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Cours workshop | Makerslide machines

Choix de l’outil en fonction de la matière à usiner

Les outils de coupe si ont considère leur matériaux de fabrication peuvent être classés en 3 catégories principales
– Les outils en acier au tungstène (dit acier rapide)
– Les outils carbures
– Les fraises diamant

Les outils en acier au tungstène

Ces outils sont en alliage d’acier fer-carbone plus tungstène (jusqu’à 20 %) et quelques éléments d’addition (cobalt, manganèse, chrome, vanadium, molybdène).
Ils sont appelé outil HSS (High Speed Steel) ou outils acier rapide.
Ces outils sont bon marché, mais ne sont pas adaptés pour usiner les matières trop dures et ne peuvent pas fonctionner à des vitesses de coupe très élevées, ils s’usent assez vite quand la matière est dure ou abrasive et doivent être réaffûtés.

exemple-outils-hssLes outils HSS conviennent très bien pour les matériaux tendres comme le bois et les matières plastiques.

Pour l’aluminium, cuivre ou laiton vous pouvez utilisez des outils HSS pour les formes particulières.
(fraisures de vis, rainures, queue d’aronde …) parce que ce sont des usinages occasionnels et les outils carbures coûtes beaucoup plus cher pour ces outils de forme.

Par contre pour les usinages classiques dans l’aluminium ou cuivre et ses alliages avec des fraises cylindriques 2 tailles, il est préférable de passer aux outils carbures qui ne coûte pas beaucoup plus cher et donne meilleure satisfaction pour la qualité de surface, vitesse de coupe possible et durée de vie.

Les outils carbure

Les outils carbures peuvent être :

fraises-carbure– Monobloc

Pour les matériaux qui ont tendance à coller à la fraise comme certaines matières plastiques ou l’aluminium, il faut que les copeaux soient évacués très vite.

Pour cela une fraise carbure à 1 dents comme celle ci-contre conviens très bien.
Il faut avancer rapidement dans la matière en tournant suffisamment vite pour limiter les efforts de coupe et évacuer le copeaux pour ne pas qu’il reste sur place et face chauffer le matériaux.

 

fraises-carbure-brase

Avec plaquettes brasées

Lorsque vous avez un foret béton ou une lame de scie circulaire les petits plaquettes de la partie coupante sont en carbure de tungstène et elles sont brasés.

On a le même principe sur certaines fraises.

 

 

outils-plaquette-carbureAvec plaquettes démontables

 

Il y a différent qualité de carbure

Il faut savoir que les outils avec plaquettes brasées peuvent s’affûter à condition d’avoir le matériel.
Ce n’est pas le cas des plaquettes démontables qui se jettent une fois usées ou cassés.
Par contre le carbure des plaquettes démontable est de qualité supérieur, un carbure micro-grain qui ne peut de toute façon pas se braser.
plaquette-carbure
Une fois qu’une extrémité de la plaquette est usée ou cassé il est possible de retourner 1 fois 2 fois ou 3 fois selon la forme de la plaquette pour utiliser les autres angles de coupe.
Donc au final même si c’est du jetable la durée de vie est importante.

Les outils carbures monobloc peuvent avoir différentes qualités selon la dureté des matériaux à usiner.

 

Les fraises diamant

Le diamant industriel est une matière encore plus dure que le carbure et permet de graver, découper des matériaux très durs et abrasifs comme le verre, l’inox, le granit, la pierre.

Pour les gravures fines, il est préférable d’utiliser une pointe diamant, la broche de la machine ne tourne pas et l’outil est pressé et frotte contre la matière avec un ressort.

 

Pour les gravures plus profondes comme par exemple dans la pierre, des outils diamant en V permettent de faire du V Carving

 

Les fraises HSS ou carbures cylindriques avec dentures particulières


Fraise avec denture droite

fraises-defonceuses

 

Ce sont les fraises de défonceuse
Elle conviennent bien pour la découpe du bois MDF

 

 

 

 

 

Fraise avec denture diamant 

fraise-denture-diamantAttention à ne pas confondre avec les fraises diamant.
Pour celle ci c’est juste la forme des dents qui font ressembler aux facettes d’un diamant.

Ces fraises sont le plus souvent en carbure de tungstène et permettent de découper les matières denses et stratifié en la pulvérisant.
L’autre avantage c’est qu’elles laissent des champs plus net avec moins de bavures surtout pour les matériaux stratifiés comme le contreplaqué.

Convient pour découper le HPL, contreplaqué, plaque d’epoxy et composite comme carbone.
Pour les composite d’epoxy ou carbone attention de choisir une bonne qualité de fraise, au carbure micrograin car c’est abrasif et un outil de mauvaise qualité risque de s’user très vite.

 

Fraise avec hélice coupe à gauche ( downcut )

downcut-tools

 fraise-cutdown-cutup

Le copeau et la plaque au lieu d’être aspiré vers le haut est repoussé vers le bas.

Ceci est intéressant pour limiter les attaches et ne pas risquer d’avoir des plaques qui se soulèves.
Empêcher les bavures au dessus de la plaque usinée.

Attention, comme les copeaux vont vers le bas il faut prévoir de l’espace entre la plaque à usiner et le plateau martyr, prévoir par exemple des cales.

Le matériaux est du UHMWPE ( Ultra High Molecular Weight. Polyethylene.
– Pour l’outil classique, on voit clairement que malgré les attaches, les pièces découpées ont tendance à se soulever et il y a beaucoup de bavures.
– Pour l’outil avec coupe à gauche ce n’est plus le cas.

Fraise de compression (hélice coupe à droite en haut et coupe à gauche en bas )

compression-spiral

Cette fraise est particulièrement bien adapté pour la découpe de matériaux mélaminé comme le contreplaqué.

 

comparaison-classic-compression-flute

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ci dessous un test de découpe de contreplaqué avec une fraise à compression et une importante vitesse de coupe.


On se rend compte que même a très haute vitesse de coupe, la plaque ne bouge pas et les champs coupés sont net.

Résumé sur les fraises cylindriques et les efforts axiaux

resume-coupe

Choix de l’outil en fonction de la forme

I ) Surface plate assez importante

Utilisation de fraises à surfacer ( appelé aussi fraises tourteau )

fraises-a-surfacer

Les fraises à surfacer permettent de générer une surface plane perpendiculaire à l’axe de rotation de la fraise.
Elles conviennent très bien pour surfacer une plaque martyr et corriger des défauts de planéité.

 II ) Coupes droites et poches

forme-prismatique

 

 

 

Fraise cylindrique droite ( flat nose )

Cette fraise est la plus commune, elle permet de découper des pièces avec des champs droits ou faire des poches dans le matériaux

 

fraises-2-taille

En diamètre 2 ou 3mm c’est l’outil approprié pour faire des lettrages

lettrage

 

Les fraises permettant les coupes droites et les poches font partie des fraises dites “2 tailles” car elles permettent de générer 2 surfaces en même temps.

une surface perpendiculaire à l’axe de la fraise      – une surface parallèle à l’axe de la fraise

 

resultat-fraise-2-tailles

 

 

 

 

 

 

  III ) Usinage 3D ( sculpture )

Pour l’usinage 3D un outil avec embout hémisphérique ( ball nose ) est indispensable.

ball-nose-tools

L’usinage 3D est plus long que le fraisage 2D ou la découpe et le rayon de l’extrémité de l’outil devra être inférieur au plus petit rayon de la pièce à usiner quel que soit le plan XY – XZ ou YZ.

 

sculpture-3d-1-1024x600

 

 

 

 

 

Pour en savoir plus sur l’usinage 3D

 IV ) Formes en V  ( V Carving )

fraises-en-v

Les fraises de V Carving ont généralement une queue de 6mm et permettent d’usiner à des angles de 45°, 60°, 90° ou 120°

Attention plus l’angle est élevé, plus la différence de vitesse de coupe entre le bas et le haut de la fraise est important, cela peut donner un état de surface légèrement différent entre le bas et le haut de la gravure, particulièrement pour certaines matières plastiques.

 

Utilisation 1 : Gravure de certaines polices d’écriture, calligraphie

lettrage-caligraphie

Pour certaines polices d’écriture, les lettres ont à leurs extrémité des trait très fins.
Le diamètre d’un outil cylindrique classique ne peut pas avoir un diamètre trop petit, inférieur à 1 ou 2mm sinon il se casse avec l’effort de coupe.

 

 

Le principe c’est celui du calligraphe qui appuie plus ou moins fort sur son pinceau afin de faire son trait plus ou moins large. On demande à la CNC de descendre l’outil plus ou moins profondément afin d’avoir une largeur de coupe importante ou très fine.

 

Utilisation 2 : Réalisation de bas reliefs
Réaliser un bas relief en V-Carving est plus rapide que de le faire en usinage 3D avec un outil hémisphérique

 

Utilisation 3 : réaliser des chanfreins

Voici un exemple ou réaliser des chanfreins est nécessaire

aluminium-composite-material

Une technique pour faire des pliages très précis avec du Dibon ( une matière composite aluminium, plastique aluminium ) c’est de réaliser des chanfreins par exemple à 45° si on veux un pliage à 90°.

 

 

 

 

 

Utilisation 4 : Graver des photos en utilisant un effet visuel ( technique du halftone )

Le principe c’est d’enregistrer une photo en noir et blanc et ensuite, plus les nuances de gris sont sombres plus les points ou les lignes sont profondes.
Comme l’outil est en V ces points et ces lignes seront également plus ou moins larges selon les nuances de gris.

 V ) Gravure de précision

 

pointe-javelo

On utilise dans ce cas des pointes javelot
On a également une forme en V mais avec un angle plus petit allant de 10 à 60°

Ces pointes javelot peuvent graver le bois, les matières plastique et l’aluminium selon les modèles ( acier ou carbure )

 

Utilisation 1 : Gravure de plaques plastiques ou aluminium

 

Utilisation 2 : Réalisation de circuit électronique 

gravure-a-anglaise

 

Le circuit de droite est réalisé de manière classique avec un procédé chimique.

Sur celui de gauche le circuit est gravé avec une fraiseuse CNC, les pistes sont  organisée selon des zones Voronoï.

Celui du milieux est gravé avec une CNC avec la technique de gravure à l’Anglaise.

VI ) Formes particulières

Des outils sont spécialisés dans une forme spécifique, rainure, fraisure de vis, lamage, queue d’aronde …

outils-de-forme

utilisation-outils-de-forme

 

Résumé :

outil-selon-lettrage

 

Voici un exemple gravure de lettre

Les gravures sont différentes et nécessitent des outils différents.

 

 

 

 

 

Procédure de changement d’outil

Quel que soit la broche ( Kress, Makita, ect … )
Le système de serrage est constitué d’un arbre fileté, d’une pince et d’un écrou
arbre-pince-ecrou

  • Si le diamètre de queue de l’outil à insérer correspond au diamètre de la pince dans ce cas il faut juste dévisser légèrement l’écrou.
  • Si ce n’est pas le cas il faut en plus changer la pince et en mettre une du diamètre correspondant à l’outil.

Dans les 2 cas il faut de toute façon respecter une position de l’outil à l’intérieur de la pince.

mise-en-place-outil-dans-pince

Si vous avez des changements d’outils fréquents avec des diamètres de queue différents il y a une solution qui permet de faire gagner du temps.

pince-changement-outil

Prenez une pince correspondant à l’outil qui à le diamètre de queue le plus important.
Par exemple 8mm.
Préparez ensuite pour les outils plus petits des réduction 8mm /6mm ; 8mm / 4mm ; 8mm / 3.175mm

Cela vous fera gagner du temps lors des changement d’outils.

 

 

 

 

I ) Changement avec une broche Kress

pince-plate-kress

I ) Changement avec une broche Kress

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