Les ateliers cherchent en permanence à améliorer la productivité et les performances et à réduire les coûts pour satisfaire aux exigences du marché, et rester sans cesse compétitifs. Les fraises en carbure monobloc destinées à l'ébauche sont une solution à ces besoins, mais de nombreux outils existants sur le marché ont des performances limitées, tant en durée de vie qu'en productivité et sécurité des process. Dans cet article, Antti Wikström, Global Product Manager des fraises en bout monobloc - ébauche chez Sandvik Coromant, le spécialiste de la coupe des métaux, explique comment la fraise en carbure monobloc CoroMill® Plura HD peut pallier ces insuffisances, grâce à des performances plus prévisibles et plus fiables.

Le Financial Times a établi que l'inflation et la guerre en Ukraine étaient les principaux facteurs à l'origine de la hausse des prix de l'énergie et des matières premières, notamment de l'acier. Ces coûts croissants constituent un obstacle important pour les fabricants, qui ne parviennent pas à réduire le coût par pièce, et ont un impact direct sur leur rentabilité. Comment les fabricants peuvent-ils surmonter ces obstacles au sein de leurs applications d'usinage, tout en répondant aux demandes du marché et en restant compétitifs ?

Une solution consiste à appliquer une stratégie d'usinage par enlèvement de copeaux, qui s'est révélée être une approche très efficace pour les opérations d'ébauche. Une telle stratégie garantit des débits copeaux élevés et une excellente sécurité de process. Grâce à une stratégie efficace d'usinage par enlèvement de copeaux, les fabricants peuvent optimiser les opérations d'ébauche, accroître la productivité et réduire les temps de cycle.

Mais comment appliquer une stratégie par enlèvement de copeaux ? En termes simples, la méthode est similaire au fraisage latéral à grande avance (HFSM), mais avec une largeur de coupe radiale plus importante, tout en bénéficiant d'un engagement et d'une charge d'outil contrôlés. Pour être appliquée à la perfection, la méthode suppose un engagement radial élevé et constant ainsi que des mouvements réguliers pendant l'usinage, deux facteurs qui contribuent à améliorer la sécurité de process, la durée de vie de l'outil et la productivité.

Autres stratégies

Avant d'aborder la stratégie par enlèvement de copeaux, examinons brièvement deux options conventionnelles relatives à l'ébauche. Tout d'abord, il y a la stratégie d'usinage dans le cadre, une ancienne stratégie d'ébauche avec un trajet de l'outil inefficace. Cette stratégie présente notamment l'avantage de ne pas nécessiter de mise à jour des programmes de CN et d'offrir des petits programmes, un atout pour les vieilles machines dont la mémoire et les capacités de traitement sont limitées. Parmi ses inconvénients, citons l'impossibilité d'utiliser tout le potentiel de l'outil de coupe dans les « parties faciles » du trajet de l'outil, et la surcharge de l'outil de coupe, par exemple dans les angles. Le résultat est médiocre dans tous les aspects des performances d'usinage (durée de vie de l'outil, productivité, sécurité de process, qualité de la pièce usinée et usure/maintenance de la machine-outil).

On trouve ensuite la stratégie HFSM mentionnée plus haut, une stratégie efficace et performante qui utilise toutes les performances de l'outil avec une grande sécurité de process et une durée de vie élevée de l'outil. Les outils HSFM ont normalement une densité de dents très élevée, ce qui est très intéressant pour la durée de vie de l'outil ainsi que pour la productivité lors de l'usinage avec un faible engagement radial. Le faible engagement radial permet également une très grande profondeur de coupe axiale. Cependant, ces outils ne conviennent pas du tout à des engagements radiaux plus importants et, même s'ils sont utilisés avec une profondeur de coupe axiale plus courte, ils se casseront. Si une double profondeur de coupe (2xDC), ou moins, est nécessaire, une stratégie par enlèvement de copeaux devient plus judicieuse.

Toutefois, des outils conçus pour des engagements plus importants sont nécessaires pour y parvenir. Les ingénieurs de Sandvik Coromant ont donc cherché à développer une fraise en carbure monobloc optimisée et performante, capable d'exceller dans ce domaine. Fruit de ce travail : CoroMill® Plura HD avec aujourd'hui, le lancement de la nouvelle génération avec deux nouvelles nuances.

Les fraises CoroMill® Plura HD en carbure monobloc, renforcé par le revêtement Zertivo™ 2.0 offrent des avantages en matière de durée de vie de l'outil

Débits copeaux plus élevés

CoroMill® Plura HD est proposée en deux nuances et revêtements différents, et tous deux ont été améliorés. L'une des deux nuances est la P2BM pour les aciers ; l'autre nuance est la M2CM pour les aciers inoxydables. L'engagement radial plus important permet d'obtenir des débits copeaux (MRR) plus élevés dans les applications que les HFS, et cet avantage peut être maintenu jusqu'à 2xDC. Le résultat ? Un débit copeaux plus élevé en une seule passe.

Pour les nouvelles nuances, les spécialistes en R&D de Sandvik Coromant ont créé de nouveaux revêtements pour les fraises en carbure monobloc qui peuvent prolonger la durée de vie de l'outil tout en augmentant les vitesses de coupe. La nouvelle technologie de revêtement s'appelle Zertivo™ 2.0 et offre une meilleure résistance à la chaleur et à l'usure abrasive sans compromis sur la ténacité. En résumé, les revêtements Zertivo™ 2.0 se distinguent car ils offrent une arête de coupe très résiliente. Les deux versions de CoroMill® Plura HD, les variantes de nuance P2BM et M2CM, utilisent la technologie Zertivo 2.0.

Une stratégie par enlèvement de copeaux autorise un engagement radial de 70 à 90%, permettant une dizaine de passes en une seule fois par rapport à une stratégie HFSM, puisque cette dernière utilise généralement un engagement radial de 5 à 10% du diamètre de l'outil. Toutefois, il faut noter que la stratégie HFSM peut être utilisée avec des profondeurs de coupe axiale très importantes, alors que la stratégie par enlèvement de copeaux est limitée à deux fois le diamètre de l'outil de coupe par rapport à la profondeur de coupe axiale.

En utilisant la stratégie par enlèvement de copeaux dans son champ d'application, qui s'étend jusqu'à deux fois le diamètre de la fraise, les fabricants peuvent atteindre des débits copeaux élevés tout en préservant la stabilité du process. L'engagement et la charge contrôlés garantissent la stabilité du process de coupe, réduisant ainsi le risque de rupture de l'outil entre autres.

Essais de performance

CoroMill® Plura HD et Zertivo™ 2.0 ont été comparées aux fraises en carbure monobloc concurrentes dans le cadre d'essais de performance approfondis.

Plura HD a démontré ses performances dans de nombreux cas, notamment lors du fraisage de rainures dans une pièce ISO-M en acier inoxydable 1.4404 (316L). La fraise CoroMill® Plura HD dans la nuance M2CM et la fraise concurrente ont été utilisées avec les mêmes paramètres d'usinage : une vitesse de coupe (Vc) de 90 m/min, une avance par dent (fz) de 0,05 mm/dent, une largeur de coupe radiale (ae) de 10 mm et une profondeur de coupe axiale (ap) de 5 mm. Au final, CoroMill® Plura HD a permis de prolonger la durée de vie de l'outil de +65% par rapport à la fraise en carbure monobloc concurrente.

Autre exemple, la fraise P2BM CoroMill Plura HD a été comparée à un autre outil concurrent sur une pièce ISO-P en acier SS1672 (C45) 160 HB, cette fois pour réaliser l'usinage lourd du fraisage d'épaulement à sec. Les paramètres de coupe suivants ont été utilisés : Vc de 235 m/min, fz de 0.1 mm/dent, ae de 7.5 mm et ap de 5 mm. Dans ce cas, la nuance P2BM CoroMill® Plura HD a permis de prolonger la durée de vie de l'outil de 150%.

Les avantages en matière de performances de CoroMill® Plura HD et Zertivo™ 2.0 sont particulièrement bénéfiques pour les ateliers de tous les secteurs qui aspirent à fabriquer des produits plus facilement, plus efficacement et de manière plus rentable. Le programme standard affiche des diamètres de 2 à 25 mm, une profondeur de coupe de 2×D, 4 ou 5 dents et un angle de ramping de 5° ou 7°. Dans l'ensemble, l'outil de Sandvik Coromant a permis dans le même temps de prolonger la durée de vie de l'outil de 30 % et d'améliorer la productivité de 30 %. Ce résultat a été obtenu à la fois par les nouveaux outils destinés aux aciers inoxydables pour l'usinage des matières ISO-M et par les outils destinés aux aciers pour l'usinage dans les matières ISO-P. Ces résultats ont été obtenus sans apporter d'améliorations à la stratégie, telles qu'une stratégie par enlèvement de copeaux, qui permettrait d'optimiser encore davantage les performances.

Des performances multipliées

En conclusion, la fraise en carbure monobloc CoroMill® Plura HD de Sandvik Coromant est un outil très performant qui apporte d'importantes améliorations de performance, même dans les opérations les moins favorables. La fraise en bout contribue à améliorer considérablement la durée de vie de l'outil et la productivité par rapport aux outils concurrents. Avec son revêtement Zertivo™ 2.0, la famille de produits améliore la sécurité des process, la durée de vie de l'outil et la productivité par rapport aux nuances d'ancienne génération et aux outils concurrents.

Cela dit, les performances de CoroMill® Plura HD peuvent être encore améliorées par une stratégie par enlèvement de copeaux. Cette stratégie peut considérablement améliorer la sécurité du process, la durée de vie de l'outil et la productivité. En appliquant une stratégie par enlèvement de copeaux, les performances de CoroMill® Plura HD seront encore multipliées.