Usinage de rainures : techniques, outils et applications

Le rainurage est utilisé dans les processus de fabrication pour former des rainures ou des évidements précis et exacts dans les métaux. Il permet un ajustement précis des pièces telles que les joints et les joints toriques. Les opérations de rainurage peuvent créer différentes géométries de tailles variées. Les principaux paramètres de ce processus sont la sélection de l'outil, l'impact ou la sélection du matériau, la vitesse d'avance, la vitesse et la profondeur de coupe. Il sert de base aux processus de fabrication modernes en ajoutant précision, polyvalence et efficacité au produit final.

Qu'est-ce que le rainurage dans l'usinage ?

Il s'agit d'une opération d'usinage qui forme des canaux étroits dans une pièce. Elle est généralement réalisée sur des machines CNC avec une sélection d'outils de coupe spécialisés. Elle permet des passages pour les filetages et un ajustement précis pour les joints toriques et les joints

Le processus de rainurage

Le rainurage est un procédé de tournage CNC qui permet de créer une empreinte longue et étroite dans la pièce. Il permet à d'autres parties de la géométrie de se déplacer à l'intérieur de la rainure, comme un canal découpé dans les métaux. La taille de la coupe dépend de la largeur d'un outil de coupe. Plusieurs canaux d'outils sont nécessaires pour créer des rainures plus larges.

Objectif du rainurage

Le rainurage permet d'assembler des pièces ou de créer des pièces à assembler. Par exemple, un tuyau à rainurer peut facilement être fixé à l'aide d'un raccord d'arrosage et garantit que les tuyaux sont correctement connectés, quelle que soit la pression de l'eau à l'intérieur. Les machines CNC sont utilisées pour le rainurage avec des outils spécialisés.

Rainurage vs tournage

Le rainurage et le tournage sont des opérations différentes. Le rainurage crée une coupe étroite dans un matériau avec une profondeur de coupe identique à celle de l'outil de coupe. Le tournage CNC enlève de la matière d'un matériau en rotation pour créer des formes cylindriques.

Applications courantes

Le rainurage est un procédé couramment utilisé dans la fabrication pour réaliser des bagues, des rainures d'étanchéité et de retenue. C'est également un composant principal des systèmes de protection contre les incendies et les brides rainurées sont utilisées dans les systèmes CVC pour les raccordements de tuyaux. D'autres applications incluent les systèmes de traitement de l'eau et le verrouillage des joints de tôle utilisés dans les conduits de ventilation, les seaux et bien d'autres.

Aperçu des machines à rainurer

Le principe des machines à rainurer est simple. Un ensemble d'outils de coupe rotatifs façonne une rainure dans la pièce à usiner. La tôle. Les angles de rainurage et la profondeur de coupe sont contrôlés et améliorent la précision des angles vifs. Un système CNC (Computer Numerical Control) permet l'automatisation des opérations de rainurage. Il permet une grande précision avec une sélection d'outils de coupe à grande vitesse.

Caractéristiques de l'outil de tournage à rainurer

Les caractéristiques de l'outil de tour à rainurer diffèrent selon son type.

Types d'outils de rainurage

Il existe différents types d’outils de rainurage.

Outil de rainurage de face

Un outil de rainurage frontal se déplace le long de la face du matériau dans un tour CNC. Une profondeur de coupe courte est préférée pour obtenir une meilleure stabilité. Des fluides de coupe de haute précision sont utilisés dans le rainurage frontal pour améliorer le contrôle des copeaux et leur élimination.

Outil de rainurage interne

Il se déplace le long de la partie interne de la pièce. Des fluides de coupe sont appliqués pour permettre un débit élevé, l'enlèvement de matière et le contrôle des copeaux. L'opération commence de la partie arrière du trou vers l'avant pour permettre l'évacuation des copeaux.

Outil de rainurage externe

L'outil se déplace dans un mouvement radial le long du côté du matériau. L'enlèvement de matière s'effectue le long du point de coupe dans cette opération de rainurage.

Outil de séparation et outil de rainurage

Les outils de séparation et les outils de rainurage sont différents les uns des autres. Les outils de séparation séparent le matériau en deux parties en découpant une fente étroite dans la pièce. Cependant, le rainurage consiste à créer des canaux sur la face de la pièce.

Inserts de rainurage

Les inserts de rainurage créent des petits trous profonds avec un long surplomb. Ils sont utilisés lorsque des vibrations et des déflexions sont attendues.

Inserts en carbure

Il est particulièrement adapté aux matériaux abrasifs et corrosifs comme l'acier ou la fonte. Il crée des trous imparfaits dans des matériaux tels que l'arbre pour des conditions de coupe semi-interrompues.

Plaquettes en tungstène

Il s'agit d'inserts robustes utilisés pour les opérations de surfaçage grossier. Ils sont similaires aux pièces forgées, aux pièces moulées et aux ébauches sciées.

Outils de pointe et usure des outils

Les outils de coupe couramment utilisés pour le rainurage sont les défonceuses portatives, les tables de défonceuse, les scies circulaires, les scies à rail, les rabots de défonceuse, les ciseaux à chanfreiner, les lames de scie à table et bien d'autres encore. L'usure de l'outil est une défaillance de l'outil de coupe due à une température élevée, à des paramètres d'usinage inappropriés ou à des opérations d'usinage.

Impact du matériau sur le rainurage

Selon le type de matériau (doux ou dur), le rainurage donne des résultats différents

Acier Inoxydable

L'acier inoxydable est dur et possède un écrouissage élevé. Cela entraîne une usure des outils et les opérations de rainurage nécessitent une vitesse de coupe lente.

Aluminium

L'aluminium est malléable et peut être facilement plié. Le rainurage sur l'aluminium est effectué lorsque la structure de conception est spéciale et que les méthodes de fabrication ne peuvent normalement pas répondre aux attentes

Laiton

Le laiton est malléable et possède une grande usinabilité. Il permet des vitesses de coupe élevées et offre une meilleure finition de surface.

Titane

Le titane est difficile à usiner. Il présente un faible rapport contrainte/déformation et une faible élasticité. Des déformations peuvent se produire pendant le rainurage. Mais l'utilisation d'outils de texture peut réduire la friction et augmenter l'usinabilité.

Plastique ABS

Le plastique ABS est cassant et a une faible résistance à la chaleur. Pour de bons résultats de rainurage, une plaque triangulaire de toupie à chanfreiner peut être utilisée. Il convient également à de nombreux équipements de travail du bois et peut être utilisé pour le rainurage, etc.

PC

Le PC est un plastique non toxique et résistant aux chocs. Il peut être rainuré par fraisage par traceur, rainurage par rouleau et découpe au laser.

POM

Le POM est largement utilisé dans les domaines où des tolérances élevées, un usinage et une résistance à la déformation sont nécessaires. Il s'agit d'un plastique technique polyvalent et les rainures augmentent son adhérence à d'autres matériaux

PTFE

Le rainurage du PTFE est le même que celui du caoutchouc, en particulier des joints toriques. La seule différence est qu'il est moins large et qu'une pression moindre est appliquée en raison de la rigidité relative du matériau.

Dureté du matériau et qualité des rainures

La qualité des rainures a un effet significatif sur la dureté du matériau, en fonction de son type et du procédé de soudage. Par exemple, les rainures en V augmentent la dureté de la zone de soudure de 33 %. Et une rainure de soudure plus petite peut augmenter la ténacité et la dureté des soudures. De même, un apport de chaleur élevé et une vitesse de refroidissement lente réduisent la dureté.

Électropolissage pour finition de surface

L'électropolissage peut être réalisé sur la surface avec plusieurs rainures. Il améliore la finition de surface d'une pièce jusqu'à 50 % sans perturber sa tolérance dimensionnelle. Mais d'autres facteurs comme la tolérance dimensionnelle ou le taux d'enlèvement de matière influencent également la finition de surface finale.

Techniques de rainurage de précision

La pratique courante en matière de rainurage de précision comprend de nombreux facteurs, tels que :

Gestion des forces de coupe et des vibrations

La fixation de la pièce et son positionnement correct peuvent réduire les problèmes de vibrations pendant le rainurage. D'autres éléments à gérer sont la vitesse de coupe et une faible vitesse d'avance qui contribue à améliorer la finition de surface et la qualité de la rainure. Une faible profondeur de coupe peut réduire les vibrations et les forces de coupe.

Profondeur de coupe radiale

Elle mesure la mesure dans laquelle un outil peut engager le matériau perpendiculairement à son axe. Elle est également appelée largeur de coupe. La qualité de la rainure dépend fortement de la vitesse d'avance, de la vitesse de coupe et de la profondeur radiale de la coupe.

Maximiser l'efficacité des outils

Pour maximiser l'efficacité de l'outil, le plus important est de sélectionner les bons outils de rainurage et les bonnes plaquettes de rainurage. La bonne plaquette est sélectionnée en fonction du matériau, de la géométrie de la rainure et des paramètres d'usinage.

Amélioration de la finition de la surface des rainures

Une meilleure finition de surface des rainures peut être obtenue en sélectionnant l'outil approprié, le liquide de refroidissement, la vitesse de coupe et les taux d'avance, la géométrie de l'outil, la technologie d'essuyage et en évitant les outils de coupe fins et grands.

Opérations de rainurage sur tours CNC

Les opérations de rainurage sur un tour comportent plusieurs étapes

Réglage du tour CNC pour le rainurage

Cela commence par fixer solidement la pièce et marquer les positions.

Réglage des paramètres du tour pour la qualité

Sélectionnez les outils de rainurage et calibrez-les. Configurez le tour CNC et ajustez le réglage du régime. Entrez et exécutez le programme et, après une opération de rainurage réussie, nettoyez la configuration et les outils.

Rainurage externe ou interne

Le rainurage externe et le rainurage interne diffèrent en termes d'emplacement de la rainure et d'outil utilisé. Le rainurage externe coupe le canal à l'extérieur de la pièce. Il se déplace le long du diamètre extérieur de la pièce. Le rainurage interne crée des coupes à l'intérieur de la pièce et crée des trous et des cavités profonds

Deep Grooves : défis et solutions

Les rainures profondes présentent de nombreux problèmes, comme l'évacuation des copeaux, l'accès difficile aux fluides de coupe, l'usure des outils et une configuration incorrecte de la machine, qui peuvent entraîner une déviation de l'outil et une mauvaise finition de surface. La solution pour surmonter ces problèmes consiste à utiliser un volant d'inertie pour réduire les vibrations, un outil de coupe correctement conçu, une lubrification, un alignement correct et le remplacement régulier des roulements.

Prévention de l'usure des outils dans les opérations CNC

Pour éviter l'usure des outils lors des opérations CNC, utilisez les bons paramètres de coupe, les bons fluides de coupe, sélectionnez un matériau d'outil résistant à l'usure et surveillez régulièrement l'usure des outils.

Dépannage des problèmes de rainurage

Voici quelques problèmes courants à vérifier lors du rainurage

Solutions de contrôle des puces

Le contrôle des copeaux peut être effectué en utilisant des fluides de coupe à haut débit, un parcours d'outil non linéaire, un réglage latéral, un emballage de vitesse, l'utilisation de petites barres, d'inserts étroits, un serrage, une lame plus épaisse et l'utilisation d'outils de grand diamètre pour s'adapter à la rainure.

Gestion des vibrations des outils

La meilleure façon de réduire les vibrations de l'outil est d'utiliser des systèmes de broche et de support d'outil à double contact. Cela améliore également la précision des rainures.

Réglages de finition de surface

Pour obtenir une bonne finition de surface dans les rainures, utilisez des outils de coupe à grande vitesse, une évacuation appropriée, un rayon de bruit d'outil correct, un insert d'essuyage, éliminez le temps de maintien et la pause et un angle d'attaque de la fraise élevé.

Réduire le broutage et l'usure des outils

Pour réduire le broutage et l'usure des outils, utilisez des outils et des porte-outils serrés, des porte-à-faux d'outils courts, des forces et une profondeur de coupe réduites, utilisez des barres antivibratoires et laissez la machine déclencher des arcs.

5 techniques de rainurage pour une précision optimale

Rainurage profond des faces

Le rainurage profond des faces atteint normalement 20 à 25 mm. Il vise à créer des rainures alignées axialement par rapport à la pièce. Il est réalisé lors de la création de rainures sur la face d'extrémité d'une pièce.

Réalisation de rainures externes lisses

Les rainures externes sont réalisées pour les arbres et les tubes lors de la fabrication. Pour obtenir des rainures externes lisses, pensez à une bonne finition de surface pour s'adapter au compartiment et effectuez plusieurs passes si la rainure est plus large.

Optimisation de la géométrie des rainures

Pour obtenir une géométrie de rainure optimisée, les caractéristiques suivantes sont prises en compte.

Plaquettes de rainurage à bords multiples

Les plaquettes de rainurage à arêtes multiples conviennent naturellement à de nombreuses opérations de rainurage, telles que le tournage, le rainurage, le filetage, le profilage et le tronçonnage CNC.

Configurations d'outils de rainurage personnalisées

Si des exigences de conception particulières ne peuvent pas être satisfaites par un outillage normal, un outillage de rainurage personnalisé est réalisé. La personnalisation permet de réduire le temps de cycle, d'insérer à des angles spéciaux et de simplifier la programmation

Comment choisir le bon outil de rainurage

Il y a certains facteurs à prendre en compte lors du choix du bon outil de rainurage, tels que le type de matériau, la forme de la rainure, le contrôle des copeaux, la configuration et les caractéristiques de la machine et la largeur de la plaquette, etc.

Considérations clés

Voici quelques considérations clés :

Matériel d'outil

Le choix d'outils comme le carbure ou le Tungaloy dépend de facteurs tels que le type de matériau, les conditions de coupe, la compatibilité du porte-outil, la géométrie des rainures, la plage de diamètres et, surtout, le budget.

Compatibilité et géométrie des outils

La compatibilité des outils doit être adaptée au type de matériau et la géométrie doit être ajustée avec le tranchant, les angles de coupe et les angles de dépouille pour obtenir une meilleure élimination des copeaux et une meilleure finition de surface.

Choisir entre les outils internes et externes

La sélection des outils externes et internes dépend de la taille et des formes de l'outil, de l'impact du matériau, des méthodes de rainurage, du choix des fluides de coupe, de la vitesse d'avance et du contrôle de la coupe.

Sélection d'outils en fonction du matériau de la pièce

L'impact du matériau sur les outils est un facteur critique. Les matériaux durs nécessitent des outils durables et plus durs comme les carbures. Les matériaux ductiles peuvent être usinés facilement avec de l'acier à haute teneur en carbone ou d'autres outils moins durables

Outils pour différentes opérations de rainurage

Il existe de nombreuses options d'outils pour différentes opérations de rainurage, telles que des outils de tronçonnage, des coupe-filetage, des outils de tournage CNC, des inserts de joints toriques, des petits outils de rainurage internes, des outils de moletage, etc.

Amélioration de l'efficacité et de la qualité du rainurage

Il y a quelques facteurs à prendre en compte pour obtenir un rainurage plus efficace et de meilleure qualité.

Optimisation de la vitesse d'avance et de coupe

De bons résultats de rainurage sont obtenus lorsque l'opération commence avec une faible vitesse d'avance et augmente progressivement jusqu'à une vitesse d'avance plus élevée pour améliorer le contrôle et l'évacuation des copeaux. Ajustez la vitesse de coupe en fonction de la vitesse d'avance pour obtenir une durée de vie de l'outil plus longue.

Obtenir des dimensions de rainures cohérentes

Les dimensions des rainures peuvent être mesurées à l'aide d'outils de mesure tels que des règles ou des pieds à coulisse. Pour un diamètre intérieur plus grand, utilisez un O-Sizer ou un Pi-Tape. Il existe des calculateurs de joints toriques disponibles comme les calculateurs de joints toriques ERIKS ou Ceetak

Réduire l'usure des outils grâce à des réglages appropriés

Pour réduire l'usure de l'outil, optimiser les paramètres de coupe, utiliser des fluides de coupe et de la lubrification, réduire la vitesse de coupe, éviter de recouper les copeaux et garder la déflexion sous contrôle.

Utilisation de fluides de coupe pour de meilleurs résultats

Les fluides de coupe réduisent la friction et augmentent la durée de vie de l'outil et la précision de la coupe. Les fluides réduisent l'usure de l'outil et améliorent la précision de la coupe

Amélioration de la finition de surface pour le rainurage

Une finition de surface élevée peut être obtenue en utilisant la géométrie de la plaquette et la technologie de l'essuie-glace. La plaquette doit avoir une tolérance serrée et des rayons et largeurs corrects. Pour la production en série, la plaquette doit avoir un profil et un chanfrein corrects.

FAQ sur l'usinage de rainurage

Quelle est la différence entre une fente et une rainure ?

La fente est un trou droit et long dont les bords sont arrondis. La rainure a une forme cylindrique et présente des découpes au niveau du diamètre extérieur ou intérieur.

Quels types de machines sont utilisées pour usiner des rainures dans le métal ?

Les machines utilisées pour rainurer le métal sont les centres d'usinage CNC, les tours, les fraiseuses et les mortaiseuses, ainsi que les fraiseuses d'engrenages.

Comment éviter le broutage des outils lors des opérations de rainurage ?

Le bavardage des outils peut être minimisé en utilisant des outils et des porte-outils rigides et en appliquant une pression constante sur l'outil.

Quels matériaux sont les meilleurs pour les outils de rainurage ?

Les plaquettes en carbure sont les meilleurs matériaux de rainurage car elles présentent une résistance élevée à l'usure et à la température, sont polyvalentes et permettent de traiter une variété de matériaux.

Comment puis-je améliorer la finition de surface des rainures ?

Une meilleure finition de surface peut être obtenue grâce à une vitesse de coupe élevée, un outil équilibré pour obtenir moins de vibrations, un bon amortissement dans les machines et en utilisant un brise-copeaux et un essuie-glace.

Est-il nécessaire de revêtir les outils de rainurage pour de meilleures performances ?

Le revêtement augmente la durée de vie des outils de rainurage et améliore également les temps de cycle et les finitions de surface.