Usinage en contre-dépouille : un guide CNC complet

Vous avez sans doute déjà vu de très petits trous pour des fixations dans des composants inaccessibles à un outil classique. Ces petits trous sont des contre-dépouilles intentionnelles, qui permettent de multiples opérations. Cet article vous familiarisera avec chaque aspect des contre-dépouilles : leur fabrication, leurs fonctions et leurs types, etc.

Qu'est-ce que l'usinage en contre-dépouille ?

Le procédé de fabrication de ces zones, ces contre-dépouilles, est appelé usinage par contre-dépouille. Dans ce cas, les outils standards ne sont pas les plus avancés, contrairement aux machines à commande numérique par ordinateur (CNC).

Qu'est-ce que le contre-dépouille dans l'usinage ?

La figure suivante présente de nombreuses contre-dépouilles :

Figure 1 Fraise à surfacer

Vous voyez, ces zones cachées dans le composant sont des contre-dépouilles, inaccessibles aux outils standards. Une machine CNC est utilisée pour usiner ces contre-dépouilles, car un outil simple fonctionnant verticalement ne peut pas les usiner.

Objectifs clés de la sous-cotation

Pour de nombreuses raisons, vous pouvez avoir besoin de contre-dépouilles dans votre composant ou pièce :

1. Perte de poids
2. Logement pour joints toriques
3. Pour l'assemblage, pour emboîter les joints, les encliqueter, etc.
4. Pour réaliser des motifs sur la pièce afin de lui donner un aspect esthétique

Opérations CNC standard et contre-dépouille

Voici le tableau pour une information complète concernant les opérations CNC Undercut par rapport aux opérations CNC standard :

Tableau 1 : Analyse comparative des contre-dépouilles par rapport à l'usinage CNC standard

Norme de secours ISO/ASME

Vous pouvez vous inspirer des normes ASME B94.6 et ISO 3859 pour réaliser des contre-dépouilles de dimension optimale pour le jeu de l'outil et la décharge des contraintes dans les pièces filetées.

Comment fonctionne l'usinage en contre-dépouille ?

Effectuez ces 3 étapes pour usiner une contre-dépouille sur une pièce :

• Sélection de l'outil, en fonction de la géométrie de la contre-dépouille.
• Approche d'usinage
• Finition

7 principaux types de contre-dépouilles dans les pièces CNC

Différents types de contre-dépouilles peuvent être classés selon des exigences géométriques et fonctionnelles. Par exemple :

1. Contre-dépouilles annulaires radiales

• Dans les pièces cylindriques telles que les segments de piston ou les sièges de roulement, vous aurez besoin de ces formes circulaires de contre-dépouilles.
• Rétention de l'ours et étanchéité aux fluides.
• Usinage de tournage à rainures en T

2. Contre-dépouilles latérales axiales

• Responsable de l'assemblage des pièces
• Utiliser le fraisage ou la découpe de sucettes
• Engrenages, accouplements, etc.

3. Dépouilles étagées

• A une fonction structurelle dans les applications
• réduction du poids de la pièce
• Blocs moteurs et châssis, etc.
• Procédé de fraisage par couches

4. Scellement des contre-dépouilles

• Sceller les zones sujettes aux fuites
• Corps de pompe ou vannes.
• Procédé de tournage de précision

5. Verrouillage des contre-dépouilles

• Sécurise les attaches
• Boulons et arbres filetés
• EDM de fil

6. Dépouilles en relief

• Réduit le stress à l'intérieur du composant
• Supports et arbres
• Fraisage standard

7. Contre-dépouilles profilées en 3D

• Permettre un écoulement fluide des fluides dans le système
• Pieds de pales de turbine et pales de turbine
• Fraisage simultané 5 axes

Quel outillage spécial est nécessaire pour la découpe

Comme mentionné précédemment, les contre-dépouilles ne sont jamais faciles à réaliser avec des outils standardisés ; c'est pourquoi l'usinage CNC est nécessaire. En usinage CNC, seuls les outils de contre-dépouilles spécifiques au matériau utilisé pour la contre-dépouille sont autorisés.

Fraises à queue Lollipop (à contre-dépouille)

Cet outil possède une extrémité sphérique ou plate avec des cols coniques allongés. Il est utilisé pour réaliser des rainures en retrait derrière les bords, par exemple pour les clips de joints toriques internes. Pour l'aluminium 6061, utilisez cet outil avec les paramètres suivants :

• Tr / min: 12,000 - 18,000
• Vitesse d'avance : 0.08 - 0.15 mm/dent
• Rapport de manche : 4:1 (L:P) max.
• L'outil sera fabriqué en carbure avec revêtement TiAlN

Fraises à rainures en T et à clavettes

Les fraises à rainures en T et à clavette peuvent être utilisées pour usiner des rainures et des rainures de clavette internes dans les composants mécaniques. Les fraises à dents décalées et à dents droites sont les plus courantes.

Tableau 2 Dents décalées vs dents droites

Fraises à queue d'aronde

• Utilisez des fraises à 45° pour des vitesses d'usinage plus rapides et des avances élevées. Ces fraises à queue d'aronde permettent de réaliser des coulisseaux de machines-outils.
• Utilisez 60^o Des fraises sont idéales pour usiner une contre-dépouille pour une application de haute précision, comme des montages aéronautiques. Elles utilisent des vitesses de coupe plus lentes et une évacuation des copeaux plus précise, mais offrent une capacité de charge accrue.

Outils et insertions de formulaires personnalisés

Vous aurez besoin d'outils et de plaquettes de forme sur mesure si la conception des contre-dépouilles est unique ou non standard. Pour usiner ces contre-dépouilles, vous aurez besoin de vos propres outils, dont le coût peut varier entre 500 $ et 1500 XNUMX $, selon le type de matériau, la conception, le revêtement, etc.

Stratégies de fraisage CNC pour les contre-dépouilles

L'usinage en contre-dépouille diffère de l'usinage simple d'autres pièces ; des stratégies appropriées sont nécessaires pour obtenir une contre-dépouille parfaite. Voici quelques stratégies utiles pour un usinage précis en contre-dépouille :

Découpe indexée à 3 axes

Cette stratégie permet de fabriquer facilement des pièces telles que des rainures d'étanchéité de brides grâce à l'usinage en contre-dépouille selon trois angles différents. La fraiseuse CNC tourne sur trois axes (X, Y, Z), mais la pièce est déplacée manuellement.

Parcours d'outils simultanés 5 axes

Les outils fonctionnent sur 5 axes pendant l'usinage, évitant ainsi tout positionnement manuel de la pièce. Tout fonctionne automatiquement, ce qui en fait l'une des méthodes de fabrication les plus avancées. Cette méthode d'usinage ultra-précise est idéale pour la fabrication d'aubes de turbine, dont la forme doit être quasi parfaite.

Conseils pour améliorer la finition de surface des contre-dépouilles

Vous souhaitez améliorer la finition de la contre-dépouille. Ce n'est pas un problème si vous suivez ces conseils :

• Sélection d'outils appropriés
• Alimentation réduite
• Montée Fraisage
• Fraisage torcheoïdal
• Liquide de refroidissement haute pression

Contre-dépouilles pour tournage CNC et fraisage-tournage

Jusqu'à présent, vous utilisiez le tournage CNC pour les conceptions circulaires et le fraisage de pièces plates ou de formes complexes séparément. Mais les temps ont changé. Ces deux opérations peuvent désormais être utilisées simultanément.

Applications : trains d'atterrissage, implants, etc.

Rainures d'arbre externes

Savez-vous comment sont réalisées les rainures illustrées ci-dessous dans les circlips, les joints ou les roulements ? Il vous suffit d'utiliser efficacement le tour standard.

Le procédé de tournage standard utilise des outils de type T. Si votre pièce est en aluminium 6061, utilisez les paramètres suivants :

• Tr / min: 2500 - 5000
• Vitesse d'avance : 0.1 - 0.2 mm/tr pour la surface brute et 0.05 - 0.1 mm/tr pour la finition
• DOC : ≤ 60 % de la largeur de l'insert

• Fraisage-tournage

Vous pouvez utiliser une fraise de 2 à 6 mm ou une fraise à sucette pour réaliser ces rainures. Utilisez les paramètres suivants pour un usinage optimal.

• Tr / min: 8000 - 15000
• Vitesse d'avance : 0.05 - 0.15 mm/dent
• DOC : ≤ 30 % du diamètre de la fraise

Reliefs d'alésage internes

Les rainures de joints toriques, les jeux d'assemblage ou les rainures de filetage nécessitent des dégagements d'alésage internes pour gérer les contraintes. Deux opérations CNC sont possibles, comme indiqué dans le tableau ci-dessous :

Tableau 3 Paramètres pour l'usinage en contre-dépouille des matériaux en aluminium et en acier

Rainures latérales à une seule configuration (fraisage-tournage)

Comme leur nom l'indique, ces rainures sont réalisées selon un procédé à un seul réglage, comme le fraisage-tournage. Si votre pièce est un corps de vanne en aluminium (Al 6061), utilisez les paramètres suivants pour obtenir une précision de ± 0.02 mm :

• Vitesse : 10,000 20,000 - XNUMX XNUMX tr/min
• Vitesse d'avance : 0.1 - 0.25 mm/dent
• Profondeur : 1.5X du diamètre de l'outil

Vous devrez effectuer la première opération de tournage pour les rainures droites, puis des fraises à sucettes seront nécessaires pour usiner des contre-dépouilles profondes.

Comment concevoir des contre-dépouilles manufacturables

Comment concevoir des contre-dépouilles ? Voici quelques conseils pour optimiser l'usinage des contre-dépouilles ou faciliter leur fabrication. Voici quelques stratégies :

Éliminer ou minimiser autant que possible

Dans certains cas, il peut être préférable d'éliminer ou de minimiser les contre-dépouilles plutôt que de les usiner. Voici comment procéder :

1. Si vous pouvez remplacer une contre-dépouille, utilisez des chanfreins ou des rayons
2. Utilisation de rainures d'encliquetage au lieu de rainures
3. Géométrie des pièces d'accouplement pour éliminer les contre-dépouilles

L'application courante de cette stratégie peut être trouvée dans les anneaux élastiques, comme le remplacement d'une rainure par un épaulement + un dispositif de retenue fileté.

Gardez les fonctionnalités superficielles et accessibles

• Ne pas augmenter la profondeur au-delà de 2 fois la largeur
• Utiliser des rayons ≥ 0.5 mm
• Utiliser l'accès côté ouvert pour les outils standard

Planifier l'accès aux outils et le dégagement des fixations

1. Assurez-vous d'utiliser des outils d'un diamètre six fois supérieur à celui des fraises.
2. Éviter les collisions d'outils
3. Laissez un espace libre ≥ 5 mm autour des pinces

Quelles sont les principales applications de l’usinage par contre-dépouille ?

Comme vous le savez, les contre-dépouilles ont des fonctions spécifiques pour chaque application, qu'elles soient structurelles ou fonctionnelles. Cette section vous familiarisera avec les applications qui les utilisent.

Aérospatiale : arbres, rainures

L'aéronautique, secteur le plus critique en matière de sécurité, utilise des contre-dépouilles filetées pour éviter la concentration de contraintes au niveau des faux-ronds. Ces contre-dépouilles sont réalisées dans les aubes de turbine en alliage Ti-6Al-4V. Des opérations de fabrication avancées sont nécessaires pour réaliser de tels filetages parfaitement. Par exemple, l'électroérosion à fil et la finition Lollipop permettent d'obtenir une tolérance très stricte de ± 0.005 mm et un état de surface de Ra 0.8 μm.

Automobile : Pièces de moteur et de transmission

Dans l'industrie automobile, les contre-dépouilles sont conçues pour répondre à des besoins fonctionnels. Par exemple, un angle radial de 0.5 mm à 1 mm de profondeur est nécessaire dans les gorges de piston en aluminium, car ces contre-dépouilles assurent la fixation des segments de piston à des températures de fonctionnement supérieures à 300 °C. La méthode d'usinage appropriée est le tournage CNC avec plaquettes céramiques. Utilisez une vitesse optimale de 1500 0.1 tr/min et une avance de XNUMX mm/tr.

Médical : Évidements d'implants

Des éléments de verrouillage profilés 3D sont nécessaires pour assurer l'ostéointégration grâce à des textures de croissance osseuse. Les implants fémoraux de genou CoCrMo utilisent ces contre-dépouilles. Un procédé de micro-fraisage 5 axes permet d'obtenir un état de surface Ra ≤ 0.5 μm.

Contrôle de qualité des éléments en contre-dépouille

Un contrôle qualité et une inspection rapides de chaque composant garantissent sa performance dans les applications concernées. Pour une fiabilité accrue de vos composants, vous devez utiliser les mesures de contrôle qualité suivantes :

Méthodes de CMM et de balayage optique

Les sondes minuscules avancées ou scanners laser effectuent la tâche principale d'élimination des erreurs dans les contre-dépouilles.

Mécanisme de travail

• Prend une image 3D très précise de la contre-dépouille
• Vérifie si l'image est exactement conforme aux normes ou non
• Offre une efficacité jusqu'à 0.005 mm dans la mesure des détails

Les industries aérospatiales et médicales utilisent cette méthode de contrôle qualité car une petite erreur peut entraîner des catastrophes.

Sondage en cours de processus

N'est-il pas étonnant de ne pas avoir à interrompre la production pour prélever un échantillon et en contrôler la qualité ? Oui, vous pouvez inspecter les composants pendant la production grâce à l'automatisation des machines CNC avancées. Le palpage en cours de fabrication est un excellent moyen de réaliser cette tâche. Voyons comment :

Mécanisme de travail

• Le prob pique doucement la contre-dépouille
• Il informe immédiatement la machine pour résoudre le problème concerné

Contrôles d'intégrité de surface

• La douceur est vérifiée à l'aide d'un doigt très sensible
• De minuscules fissures à l'aide de colorants spéciaux
• Des dommages cachés grâce à de puissants microscopes

Conclusion

Cet article portait sur les contre-dépouilles et leurs concepts associés, tels que leur mode de fabrication, leurs types, etc. Un procédé de fabrication avancé à configuration unique et le palpage en cours de fabrication, entre autres, sont désormais utilisés pour une fabrication rapide et précise des contre-dépouilles. TUOFA vous propose des solutions personnalisées complètes. Équipés de machines CNC de pointe et d'opérateurs experts, nous vous accompagnons du prototype à la production du composant critique, avec des délais de livraison rapides et économiques.

FAQ sur l'usinage en contre-dépouille

Une contre-dépouille affaiblit-elle un manche ?

Oui, mais vous pouvez récupérer de la résistance en augmentant le diamètre de l'arbre près du dessous, en utilisant des congés pour réduire la concentration de contrainte, etc.

Les contre-dépouilles peuvent-elles être usinées dans des métaux durs comme le titane ?

Oui, mais vous aurez besoin d’outils spécialisés tels que l’électroérosion à fil, le fraisage trochoïdal et l’usinage laser.

Quelle est la différence entre l'usinage en contre-dépouille et en sur-dépouille ?

En contre-dépouille, l'évidement est caché derrière le matériau, assemblé/scellé avec des fraises à sucettes et des fraises à rainures en T ; tandis qu'en sur-dépouille, l'excédent de matériau reste au-delà du bord et fournit des bords décoratifs ou une réduction de poids avec des fraises à bout sphérique et des outils à chanfreiner.