Guide d'outillage pour tour : ce que vous devez savoir sur les outils

L'outillage pour le tournage est un vaste sujet aux multiples perspectives. Un système d'outillage adapté assure une production efficace, une cadence élevée, une meilleure qualité de finition de surface, des temps de réglage réduits et une rentabilité optimale. Le choix de l'outillage dépend de plusieurs facteurs, tels que le matériau usiné, l'opération d'usinage, le sens d'avance, la forme usinée et les capacités de la machine. Examinons cela de plus près.

Qu'est-ce que l'outillage pour un tour ?

L'outillage pour tour est une technique de fabrication soustractive qui consiste à enlever progressivement de la matière pour obtenir la forme souhaitée. Il comprend diverses opérations telles que la découpe, le surfaçage, le tournage, le perçage, l'alésage et le moletage. Le tour peut être manuel ou à commande numérique (CNC). Un tour à commande numérique nécessite une conception sur un logiciel de CAO et la génération de parcours d'outils sur un logiciel de FAO (fabrication assistée par ordinateur). Dans les deux cas, le choix de l'outil est primordial pour optimiser la production. Les types d'outils de tour varient considérablement. Le choix des outils de coupe dépend de divers facteurs tels que le matériau de la pièce, les avances et vitesses, le sens d'avance, les opérations de tournage, etc.

Comment classer les types d’outils de tour ?

• Catégorie 1:Outillage de tour basé sur le matériau : (par exemple, acier rapide (HSS), carbure, céramique, CBN, PCD)
• Catégorie 2:Outillage de tour basé sur les opérations : (par exemple, outils de tournage, outils de surfaçage, outils d'alésage, outils de tronçonnage, outils de filetage, outils de rainurage, outils de moletage, outils de perçage, etc.)
• Catégorie 3:Outillage de tour basé sur le sens d'avance : (par exemple, outils à gauche, outils à droite, outils neutres)
• Catégorie 4:Outillage de tour basé sur la structure : (par exemple, outils pleins, outils brasés, outils à insertion, outils modulaires, etc.)

Le lien vidéo ci-dessous est utile comme guide de base pour les classifications des outils de coupe :

Avantages de choisir un outillage approprié

Une sélection appropriée d’outillage peut être utile pour récolter les avantages suivants :

• Réduction de la production de ferraille en raison du gaspillage de moins de pièces
• Économie sur les coûts de main d'oeuvre en raison de besoins moins fréquents d'ajustement des paramètres
• Haute précision en raison de moins d’erreurs dimensionnelles et de tolérances plus strictes.
• Moins d’usure des outils en raison d'une bonne adéquation entre les propriétés de l'outil et de la pièce.

Outillage de tour de type 1 par matériaux et leurs caractéristiques

Les outils de coupe pour tours sont composés de différents matériaux. Chaque matériau présente des avantages et des inconvénients. Le choix des outils de coupe dépend de facteurs tels que le matériau de la pièce, le coût de l'outil, les exigences de vitesse et les tolérances. Dans certains cas, la qualité prime sur le coût, ce qui peut entraîner l'utilisation d'outils coûteux, et inversement. Ainsi, le processus de coupe des outils de tour peut être optimisé en comparant le rapport coût/qualité lors du choix des matériaux appropriés. Le tableau ci-dessous compare les matériaux courants pour les outils de coupe.

Acier rapide (HSS)

Traditionnellement, l'acier rapide (HSS) est le matériau le plus courant pour l'outillage de tournage en raison de son faible coût, de sa facilité d'utilisation et de sa facilité de rectification et de reformage. Cependant, en raison de sa faible résistance à la chaleur et de sa perte d'acuité au fil du temps, il pourrait ne pas convenir aux applications à grande vitesse et de haute précision comme l'usinage CNC.

Inserts en carbure

Les plaquettes carbure sont idéales pour les matériaux de dureté moyenne, comme les alliages 4140. Elles atteignent facilement une vitesse de coupe de 200 m/m pour les alliages d'une dureté d'environ 30-35 HRC. Ces outils de coupe offrent la flexibilité nécessaire pour être remplacés dès que nécessaire. Leur résistance à la chaleur est bonne, mais leur seul inconvénient est leur prix plus élevé que celui des plaquettes HSS. Elles sont également cassantes.

Options ultra-dures : CBN, PCD, céramique

L'avènement de matériaux avancés comme l'Inconel, le titane ou les alliages Haste dans l'usinage CNC a nécessité l'utilisation de matériaux d'outillage de pointe pour la découpe. Le nitrure de bore cubique (CBN), le diamant polycristallin (PCD) et les outils en céramique en sont quelques exemples. Bien que ces matériaux durs soient coûteux, ils offrent des vitesses de coupe exceptionnelles, de l'ordre de 800 à 1000 XNUMX m/min, même à haute température, tout en offrant un excellent état de surface et des tolérances serrées.

Outillage de tour de type 2 basé sur les opérations

Outre les matériaux des outils de coupe, les opérations de tournage constituent un critère important dans le choix de l'outil. Chaque opération requiert un ensemble de caractéristiques de conception optimisant la tâche. Les angles de coupe, le rayon du bec, les avances, les vitesses et la forme de l'outil sont modifiés pour faciliter les différentes opérations de tournage. Le tableau ci-dessous présente les principales caractéristiques des outils de coupe pour différentes opérations de tournage :

Outils de tournage et d'ébauche

Les opérations de tournage et d'ébauche nécessitent des coupes plus profondes de 2 à 6 mm pour un enlèvement de matière plus rapide. Les copeaux ont souvent tendance à s'emmêler avec l'outil. C'est pourquoi des brise-copeaux sont souvent utilisés. Ils permettent également de minimiser l'échauffement des outils de tournage et de la pièce.

Outils de finition et de surfaçage

Lors des opérations de finition et de surfaçage, l'accent est mis sur la qualité de l'état de surface et non sur le taux d'enlèvement de matière (TEM). C'est pourquoi un rayon de nez important, compris entre 0.4 et 0.8, est souvent utilisé. Bien que le TEM reste lent, il réduit les bavures et assure un bon état de surface.

Solutions de filetage

Pour les petites quantités de pièces, un outil de filetage monopoint suffit. Cependant, pour une production en série, des inserts à profil préformé sont préférables.

Lames de rainurage et de tronçonnage

Les lames de rainurage et de tronçonnage sont souvent très fines et sujettes à la déformation. Dans ce cas, les plaquettes en carbure s'avèrent plus performantes que les outils métalliques. Un flux abondant de liquide de refroidissement est nécessaire pour évacuer la chaleur de l'outil et de la zone de copeaux.

Outils de formage, de rayon et de cône

Ces opérations peuvent également être réalisées avec des outils de coupe classiques. Cependant, des outils rectifiés sur mesure, dotés d'un profil spécifique, permettent de gagner du temps et d'améliorer la précision.

Systèmes de maintien et éléments essentiels des porte-outils

Les systèmes de maintien des outils de coupe varient d'une machine à l'autre. Le choix dépend des exigences de tolérance, de la précision dimensionnelle et de la qualité de l'état de surface. Les machines CNC modernes utilisent des blocs tourelle à haute rigidité, tandis que les tours plus anciens utilisent des systèmes de changement rapide. Les temps d'arrêt et la nécessité de changements d'outils fréquents sont donc également un facteur à prendre en compte.

Poteaux à changement rapide vs. blocs de tourelle

Comme leur nom l'indique, les postes à changement rapide sont très efficaces pour réduire les temps de réglage. On les trouve couramment sur les tours manuels. Les blocs tourelle, quant à eux, sont la norme sur les machines CNC modernes. Ils offrent une meilleure rigidité, un broutage réduit et une plus grande flexibilité pour l'usinage multiaxes.

Porte-inserts à serrage ou à vis

Les porte-inserts à serrage offrent une meilleure rigidité que les porte-inserts à vis. Ils peuvent ainsi supporter un couple bien supérieur, de l'ordre de 20 à 30 Nm. Alors que les porte-inserts à vis ne supportent que 6 à 10 Nm, leur temps de montage est comparativement plus court.

Kits d'outillage de démarrage

Les machinistes doivent conserver les outils suivants avec le tour dans le cadre des kits d'outillage de démarrage :

1. Kit de poteau d'outil à changement rapide-100$-250$
2. Ensemble d'outils de tournage indexables-80$-150$
3. Ensemble de barres ennuyeuses-50$-120$

Outillage de tour de type 3 basé sur le sens d'avance

Outre les matériaux et les opérations d'usinage, le sens d'avance est un critère important dans le choix de ce dernier. Dans ce domaine, la forme de l'outil varie en fonction des angles de coupe du tour, de l'orientation de l'arête de coupe et de l'intégration de caractéristiques spécifiques telles que les rainures en V, les chanfreins, etc.

Angles de coupe, de relief et de dégagement

L'angle de coupe peut être positif, négatif ou neutre selon le sens d'avance et les contraintes d'espace (comme illustré sur l'image). Les angles de coupe positifs sont les plus courants. Un angle de coupe négatif fragiliserait l'arête de coupe, mais il peut être souhaitable dans certaines conditions.

L'angle de dépouille et l'angle de dépouille ont beaucoup en commun et sont parfois utilisés de manière interchangeable. L'angle de dépouille détermine la distance entre la surface de l'outil et la surface de la pièce fraîchement usinée. Il évite l'usure inutile de l'outil et l'endommagement de la surface de la pièce.

Outils pour droitiers, gauchers et neutres

L'outil le plus courant en usinage CNC est l'outil à droite. Il coupe vers le mandrin. Cependant, lorsque l'espace est limité du côté droit, un outil à gauche peut être utilisé. Un outil neutre est utilisé lorsque le sens de rotation de la broche doit être fréquemment modifié. Il n'est pas idéal pour le tournage intensif, mais peut être utilisé efficacement pour les opérations de surfaçage.

Profils à nez rond et spéciaux

Des outils à profils spéciaux, tels que les rainures en V, les chanfreins, les contre-dépouilles et les rayons, sont utilisés pour des opérations spéciales. Ces outils sont rectifiés sur mesure et contribuent à réduire le temps d'usinage global.

Outillage de tour de type 4 basé sur la structure

Bien que la structure de l'outillage de tournage soit un facteur moins important pour sa caractérisation, elle affecte néanmoins le coût, la rigidité, la maintenance et le remplacement des plaquettes. La compréhension de ce facteur est donc également importante pour les opérateurs. Examinons-le brièvement :

Outils à corps unique

Les outils monoblocs sont très courants sur les tours manuels. Ils offrent une excellente rigidité, un faible coût et une facilité de réaffûtage. Pour les matériaux peu coûteux comme l'acier rapide ou l'acier à outils, un outil monobloc peut être une bonne option. En revanche, pour les matériaux coûteux comme le carbure ou la céramique, un outil entièrement monobloc peut s'avérer impossible.

Outils soudés

Les outils soudés peuvent être une meilleure option pour réduire le coût des outils. Par exemple, une pointe en carbure brasée sur une tige en acier est moins chère qu'un outil en carbure monobloc. Le seul problème est que ces outils présentent une fragilité au niveau de l'assemblage.

Outils serrés

L'outil serré est une option d'outillage standard pour les machines CNC. Les outils fabriqués à partir de matériaux avancés comme le CBN ou le PCD peuvent être serrés sur un porte-outil réutilisable. Les plaquettes indexables sont faciles à remplacer. Cependant, le coût initial peut être légèrement plus élevé, mais les coûts d'exploitation sont réduits.

Comment choisir le bon outillage de tour ?

Le choix d'un outillage de tournage adapté est essentiel pour garantir une bonne efficacité, une productivité accrue, une production de rebuts réduite, un état de surface supérieur et un usinage sans interruption. Ce choix dépend de facteurs tels que les capacités de la machine, les opérations d'usinage, les propriétés de la pièce et le rapport coût/qualité.

Revêtements d'outils pour divers matériaux d'usinage

Le tableau ci-dessous donne une comparaison de différents revêtements d’outils :

• TiN et TiCN :

Le nitrure de titane (TIN) et le carbonitrure de titane (TiCN) sont idéaux pour l'usinage de l'acier en général.

• AlTiN et AlCrN :

L'AlTiN et l'AlCrN sont idéaux pour l'usinage des alliages haute température, comme l'acier inoxydable et l'Inconel. Ils offrent une grande résistance à la chaleur et à l'oxydation. L'AlCrN peut être utilisé sans liquide de refroidissement ni lubrifiant.

• DLC et PVD :

Les revêtements diamantés (DLC) sont les plus durs de tous les revêtements. Ils sont parfaits pour les matériaux extra-ductiles comme l'aluminium et les plastiques. Leur arête vive permet une coupe avec moins d'effort. La pièce peut ainsi être découpée sans déformation ni empreinte.

Matériau et forme de la pièce

La forme des outils doit être choisie en fonction des propriétés du matériau de la pièce. Par exemple, les métaux tendres comme l'aluminium ou le laiton nécessitent des outils à arêtes vives et à faible angle de coupe. Les aciers durs, quant à eux, peuvent nécessiter des plaquettes en carbure ou en CBN pour un usinage impeccable. Les formes complexes, comme les cônes ou les contours, nécessitent des outils de forme ou des profils rectifiés sur mesure.

Types d'opérations d'usinage idéales

Les paramètres d'usinage et le choix de l'outillage doivent être ajustés en fonction des opérations. Pour le tournage, des angles de coupe positifs et des brise-copeaux sont nécessaires, car le taux d'enlèvement de matière (TEM) reste une priorité. Pour le surfaçage, un petit rayon de nez et des arêtes vives sont nécessaires, privilégiant l'état de surface. De même, le filetage et l'alésage nécessitent des réglages spécifiques pour un usinage efficace.

Conclusion

Un choix d'outillage parfait garantit des résultats optimaux en usinage. Il permet de réduire les coûts, d'améliorer la précision et de prolonger la durée de vie de la machine. Le choix de l'outillage repose sur plusieurs facteurs, notamment les capacités de la machine, le matériau de la pièce, les exigences de qualité et la rentabilité. Nous proposons une large gamme de services d'usinage CNC sur mesure. N'hésitez pas à demander un devis ou une consultation.

FAQ

Quel rayon de nez donne la meilleure finition sur l'aluminium ?

Un rayon de nez de 0.4 mm est idéal pour les petites pièces et de 0.8 mm pour les grandes sections. Un rayon de nez important offre un meilleur état de surface. Cependant, un rayon de nez trop grand peut provoquer des vibrations. Un usinage spécialisé doit l'ajuster en fonction du matériau.

Comment choisir le bon brise-copeaux pour l'inox 304 ?

Le brise-copeaux doit être solide avec un angle de coupe négatif et une largeur étroite.

Quel est le meilleur système de porte-outils pour un petit tour CNC ?

Pour les petits tours CNC, un système modulaire à changement rapide avec porte-plaquettes est un bon choix. Il offre un bon compromis entre rigidité et temps de réglage réduit.