CNC brute dans l'usinage : comment usiner des pièces ?

L'usinage CNC brut est utilisé pour accélérer l'enlèvement de matière et améliorer l'efficacité de la production. La finition est ensuite réalisée pour améliorer la qualité de surface de la pièce. Il est important de comprendre l'usinage CNC brut pour maîtriser les scénarios d'application réels et appliquer des stratégies d'optimisation. Cet article vous permettra d'explorer tous les détails de l'usinage CNC brut, notamment son objectif, son outillage et les paramètres du processus. Alors, plongeons-nous dans le vif du sujet !

Qu'est-ce que l'ébauche CNC ?

Il s'agit du processus initial d'enlèvement de matière en usinage CNC. Il vise à retirer rapidement de grandes quantités de matière d'une pièce pour lui donner la forme souhaitée. La précision n'est pas une priorité à cette étape, car elle privilégie la vitesse et l'efficacité, laissant une petite quantité de matière pour les opérations de finition ultérieures.

Quel est le processus d'ébauche CNC ?

Le processus d'ébauche implique l'utilisation d'outils de coupe robustes, tels que le fraisage et l'usinage CNC d'ébauche ou l'alésage d'ébauche, à grande vitesse et avec une avance élevée, pour enlever de grandes quantités de matière, lui donner sa forme finale et la préparer pour la finition. Il implique généralement des taux d'enlèvement de matière (MRR) élevés, de grandes profondeurs de coupe et des avances élevées.

Quel est le code G pour l'ébauche ?

Les codes G permettent d'usiner selon l'axe Z et de conserver de la matière pour la finition. Ils permettent également de définir des paramètres tels que la profondeur de passe, le retrait et les points de départ et d'arrivée de la pièce usinée. L'objectif principal est d'automatiser le processus selon un profil spécifique en le décomposant en plusieurs passes sur un tour CNC. Voici quelques exemples de codes G7 pour l'ébauche :

Types courants de parcours d'outils CNC bruts

Certains chemins d'ébauche CNC courants sont les stratégies de surfaçage, de poche, de contournage et d'ébauche 3D.

Poches décalées en zigzag

Il s'agit d'une stratégie d'ébauche très courante dans l'usinage CNC 2.5 axes. Dans ce cas, le parcours d'ébauche se déplace en avant et en arrière selon des lignes parallèles pour enlever de la matière dans une poche.

Ebauche en plongée

Également connu sous le nom de fraisage sur axe Z, il exploite la rigidité de l'axe Z (vertical) d'une machine pour enlever de la matière dans des cavités profondes et pour les fraisages rigides.

Nettoyage des restes coupés

Il s’agit d’éliminer les débris, de nettoyer les surfaces et de désinfecter après une opération de coupe.

Objectifs principaux des opérations CNC brutes

L'objectif principal de l'usinage CNC grossier est d'éliminer rapidement la matière et d'augmenter le taux d'enlèvement de matière pour la protection de l'outil lors des opérations de finition ultérieures et de stabiliser les pièces.

Augmenter le taux d'enlèvement de matière

En ébauche, la vitesse et l'efficacité sont primordiales pour l'enlèvement de matière important des pièces. Cela se fait grâce à des profondeurs de coupe plus importantes, des avances plus élevées et des vitesses de broche plus élevées. L'optimisation du MRR réduit les temps de cycle et maximise la productivité globale de l'opération.

Protéger les outils de finition

L'enlèvement de matière en masse à l'état brut préserve l'outil et préserve les outils de finition d'une usure importante. Cela augmente la durée de vie de l'outil et permet de se concentrer sur l'obtention de l'état de surface et de la précision dimensionnelle requis.

Stabiliser la pièce et le dispositif de fixation

Il est essentiel de maintenir fermement la pièce pendant l'ébauche pour plus de précision. Cela évite également les dommages causés par les vibrations ou les forces exercées par l'outil de coupe. Une installation stable réduit le faux-rond et permet d'usiner la pièce à la forme et aux dimensions souhaitées.

Avantages et inconvénients de l'usinage CNC brut

L’usinage d’ébauche présente plusieurs avantages :

• Il offre un taux d'enlèvement plus rapide et réduit le temps d'usinage global.
• C'est une option rentable.
• Il peut révéler les défauts de la matière première et permettre leur correction.
• Il améliore la durée de vie de l'outil et les outils de finition subissent moins d'usure.

Cependant, l'usinage CNC brut présente quelques inconvénients :

• Il offre une précision moindre et se concentre uniquement sur la vitesse et l'enlèvement de matière.
• L'ébauche laisse des marques d'outils visibles sur la pièce.
• Il ne convient pas aux pièces finales et aux applications nécessitant une surface lisse ou des dimensions précises.

Paramètres de découpe CNC spécifiques aux matériaux

Certains matériaux CNC couramment utilisés dans l'ébauche sont les suivants.

1.7075 Aluminium

L'aluminium 7075 est reconnu pour sa grande résistance mécanique, sa résistance à la fatigue et sa résistance à la corrosion. Cependant, il est sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte. Il trouve de nombreuses applications dans l'aéronautique et les applications haute performance. Pour l'ébauche CNC, les paramètres de coupe de l'aluminium 7075 sont : 350 m/min (vitesse de coupe), 0.15 mm/dent (vitesse d'avance) et 8 mm (profondeur de coupe).

2.4140 acier

L'acier 4140 est un acier faiblement allié offrant un bon équilibre entre résistance mécanique, ténacité et résistance à l'usure. Il est utilisé dans les applications exigeant une résistance élevée, comme les engrenages, les arbres et les essieux. Pour l'ébauche CNC, les paramètres de coupe de l'acier 4040 sont de 170 m/min, 0.10 mm/dent, 4 mm de profondeur d'usinage.

3.Ti-6Al-4V

Le Ti-6Al-4V présente une résistance mécanique élevée et une bonne résistance à la corrosion, tout en étant un alliage de titane léger. Il est largement utilisé dans l'aéronautique, les implants médicaux et d'autres applications exigeantes. Pour l'ébauche CNC, les paramètres de coupe du Ti-6Al-4V sont de 80 m/min, 0.06 mm/dent et 2 mm de profondeur d'usinage.

4.304 en acier inoxydable

L'acier inoxydable 304 est un acier inoxydable austénitique polyvalent. Il offre une bonne résistance à la corrosion, une bonne soudabilité et une bonne formabilité. Il est principalement utilisé dans l'agroalimentaire, la chimie et diverses applications architecturales. Pour l'ébauche CNC, les paramètres de coupe de l'acier inoxydable 304 sont de 140 m/min, 0.10 mm/dent et 3 mm de profondeur d'usinage.

5. Inconel 718 (alliage de nickel)

L'Inconel 718 est un superalliage reconnu pour sa haute résistance, son excellente résistance à la corrosion et sa résistance aux températures élevées. Il trouve de nombreuses applications dans les moteurs aéronautiques et les turbines à gaz. Pour l'ébauche CNC, les paramètres de coupe de l'Inconel 718 sont de 60 m/min, 0.05 mm/dent, 1.5 mm de profondeur d'usinage.

Quels sont les principaux outils d’ébauche ?

Les principaux outils d'ébauche sont les fraises à surfacer indexables et les ébaucheuses en carbure monobloc. Voici leurs caractéristiques :

Fraises à surfacer indexables

Les fraises à surfacer indexables créent des surfaces planes lors des opérations d'ébauche. Leur corps accueille des plaquettes de coupe remplaçables en carbure. Ces plaquettes peuvent être tournées ou indexées pour exposer une nouvelle arête de coupe lorsque la précédente est émoussée, prolongeant ainsi la durée de vie de l'outil. La taille et le nombre de plaquettes varient selon l'application. Par exemple, des diamètres plus importants et un plus grand nombre de plaquettes permettent d'enlever de la matière grossière. Les fraises à surfacer sont conçues pour l'ébauche afin d'éliminer rapidement de la matière en vrac.

Ébauches en carbure monobloc

Ces ébaucheurs sont entièrement fabriqués en carbure monobloc. Ils offrent une grande résistance à l'usure et conservent facilement leur tranchant plus longtemps. Ces ébaucheurs sont couramment utilisés pour l'enlèvement de matière agressif et sont disponibles en différentes formes et tailles selon l'application.

Quels sont les meilleurs revêtements pour les outils ?

Le revêtement le plus performant pour les outils de coupe est le TiAlN, adapté aux applications sur acier et à haute température. Il offre une résistance à l'usure et une stabilité thermique élevées, ce qui lui permet de supporter des vitesses de coupe élevées et d'augmenter la durée de vie de l'outil. Le TiN (nitrure de titane) ou le DLC (carbone amorphe) sont également utilisés, selon le matériau et les conditions d'usinage.

L'ébauche s'intègre dans un processus d'usinage CNC complet

Un processus complet d'usinage CNC brut comprend une série d'étapes visant à optimiser les résultats. Ces étapes sont les suivantes :

Étape 1 - Préparation et montage du stock

Il s'agit de la phase initiale. La matière première, ou le stock, est préparée et correctement fixée dans le dispositif de fixation de la machine CNC. Cela contribue à la précision et à la stabilité de l'usinage tout au long du processus.

Étape 2 - Ébauche CNC à haute efficacité

Il s'agit de l'étape principale de l'ébauche, qui se concentre principalement sur l'enlèvement de matière. Des outils de coupe robustes, comme le fraisage et l'usinage CNC d'ébauche ou l'alésage d'ébauche, sont utilisés pour créer rapidement une ébauche proche de la pièce finale, sans se soucier de la précision ni de l'état de surface.

Étape 3 - Semi-finition (création de données)

À cette étape, une référence précise (surface ou point) est créée sur la pièce. Ce point sert de référence pour les opérations de finition ultérieures et contribue à la précision et à la régularité de l'usinage.

Étape 4 - Usinage des restes et nettoyage des coins

Après la semi-finition, la matière restante est retirée des angles et des zones difficiles d'accès, ce qui rapproche la pièce de ses dimensions finales.

Étape 5 - Passage final

Il s'agit de l'étape finale de l'ébauche. Elle vise à obtenir l'état de surface et la précision dimensionnelle souhaités. De très légères coupes sont réalisées à cette étape pour éliminer les imperfections restantes.

Configuration d'usinage CNC de précision, comprenant des opérations d'ébauche, de semi-finition et de finition.

Stratégies d'ébauche pour pièces personnalisées

Il existe peu de stratégies d'usinage CNC grossier pour les pièces personnalisées complexes, comme l'usinage par copeaux 5 axes pour les turbines et la fabrication additive hybride pour les supports en métal dur. Ces techniques visent à optimiser l'enlèvement de matière et la préparation pour la finition.

Turbine CNC 5 axes brute

Une machine CNC 5 axes permet d'éliminer efficacement la matière de la géométrie complexe de la roue en un seul réglage. Elle effectue toutes les opérations en une seule opération et minimise les temps de manutention et de réglage, améliorant ainsi la précision et l'efficacité. Un enlèvement de matière et un état de surface optimaux sur les surfaces courbes de la roue peuvent être obtenus en ajustant l'angle de l'outil de coupe (inclinaison des copeaux).

a) Usinage CNC 3 axes, b) Usinage CNC 5 axes

Support en métal dur CNC brut

L'usinage CNC brut de supports en métal dur nécessite une combinaison de paramètres de coupe optimisés, d'outillage spécialisé et de capacités machine adaptées. Les outils multi-goujons permettent de fixer les porte-outils et les fixations, et l'utilisation de liquides de refroidissement est essentielle pour l'usinage de matériaux difficiles comme l'acier inoxydable et le titane.

Construction additive hybride

Cette stratégie est combinée à l'impression 3D pour créer une ébauche, puis à l'usinage CNC pour la finition. Elle est généralement utilisée pour les matériaux durs et difficiles à travailler. Après l'ébauche, des coupes de finition sont réalisées pour obtenir l'état de surface et la précision dimensionnelle souhaités.

Quelle est la différence entre l'ébauche et la finition CNC ?

L'ébauche et la finition sont deux procédés d'usinage CNC dont l'objectif et le fonctionnement sont totalement différents. Les principales différences sont les suivantes :

1.Objectif

L'ébauche a pour objectif principal d'éliminer rapidement la matière en vrac de la pièce et de lui donner sa forme initiale. Ce procédé privilégie un taux d'enlèvement de matière élevé et non la précision dimensionnelle ou l'état de surface.

La finition consiste à enlever une petite quantité de matière avec une grande précision. Elle vise à obtenir des dimensions finales, des tolérances strictes et un état de surface lisse.

2. Taux d'enlèvement de matière

L'ébauche utilise un MRR élevé, une charge de copeaux plus importante et des coupes profondes pour l'enlèvement de matière. Elle permet des temps d'usinage plus rapides, mais une qualité de surface potentiellement inférieure.

La finition utilise un MRR plus faible, avec des charges de copeaux plus faibles et des coupes moins profondes. Elle présente des tolérances plus fines et un meilleur état de surface, ce qui se traduit par des temps d'usinage plus longs mais une plus grande précision.

3. Approche de fixation

L'ébauche utilise normalement des fixations plus simples pour gérer l'enlèvement de matière en vrac et cela nécessite un alignement moins critique.

La finition nécessite un montage plus précis pour un positionnement précis de la pièce et pour obtenir des tolérances serrées lors de l'usinage.

4. Philosophie de programmation

Les chemins rugueux sont construits à l'aide de parcours d'outils standard et sont dérivés de modèles réutilisables pour augmenter l'efficacité de l'élimination de la matière.

Les parcours de finition sont généralement plus personnalisés. Ils prennent généralement en compte la sélection d'outils spécifiques, les paramètres d'avance et de vitesse, ainsi que les exigences de qualité de surface pour obtenir la finition souhaitée.

Conclusion

L'usinage CNC d'ébauche joue un rôle important dans la phase initiale d'enlèvement de matière et dans la préparation des pièces pour la finition suivante. Il se concentre sur l'enlèvement de matière en masse afin d'obtenir une pièce proche de sa forme finale. L'usinage d'ébauche est essentiel pour la réduction de matière, la création de formes brutes et la rentabilité. Les paramètres du procédé d'usinage d'ébauche sont des taux d'enlèvement de matière (MRR) élevés, de grandes profondeurs de coupe et des vitesses d'avance élevées.

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FAQ sur l'ébauche CNC

Puis-je dégrossir le titane à sec ?

Non, cela n'est pas recommandé en raison de la faible conductivité thermique et de la tendance au grippage du titane.

Quelle est la rugosité du tournage CNC ?

La rugosité de surface typique du tournage CNC varie de 0.8 à 3.2 μm Ra. Elle est obtenue grâce à une combinaison de paramètres de coupe tels que la vitesse, l'avance et la profondeur de coupe.