aussi des problèmes avec la formation des copeaux et leur fractionnement. Bien qu'une pression d'arrosage à partir de 20 bars fournisse déjà un effet positif, c'est surtout l'arrosage à haute pression (à partir de 40 jusqu'à 70 bars) qui, avec le brise-copeaux, donne un impact supplémentaire aux copeaux qui se décomposent et peuvent être évacués hors de la zone de coupe étroite. Actuellement, ce type d'arrosage devient un standard. De plus en plus de fabricants de machines introduisent sur le marché des machines capablesde fournir des pressions d'arrosage élevées, et des machines avec une pression d'arrosage jusqu'à 150 bars font même leur percée. La pression d'arrosage qui est finalement nécessaire pour briser les copeaux dépend, outre du matériau, du diamètre de la buse, de la profondeur de coupe et de l'avance.

Ultra high pressure cooling

Avec l'Ultra High Pressure Cooling un arrosage à une pression de 300 bars et plus le suivi est déjà assuré, bien qu'il faille une machine spéciale pour pouvoir l'appliquer. La technique est pour le moment presque exclusivement utilisée par les sous-traitants du secteur aéronautique, pour le tournage d'alliages de titane et pour les superalliages.

L'ARROSAGE AU BON ENDROIT

Suite à l'afflux constant de copeaux dans l'espace contigu de la zone de coupe étroite (pour limiter la perte de matériau), prévoir l'arrosage à cet endroit précis pour en tirer le meilleur avantage n'est pas une sinécure lors du tronçonnage (et par extension le rainurage). Pour cette raison, les fabricants d'outils, après l'introduction d'inducteurs
ou veines dans les outils proprement dits, ont lancé dernièrement pas mal d'innovations qui concernent principalement l'approche la plus idéale de l'arrosage, en tant qu'alternative au montage de canaux de refroidissement. Une buse d'arrosage placée du côté supérieur et dirigée vers la zone de coupe, serait avantageuse pour le contrôle des copeaux et leur fractionnement (même à une pression de 10 à 20 bars), tandis que la tête de pulvérisation le long du côté inférieur de la plaquette et focalisée sur la dépouille de l'arête aurait un effet positif sur la durée de l'outil par l'abaissement de la température dans la zone de coupe étroite. Cette approche serait surtout payante dans le cas du tournage de matériaux à surface durcissante (comme le titane, les superalliages et les types d'acier inoxydable qui durcissent immédiatement en surface lorsque la température augmente).

CONCLUSION

Les entreprises qui souhaitent usiner des pièces de tournage avec ou sans intervention humaine, cela vaut certainement la peine et c'est même indispensable d'accorder de l'attention aux différentes évolutions de l'arrosage. Le tronçonnage et le rainurage peuvent être mis en œuvre sans problème à condition de prévoir un contrôle correct des copeaux. Soyez conscient que l'arrosage n'est pas uniquement une solution pour freiner l'usure de l'outil mais une aide pertinente pour fractionner les copeaux et les évacuer idéalement. Si vous n'arrivez pas à briser les copeaux, le 'tronçonnage par à-coups' est une dernière possibilité pour réaliser un usinage efficient.