Qu'est-ce que l'usinage à grande vitesse ?

Cela dépend à qui vous demandez.

Certaines personnes le traitent comme un terme marketing-claquant "haute-vitesse" sur la fiche technique et facturent plus. D’autres se lancent dans des discussions houleuses sur les seuils exacts de régime. La réponse utile se situe quelque part entre les deux.

L'usinage à grande vitesse, ou HSM, signifie généralement couper à des vitesses cinq à dix fois plus rapides que ce qui est considéré comme normal pour un matériau donné. Mais la « normalité » continue de changer à mesure que les outils et les machines s'améliorent, de sorte que la définition évolue avec elle. Il y a vingt ans, 8 000 tr/min était rapide. Désormais, les VMC d'entrée de gamme-y parviennent sans essayer.

Le truc Salomon

Presque tous les articles sur HSM mentionnent Carl Salomon et son brevet allemand de 1931. Voici la version courte : il a mené des expériences de découpe d'aluminium avec des fraises hélicoïdales à des vitesses ridicules pendant un temps -jusqu'à 16 500 m/min lors de certains tests-et a découvert que la température de découpe ne continue pas à grimper indéfiniment. Il culmine à une vitesse critique, puis diminue à mesure que vous allez plus vite.

Pourquoi est-ce important ? Parce que cela suggère un régime dans lequel une coupe plus rapide génère en réalité moins de chaleur dans la pièce. Et pour tous ceux qui usinent des pièces qui ne peuvent pas tolérer la distorsion thermique-parois minces, tolérances serrées, géométrie complexe-c'est un gros problème.

La chaleur va où ?

Voici ce qui se passe à des vitesses de coupe élevées, du moins selon les manuels : les copeaux se forment et partent si rapidement qu'ils emportent avec eux la majeure partie de la chaleur de coupe. Certaines sources proposent des chiffres comme 90 % ou 95 %. Honnêtement, mesurer cela avec précision est difficile, et le pourcentage dépend du matériau, de la géométrie de l'outil, du liquide de refroidissement et de nombreuses autres variables.

Ce qui est plus facile à observer : avec des paramètres HSM appropriés, les copeaux se détachent chauds-parfois décolorés en bleu ou en brun sur l'acier-tandis que la pièce elle-même reste relativement froide. Vous pouvez le ressentir. Exécutez un test de coupe, arrêtez la machine, touchez la pièce. Cela ne vous brûlera pas, même si les chips pourraient le faire.

Pour le travail du moule, cela est important car les cavités présentent toutes sortes de caractéristiques qui détestent la chaleur. Côtes fines. Poches profondes. Murs avec quasiment aucun courant d'air. Usinez-les de manière conventionnelle et ils grandissent pendant la coupe, puis rétrécissent en refroidissant, et vos dimensions se retrouvent quelque part que vous n'aviez pas prévu. Usinez-les dans des conditions HSM et ils restent plus stables dimensionnellement.

C'est du moins la théorie. Les vrais résultats dépendent de nombreux facteurs. J'ai vu des ateliers investir dans des équipements HSM et continuer à lutter contre des problèmes thermiques parce que leur support de travail n'était pas assez rigide, ou qu'ils n'ajustaient pas leurs stratégies de coupe, ou une douzaine d'autres choses.

La pièce d'outillage pour laquelle personne ne veut payer

Vous ne pouvez pas faire de HSM avec des porte-outils ordinaires. C'est là que les magasins ont des problèmes :-ils achètent une broche à grande vitesse-et essaient d'utiliser leurs outils CAT40 ou BT30 existants.

 

Le problème de la physique

 

Le problème est la force centrifuge. À 15 000 ou 20 000 tr/min, l'alésage de la broche se dilate sous l'effet de la charge centrifuge. Une tige d'outil solide ne se dilate pas de la même manière. L'ajustement conique se desserre. Le runout augmente. Soudain, votre coûteuse broche à haute vitesse-produit de pires résultats que votre ancienne machine.

La solution est le HSK-une conception allemande (Hohl-Schaft-Kegel, tige conique creuse) qui est devenue une norme ISO au milieu des années 90. La construction creuse permet à la tige de se dilater avec la broche et entre simultanément en contact avec le cône et la face. La force de serrage augmente à mesure que la vitesse augmente au lieu de diminuer.

Ce que personne ne vous dit d'emblée : passer au HSK signifie remplacer l'intégralité de votre parc à outils. Chaque support, chaque pince, chaque extension. Plus les arbres, plus les prérégleurs s'ils ne sont pas compatibles. Cela s’additionne vite. Et puis vous avez besoin de personnes qui savent comment manipuler correctement les outils HSK-c'est plus sensible à la précision-que les outils à forte conicité.

La programmation est la moitié de la bataille

Les broches à grande vitesse-ne font rien si le parcours d'outil force constamment la décélération. C’est peut-être le plus grand écart entre l’achat d’une capacité HSM et son utilisation réelle.

La programmation de moules à l'ancienne-générait des milliers de minuscules segments de ligne pour se rapprocher des courbes. Les contrôleurs les ont traités un par un. Aux aliments conventionnels, très bien. Dans les flux HSM, le contrôle ne peut pas suivre. La machine ralentit, rattrape son retard, accélère, ralentit encore. Vous obtenez des mouvements saccadés et des marques de témoins à la surface.

Mais la prise en charge NURBS varie entre les systèmes CAM et les commandes de machines. Et sa configuration correcte nécessite des connaissances que tous les programmeurs ne possèdent pas. Je connais des ateliers qui utilisent des équipements HSM coûteux avec une FAO obsolète, générant des parcours d'outils de segments de ligne -, se demandant pourquoi ils ne voient pas les résultats escomptés.

La stratégie de coupe change également. L'ébauche conventionnelle nécessite des coupes lourdes à des avances lentes-enterrez la fraise, poussez fort. L'ébauche HSM nécessite un léger engagement radial à des avances élevées. Le cutter reste chargé, mais jamais surchargé. Les forces restent faibles. Les parois minces ne fléchissent pas. Les petits outils ne cassent pas.

Pour y parvenir, il faut un logiciel de FAO prenant en charge des parcours d'outils à engagement constant-et des programmeurs qui comprennent quand les utiliser. La machine est presque la partie la plus facile.

Pour les ateliers de moulage

Que tout cela soit important dépend de ce que vous construisez.

Les moules complexes-lignes de joint complexes, surfaces optiques, noyaux fins, fermetures étanches-fermetures-en bénéficient le plus. Le temps que vous passeriez à l'ajustement et au polissage sur l'établi se convertit en temps de broche, qui est plus prévisible et plus reproductible. La finition de surface de la machine s'améliore suffisamment pour que le travail manuel diminue considérablement. La dépendance à l'EDM diminue car vous pouvez fraiser des fonctionnalités qui nécessitaient auparavant des électrodes.

Des moules simples avec des tolérances généreuses ? Le retour sur investissement est moins évident. L’usinage conventionnel pourrait très bien faire l’affaire.

La plupart des travaux de moulage par injection se situent quelque part entre les deux. La question n'est pas de savoir si HSM fonctionne-c'est établi. La question est de savoir si votre répartition des emplois justifie l’investissement en équipement, outillage, logiciels et formation. C'est un calcul différent pour chaque magasin.

Une chose que je dirai : l'écart entre les magasins qui disposent d'une réelle capacité HSM et ceux qui n'en ont pas se creuse. Les attentes en matière de délais de livraison ne cessent de se resserrer. Les spécifications de surface deviennent de plus en plus exigeantes. Les clients ayant des travaux complexes se concentrent sur les fournisseurs qui peuvent réellement les réaliser. Que cette pression s’applique à vous dépend de votre position sur le marché.

Il n'y a pas de réponse universelle. Mais si vous perdez des devis sur des travaux complexes, si votre travail d'ajustement ne cesse d'augmenter, ou si les clients continuent de demander des délais d'exécution plus rapides pour des travaux complexes,-ce sont des signes auxquels il convient de prêter attention.