Particularités du fraisage avec petits outils et micro-outils

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1 Particularités du fraisage avec petits outils et micro-outils Tiziano Sichi Votre logo

2 Facteur d'échelle lors du fraisage Ø d'outil grand v c f z a p a e Ø d'outil petit v c f z a p a e Les lois générales du macro usinage ne sont pas entièrement applicables pour les outils de micro usinage

3 Épaisseur de copeau (h 1) > épaisseur d'usinage (h) (écrasement de copeau) h 1 h Épaisseur d'usinage (typique >> env. 10µm)

4 ? h 1 Rayon d'arête de coupe «R» h R Epaisseur d'usinage critique si h R!!! L'angle de coupe devient très négatif! Efforts importants Déflection "Formation de copeaux"

5 L'épaisseur d'usinage change à l'engagement Avance par dent: fz Approche radiale: ae Direction d'avance a e f z épaisseur d'usinage moyenne dépend de f z et a e

6 Epaisseur d'usinage moyenne Avance par dent: fz Approche radiale: ae épaisseur d'usinage moyenne petite a e a e f z f z épaisseur d'usinage moyenne grande

7 Ex.: efforts lors du fraisage outil Ø 12mm Ø = 12mm fz= mm fz= 0.085mm a p = 3mm Q1 F= 700N Q2 F= 1000N a p = 6mm Q2 F= 1400N Q3 F= 2000N a p = 12mm Q3 F= 2800N

8 Conséquence "juste" pour un micro-outil:??? Ø 1.0mm ap aussi faible que possible «à cause d'efforts» ap: minimal? ae: maximal? ae aussi grand que possible «à cause d'épaisseur d'usinage moyenne» fz aussi faible que possible «à cause d'efforts»

9 Ø 1.0mm ap: minimal? ae: maximal?! Problème: Concentration des efforts dans les angles Faible longueur de taillant à l'engagement, usure

10 Conditions d'utilisation des fraises MD fz (µm) Alu Acier Inox Laiton >HRc Inconel Acier Ø micro-outil Ø d'outil std

11 ap:0.2mm ae:0.1mm Ø 1.0mm ap:6.0mm ae:2.0mm Ø 4.0mm a p a e x d % x d x d (acier trempé) % Ø micro-outil Ø d'outil std Ø micro-outil Ø d'outil std

12 Arrondi optimal de l'arête de coupe pour fraise MD Rayon de l'arête de coupe (µm), (acier d'amélioration), (57HRc) Source: Platit AG Diamètre d'outil (mm)

13 brut avec revêtement "arrondi" Arêtes de coupe, fraise Ø 10mm

14 (Même agrandissement) WC grandeur de grain!

15 Épaisseur de copeau (h 1) > épaisseur d'usinage (h) h 1 (écrasement de copeau) h Épaisseur d'usinage (typique > env. 20µm) D Épaisseur de couche? h R Rayon de l'arête de coupe

16 Exemple revêtement diamant R = 7µm

17 Copeaux lors du fraisage avec petits outils Outil Ø 4mm Outil Ø 0.6mm

18 Formation de copeau lors du fraisage de passages f z Coupe "épluchage" a p

19 Sens de coupe ap

20 Épaisseur de copeau max. comparable à l'avance par dent fz = 93µm fz = 93µm Laiton Acier

21 Ex. fraisage de poches (vitesse de coupe non évolutive mais const.) Macro (données catalogue) Fraise Ø 4mm Matériau Poche 26x26mm, profondeur 6mm ap= 6mm ae= 1.6mm fz=25um Macro Fraise Ø 4mm Matériau Poche 26x26mm, profondeur 3.2mm ap= 0.6mm ae= 1.6mm fz=25um Micro Fraise Ø 4mm Matériau Poche 26x26mm, profondeur 0.9mm ap= 0.6mm ae= 1.6mm fz=25um Micro (données catalogue) Fraise Ø 0.6mm Matériau Poche 4x4mm, profondeur 0.48mm ap= 0.48mm ae= 0.09mm fz=14um

22 Épaisseur d'usinage minimale Fraise Ø 4.0mm fz= 6.2µm fz= 12.5µm fz= 25µm Fraise Ø 0.6mm fz= 3.5µm fz= 7µm fz= 14µm

23 Comparaison usinage micro/macro Données catalogue proportionnées de micro-outil à macro-outil ap, ae, fz,.. (x 6.66) Fraise Ø 0.6mm (ap=0.48mm, ae=0.09mm) fz= 3.5µm fz= 7.0µm fz= 14µm Fraise Ø 4.0mm (ap=3.2mm, ae=0.6mm) fz= 12µm fz= 23µm fz= 46µm fz= 93µm

24 Copeaux avec outil demi-rond Ø 1mm, 3xd (acier trempé, 54HRc) fz = 30µm fz = 7µm

25 Copeaux avec outil demi-rond Ø 1mm, 15xd (acier trempé, 54HRc) fz = 30µm fz = 7µm Déflection!...

26 Conditions d'engagement identique d'un micro-outil Ø 1mm: 3xd 15xd fz = 7µm fz = 7µm

27 F charge (N) Déviation f (mm) Longueur L (mm) (mm) Déviation f (mm) avec F=10N, L=20mm f = const. * F * L3 / d 4 Diamètre de tige (mm)

28 Efforts typiques lors du fraisage avec des micro-outils Outil 4-XXIX à 4-XXXV Matière à usiner D=0.2 à 2.0 mm Titane avec revêtement (90MnCrV8) Paramètres d usinage Avance par dent fz D/50 Prof. de coupe ap D/5 Vitesse de coupe vc Variable Largeur de coupe ae Coupe pleine dans le sans de l avance perpendiculaire à l avance Newton! Diamètre d outil Diamètre d outil Source: Technische Uni Berlin, Kai Schauer

29 Déviation d'outil Outil en usinage Outils en sortie

30 Essais de flexion 4 pts sur tiges de métal dur brutes et avec revêtement Module de flexion (GPa) blank Brute PVD Schicht Revêtement PVD Diamètre tige MD (mm)

31 Expérience avec revêtement irrégulier (d'un côté) 3 µm 1 µm

32 Influence du revêtement sur la concentricité Couche env. 2µm (Ø = 3mm) 5mm (Ø = 0.5mm) Concentricité (mm) après revêtement d'un côté: env. 20µm 25mm 10mm (Ø = 1mm) Concentricité (mm) après revêtement d'un côté: env µm 25mm 20mm

33 Un grand merci pour votre attention! FRAISA SA Gurzelenstr. 7 CH-4512 Bellach Tel.: +41(0) Fax: +41(0) [email protected]