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Pourquoi choisir le fraisage dans les aciers trempés plutôt que l'érosion par enfonçage ?
Quels sont les avantages et les inconvénients de chacun ? Doit on privilégier une technologie plutôt qu'une autre ?
Dans cet article, nous allons comparer ces deux procédés et vous aider à faire le bon choix.
Publié le : 25 juillet 2023
Structure de l'acier 36 Ni Cr Mo 16 à l'état trempé, carbures en aiguilles (sombres) sur fond de matrice austénitique résiduelle (en claire)
L'usinage des aciers trempés est un défi pour les fabricants, car ces matériaux présentent une forte résistance à l'usure, une dureté élevée et une tendance à l'écrouissage. Parmi les techniques d'usinage disponibles, deux se distinguent : le fraisage et l'érosion par enfonçage. Mais laquelle est la plus adaptée à vos besoins ? Quels sont les avantages et les inconvénients de chacune ? Dans cet article, nous allons comparer ces deux procédés et vous aider à faire le bon choix.
Qu'est-ce que le fraisage et l'érosion par enfonçage ?
Le fraisage est un procédé d'usinage qui consiste à enlever de la matière dans une pièce en utilisant une fraise, un outil de coupe rotatif muni de plusieurs arêtes. Le fraisage peut se faire en bout, lorsque l'axe de la fraise est perpendiculaire à la surface de la pièce, ou en roulant, lorsque l'axe de la fraise est parallèle à la surface de la pièce. Le fraisage permet d'obtenir des surfaces planes ou des contours 3D avec une très grande précision et une excellente qualité de surface.
milling_die_stamping_in_hardened_steel.mp4Fraisage d'une matrice d'étampage horloger dans un acier fortement allié, trempé à env. 60 HRc
traditionnellement, l'EDM est un procédé d'usinage utilisé avec des métaux durs ou pour des conceptions qui seraient très difficiles à réaliser avec des techniques traditionnelles
L'érosion par enfonçage, aussi appelée EDM (electrical discharge machining), est un procédé d'usinage qui consiste à enlever de la matière dans une pièce en utilisant des décharges électriques. L'érosion par enfonçage nécessite une électrode de forme complémentaire à la forme à usiner, qui s'enfonce dans la pièce sous l'action des étincelles. L'érosion par enfonçage permet d'usiner tous les matériaux conducteurs de l'électricité, quelle que soit leur dureté, avec une grande précision et une faible déformation.
Quels sont les avantages du fraisage dans les aciers trempés ?
Le fraisage dans les aciers trempés présente plusieurs avantages par rapport à l'érosion par enfonçage, notamment :
● La réduction du nombre d'opérations :
Le fraisage dans l'acier trempé permet d'usiner directement la pièce dans le matériau à l'état final, sans avoir besoin de passer par un usinage préalable avant trempe, ni de réaliser le revenu de détente nécessaire après une opération d'électroérosion.
Il n'y a plus nécessité de réaliser les électrodes indispensables à l'opération d'érosion. C'est tout autant d'opérations intermédiaires supprimées (ordonnancement, manutention, montage, programmation, contrôle).
Les temps de cycle sont également fortement réduits, passant couramment de 20 à 30 heures pour l'opération d'érosion, à 5 à 10 heures pour l'opération de fraisage d'une matrice d'étampage de carrure de montre.
L'ensemble de ces points contribuants à diminuer considérablement les coûts de production ainsi que les risques d'erreurs ou de défauts.
Le fraisage dans l'acier trempé évite également le recours à une opération de trempe en cours de processus, qui peut être coûteuse, longue et source de déformations ou de tensions résiduelles dans la pièce.
Il permet ainsi de conserver les propriétés mécaniques et dimensionnelles du matériau, en plus de raccourcir considérablement les délais d'obtention des composants.
Un prérequis aujourd'hui indispensable à l'accélération du Time To Market.
● L'amélioration de la qualité et de la précision des pièces :
Le fraisage permet d'obtenir des surfaces planes ou des contours 3D avec une excellente qualité de surface et une faible rugosité. Il permet également d'éviter les problèmes liés à l'érosion par enfonçage, tels que les surépaisseurs, les micro-fissures ou les altérations métallurgiques telles que la "couche blanche" ou le "charbonnage". Il réduit ainsi considérablement les temps de polissage et par le fait, les déformation potentielles liées à cette opération manuelle.
En outre, les rayons d'engagements peuvent être ajoutés au 3D et directement fraisés, raccourcissant encore les opérations de terminaison tout en garantissant une grande régularité et répétabilité quelque soit le nombre de composant à réaliser.
● L'augmentation de la flexibilité et de la réactivité :
Le fraisage permet de réaliser des pièces complexes ou personnalisées directement dans le matériau final, sans avoir à attendre le traitement thermique ou l'électrode. Il permet également de modifier facilement les paramètres d'usinage ou le programme en fonction des besoins et de prendre en compte une modification géométrique avec une réactivité sans égale.
Quelles sont les conditions pour réussir le fraisage dans les aciers trempés ?
Le fraisage dans les aciers trempés n'est pas une opération simple, car ces matériaux engendrent une forte usure des outils de coupe, une génération de chaleur importante et une tendance à l'écrouissage. Pour réussir le fraisage dans les aciers trempés, il faut respecter certaines conditions, telles que :
● L'environnement :
L'emplacement de la machine-outil dans l'atelier, l'éloignement des sources de froid et de chaleur, la réduction et la maîtrise de l'amplitude thermique, sont trop souvent ignorés ou considérés comme négligeable, alors qu'ils sont vos premiers atouts dans le succès de votre projet.
● Le choix de la machine-outil :
Il faut choisir une machine CNC qui soit à la fois rigide, dynamique et précise.
Compte tenu des temps de cycle relativement importants (plusieurs heures), elle devra disposer d'un système de régulation de la température afin de garantir la précision sur toute la durée d'exécution.
Chez Next Factory, nous avons fait le choix des machines KERN pour notre atelier de sous-traitance.
Outre l'usinage des aciers trempés jusqu'à 72 HRc, ce choix nous permet aujourd'hui d'usiner des matériaux encore plus durs tels que les Carbures, les Céramiques et les Saphirs.
● Le choix du logiciel de programmation :
Pour l’usinage des aciers trempés, il faut choisir un logiciel de programmation CNC qui offre des stratégies d’usinage adaptées aux matériaux durs, qui permettent de réduire les efforts de coupe, les vibrations et l’usure des outils. Le parcours outil calculé doit avoir le moins d'interruption de coupe possible, une prise de passe dite à "copeau constant" et doit permettre la gestion précise des distance et avances dans les liens d'entré/sortie matière. Il faut également que le logiciel soit capable de gérer la complexité géométrique des pièces, en utilisant par exemple l’usinage 5 axes ou l’usinage adaptatif.
Enfin, il faut que le logiciel soit intégré à la CAO (conception assistée par ordinateur) et à la FAO (fabrication assistée par ordinateur) pour faciliter la programmation, le transfert des données et la simulation du processus d’usinage.
Utilisateurs du logiciel CIMATRON depuis plusieurs années, nous avons souhaité l'intégrer à nos services et sommes depuis 2021 revendeur officiel en Suisse et en France. Nous accompagnons également nos clients en assurant les formations ainsi que le développement des post-processeurs et autres spécifiques, avec un regard et une expérience métier.
● Le choix des outils de coupe :
Il faut utiliser des outils adaptés aux aciers trempés, c'est-à-dire des outils en carbure monobloc ou en céramique, avec un revêtement dur et résistant à la chaleur, ainsi qu'une géométrie optimisée pour réduire les efforts de coupe et l'usure.
En veille technologique permanente sur les outils de coupe, nous recevons régulièrement les différents fournisseurs et testons leurs nouveaux produits à l'occasion de journées "Test Cut" dédiées.
● Le choix des paramètres d'usinage :
Il est nécessaire d'utiliser des paramètres d'usinage adaptés aux aciers trempés, c'est-à-dire des vitesses de coupe élevées, des avances importantes, des profondeurs de coupe faibles et des stratégies de coupe spécifiques et régulières.
Le logiciel de programmation ainsi que la fraiseuse CNC utilisés influencent directement la faisabilité et le respect de ces paramètres.
Le système d'arrosage devra également être adapté à la matière usinées ainsi qu'aux outils de coupe utilisés.
Conclusion
Le fraisage dans les aciers trempés est une technique d'usinage qui présente de nombreux avantages par rapport à l'érosion par enfonçage, notamment en termes de réduction du nombre d'opérations (réduction du Time To Market), de suppression du traitement thermique en cours de process, d'amélioration de la qualité et de la précision des pièces, et d'augmentation de la flexibilité et de la réactivité.
Pour faire de l'usinage dans les aciers trempés un succès, il faut respecter de nombreuses conditions à toutes les étapes de réalisation.
Après plus de 15 années à fraiser les aciers trempés, Next Factory est à même de vous apporter son expérience et ses conseils afin de vous faire gagner de nombreuses années d'apprentissage et de développement.
Si vous souhaitez en savoir plus sur le fraisage dans les aciers trempés ou sur les autres techniques d'usinage disponibles, n'hésitez pas à nous contacter.
Que vous ayez besoin d'un sous-traitant, ou de développer vos compétences en interne, nous vous conseillerons et vous accompagnerons volontiers dans vos projets de fabrication.
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