Une nouvelle technologie offre une productivité de forage améliorée pour l'acier et la fonte

Jan 30, 2024

Il est juste de dire que la fabrication de trous représente aujourd'hui la plus grande part de l'usinage, tant dans les petits ateliers que dans les grandes installations de production. Et l'essentiel de cette fabrication de trous consiste à percer de l'acier et de la fonte jusqu'à 1" (25 mm) de diamètre. Ce qui stimule les performances de perçage et de taraudage, ce sont les progrès en matière de substrat, de revêtements, de conceptions à trois dents et d'outils combinés. Tout aussi important sont des avancées dans la distribution de liquide de refroidissement, utilisant des trous de tailles et de formes différentes pour faciliter l'évacuation des copeaux.

Vous pourrez peut-être utiliser certains des développements récents décrits ici par plusieurs grands fabricants d'outils.

Drew Strauchen, vice-président exécutif, GWS Tool Group, Tavares, Floride, a noté qu'une partie de la tendance évolutive dans la fabrication de trous (et le travail des métaux en général) est la personnalisation des solutions de fabrication de trous pour mieux s'adapter à l'application exacte du client tout en minimisant les opérations. "Être en mesure de choisir le meilleur substrat, la géométrie, le revêtement et les longueurs d'outils pour l'application spécifique de l'atelier est primordial pour davantage de fabricants qui cherchent à être compétitifs sur un marché mondial. Parallèlement à la personnalisation, il faut combiner deux outils ou plus pour réduire davantage les opérations et les temps de cycle - la définition même de l'optimisation », a-t-il déclaré.

En plus de mettre en œuvre de nouvelles avancées technologiques, GWS Tool Group conçoit des outils combinés qui permettent aux clients d'effectuer plusieurs opérations de forage avec un seul outil, au lieu de deux, trois ou parfois même quatre outils. "Être capable de personnaliser un outil pour une application spécifique est essentiel pour réduire les opérations et les temps de cycle", a déclaré Strauchen. Il a fourni un exemple d'outil combiné développé pour un constructeur de voitures électriques.

"L'outil a été conçu pour un composant en aluminium hautement abrasif et à haute teneur en silicium. La géométrie de l'outil combinait un lamage, un chanfrein et un foret dans un outil en une seule étape qui éliminait le temps de cycle coûteux", a déclaré Strauchen. "Auparavant, le processus nécessitait trois opérations, trois changements d'outils et la gestion des stocks de trois références différentes. La conception à trois cannelures et à cisaillement élevé comprend des passages de liquide de refroidissement derrière chaque arête de coupe pour maximiser l'alimentation ainsi que des cannelures super polies pour améliorer encore évacuation des copeaux. Les taux d'alimentation dans cette application ont dépassé 300 ipm."

Le substrat était en carbure à grain ultra-fin avec une teneur réduite en cobalt pour réduire la possibilité d'arête rapportée. Le revêtement de l'outil était un revêtement ALU spécifique au matériau qui prolonge la durée de vie de l'outil tout en maintenant la netteté.

Les applications de l'acier bénéficient également des forets à trois dents pour un certain nombre de raisons, selon Strauchen. Autrefois utilisés efficacement uniquement pour les applications en aluminium, les forets à trois dents deviennent de plus en plus populaires pour des matériaux comme la fonte et l'acier. « Les nouvelles formes de flûte associées à la technologie d'arrosage traversant ont élargi la capacité des matériaux ferreux. L'ajout des derniers revêtements PVD ultra-lisses et l'intégration de cônes de bande inversés ont encore amélioré notre capacité à produire des forets qui optimisent la productivité tout en assurant une évacuation stable des copeaux. il a dit.

Le défi numéro un du perçage à trois flûtes dans l'acier est de faire évacuer les copeaux à travers un volume de flûte qui se réduit naturellement avec l'ajout de la troisième flûte. "Les copeaux d'aluminium sont plus doux et plus malléables, ils peuvent donc être éjectés du trou même si les copeaux sont plus longs", a déclaré Strauchen. "Les copeaux d'acier, en revanche, sont beaucoup moins indulgents s'ils ne sont pas cassés et contrôlés de manière adéquate. Avec l'ajout d'une troisième flûte, il est essentiel de produire de petits copeaux (6 et 9) pour garantir des résultats stables et cohérents."

Les outils combinés sont polyvalents, comme le suggère cette sélection de GWS. "Chaque outil a sa propre histoire et le problème qu'il a résolu", a déclaré Strauchen. "Un foret crée trois étapes dans la pièce avec des finitions miroir. Un autre est un alésoir de haute précision en quatre étapes avec des orifices d'arrosage à 45˚ dans chaque flûte. Cette conception maintient une tolérance de 2 μm et une finition inférieure à 8 RMS."

Il a également décrit un grand alésoir en carbure brasé avec des orifices de refroidissement décalés dans chaque flûte. Cet alésoir en carbure brasé est doté d'un piston rotatif indépendant conçu pour détecter les trous borgnes ou sous-dimensionnés. Il détecte ces trous en se comprimant lorsqu'il rencontre une obstruction et en bloquant le liquide de refroidissement, ce qui arrête la machine avant que l'outil ne se casse.

YG-1 USA, Vernon Hills, Illinois, est un fournisseur complet non seulement d'outils de perçage, mais aussi de carbures, d'outils ronds et d'inserts ainsi que d'acier rapide, de métaux en poudre et de cobalt. Elle produit quelque 60 millions d'outils ronds par an, selon Steve Pilger, chef de produit national, fabrication de trous. "Nous servons nos clients avec les dernières CNC ainsi que les Bridgeports hérités. Le défi de la fabrication de trous pour les ateliers est de fabriquer un produit de meilleure qualité et d'atteindre dans les plus brefs délais les tolérances les plus élevées avec des outils qui ont une durée de vie et des capacités d'application supérieures." dit Pilger.

Selon Pilger, le premier produit de YG-1 est le foret en carbure monobloc Dream Drill. "Les forets Dream maximisent la durée de vie de l'outil et l'évacuation des copeaux lors de l'utilisation de fontes et d'aciers", a-t-il déclaré. "Par exemple, pour que les applications en acier fonctionnent aux vitesses et aux avances les plus efficaces, un foret de style à pointe fendue peut être recommandé, tandis que pour un acier inoxydable, vous pouvez utiliser un style à quatre facettes plus positif." Les Dream Drills sont disponibles dans des diamètres de 1 à 20 mm en longueurs 3xD, 5xD et 8xD. YG-1 les propose également en forets extra-longs 10xD, 15xD, 20xD, 25xD et 30xD, tous en stock. "Certains clients changent la façon dont ils utilisent certains aciers comme l'acier allié 4140. Ils veulent traiter des pièces de haute qualité à des taux de production élevés", a déclaré Pilger. "Ils ont besoin d'une vitesse de coupe plus élevée, prenant en moyenne 350 à 450 sfm pour produire des pièces de la plus haute qualité et obtenir la plus longue durée de vie de l'outil." Pour ces environnements à production élevée et à volume élevé, YG-1 propose la gamme Dream Drill Pro pour les aciers alliés et les pièces automobiles en fonte.

Pour le perçage de l'acier et de la fonte où la flexibilité est valorisée et où les vitesses et les avances les plus élevées ne sont pas nécessaires, YG-1 propose la gamme I-Dream Drill General, qui offre une polyvalence dans le perçage des aciers, du carbone, des alliages et des fontes.

Le plus récent ajout à la gamme de forets YG-1 est le foret à tête interchangeable modulaire I-ONE, disponible en longueurs 3xD, 5xD et 8xD. Le corps en acier offre une flexibilité et peut contenir cinq ou six plaquettes de tailles différentes coupant à partir du même corps en acier flexible. I-One offre les avantages d'un foret en carbure avec la flexibilité d'un corps en acier.

Pour le revêtement, YG-1 a développé un traitement post-revêtement pour son revêtement H exclusif qui facilite l'évacuation des copeaux dans le forage de trous profonds. "Le traitement lisse les pics et les creux qui entraînent le revêtement. Nous avons constaté que nous pouvons augmenter la durée de vie de l'outil d'environ 20 % en appliquant un polissage sur les inserts, les pointes d'insert et les forets de taille normale", a déclaré Pilger. "Pour le perçage profond, la distribution de liquide de refroidissement haute pression sur les centres d'usinage a permis aux ateliers qui, il y a 15 ans, étaient obligés de percer des pièces à 1-2 ipm sur des machines de forage dédiées. Désormais, ils peuvent traiter les mêmes trous profonds sur des centres d'usinage CNC à 20 à 30 ipm."

Les technologies de pointe utilisées dans la ligne de forage à tête interchangeable SUMOCHAM à deux dents d'Iscar USA constituent la base de la conception de sa ligne de forage à tête interchangeable LOGIQ3CHAM à trois dents. "Quand vous pensez à un trou, cela semble très simple : juste un rayon projeté dans une troisième dimension. Mais c'est une caractéristique commune qui est utilisée pour fabriquer des produits dans les ateliers et les environnements de production élevée, comme l'automobile. [C'est aussi commun dans] les applications de haute précision telles que les moules à matrice, les industries médicales et tout-terrain », a déclaré Craig Ewing, spécialiste national des produits de forage pour Iscar USA, Arlington, Texas.

SUMOCHAM, qui est disponible dans des diamètres allant de 4 à 32,9 mm (0,157 à 1,295") par incréments de 0,1 mm (0,004"), offre une variété de préparations de bords pour divers aciers au carbone et alliés, ainsi que des alliages d'acier à haute température et inoxydable. SUMOCHAM dispose d'un système de serrage qui permet d'améliorer les taux de production de productivité, tout en permettant plus d'index de plaquette. La tige elle-même est conçue avec des buses torsadées et possède un corps durable et stable. Les têtes indexables sont disponibles en dix géométries standard différentes conçues pour le perçage de l'acier, des matériaux exotiques, de la fonte ou de l'aluminium, selon l'entreprise.

La conception unique de la poche du foret SUMOCHAM tire parti des forces de coupe exercées mécaniquement sur l'outil. Ces efforts sont convertis en efforts de serrage utilisés pour serrer l'insert vers le fond de la poche - plus on applique d'efforts de coupe, meilleurs sont les efforts de serrage obtenus.

Les forets à tête interchangeable SUMOCHAM offrent une variété de styles pour les applications courantes en acier allié, a déclaré Ewing. "Ils sont disponibles en profondeurs 1,5D, 3xD, 5xD, 8xD et 12xD pour les applications de centre d'usinage typiques avec des queues CAT 40 et 50, HSK, CAPTO, des outils motorisés dans les tours et pour une utilisation dans des machines multifonctions comme le Mazak Integrex", a-t-il déclaré. .

LOGIQ3CHAM est une gamme de forets à tête interchangeable à trois goujures disponibles dans des diamètres de 12 à 25,9 mm (0,472-1,020"). Les corps de foret sont disponibles en 1,5xD, 3xD, 5xD et certaines tailles en 8xD. La goujure supplémentaire permet une alimentation plus élevée cadences à obtenir, ce qui augmente la productivité. "Nous considérons que la troisième goujure est plus avantageuse dans les applications à production élevée et qu'elle augmente la durée de vie de l'outil", a déclaré Ewing.

LOGIQ3CHAM est conçu pour les matériaux carbone et acier ISO P et ISO K fontes et fontes nodulaires. Selon Iscar, il peut augmenter la productivité jusqu'à 50 % par rapport aux perceuses à deux dents courantes à têtes interchangeables. Les arêtes de coupe concaves permettent une pénétration en douceur dans le matériau de travail, ainsi qu'un excellent centrage et un perçage stable. Les caractéristiques comprennent un corps de foret durable fabriqué à partir d'un acier dur à haute résistance pour une meilleure résistance à l'usure. Les surfaces polies des cannelures assurent une évacuation douce et facile des copeaux, et le serrage en queue d'aronde empêche la tête de perçage d'être extraite de la poche de perçage pendant la rétraction, selon la société.

Selon Mark Hatch, directeur de produit, Emuge Corp., West Boylston, Mass. « Lorsque vous travaillez avec des matériaux tels que comme les alliages d'acier et le fer, il existe un large éventail de complexités à résoudre pour une sélection appropriée de tarauds », a-t-il déclaré. "Lors du taraudage d'aciers alliés, [il existe] des variations dans la forme, la taille et la longueur des copeaux en raison de variables dans les propriétés chimiques et le traitement thermique. Le type et le pourcentage de chaque élément chimique, en conjonction avec le traitement thermique, se combinent pour produire différentes propriétés mécaniques. qui affectent l'usinabilité. Lors du choix d'un taraud pour l'application en cours, il est essentiel de prendre en compte le substrat, le revêtement et la géométrie du taraud. "

Lors de la sélection d'un substrat, plusieurs facteurs d'usinage sont critiques, tels que le couple, la stabilité thermique et les facteurs d'usure. Un substrat HSSE-PM en poudre métallique, par exemple, offre une résistance à l'usure accrue pour des arêtes d'outils de meilleure qualité.

Au cours des cinq dernières années, Hatch signale des améliorations de la durée de vie de l'outil de taraudage et de la cohérence du processus grâce à l'amélioration des revêtements d'outils. "Emuge a développé des revêtements optimisés qui sont conçus pour une excellente stabilité thermique, une résistance à l'usure et un faible coefficient de frottement. Étant donné que l'adhérence du revêtement sur les tarauds peut être difficile en raison des pics et des vallées des outils, Emuge a conçu des revêtements qui sont précisément répartis sur les surfaces et restera en place », a déclaré Hatch.

La géométrie de l'outil est un facteur clé pour le filetage efficace des alliages d'acier. Le choix d'une cannelure droite ou d'une cannelure en spirale telle qu'un angle d'hélice faible (cannelure en spirale lente) ou un angle d'hélice élevé (cannelure en spirale rapide) dépendra de l'usinabilité du matériau, de sa dureté et de son traitement thermique. Le choix affecte directement la puce produite et le taraud choisi pour le travail. Si le matériau est recuit, un long copeau sera produit et un taraud en spirale élevé peut être une bonne option. Cependant, à mesure que l'acier durcit, ce type de taraud peut casser.

Les fabricants ont de bonnes options à la fois pour le profilage (production sans copeaux de filetages internes) et pour les tarauds de coupe. Par exemple, Emuge propose Innoform–Steel-M, une gamme de tarauds HSSE-PM pour former des filetages avec une qualité de surface améliorée, tout en augmentant la résistance statique et dynamique du filetage, dans des aciers à résistance moyenne jusqu'à 44 HRC.

Les tarauds Innoform-Steel-M présentent une géométrie polygonale pour un faible couple et une plus longue durée de vie de l'outil. Un substrat spécial en poudre de métal et un revêtement TiN-66 avec une dureté accrue réduisent la friction et prolongent la durée de vie de l'outil. Les tarauds Innoform-Steel-M sont recommandés pour le formage des aciers à extension à froid, des aciers de cémentation, des pièces moulées, des aciers de nitruration et de travail à froid pouvant être traités thermiquement, ainsi que des aciers fortement alliés et pour travail à chaud.

Lorsque les copeaux longs sont le défi, les tarauds sont disponibles avec une géométrie de face de coupe et une forme de cannelure en spirale, qui se combinent pour affecter le flux de copeaux, la courbure des copeaux et la longueur des copeaux. La technologie de brise-copeaux Emuge (Emuge CBTz) produit des formations de copeaux courts, brisés et contrôlables qui éliminent le colmatage des cannelures et la défaillance potentielle du taraud de la machine en raison de dents de coupe ébréchées ou de bris, selon la société.

Le taraud CBTz est traité en surface avec du TiN pour réduire le frottement entre le taraud et la pièce, ce qui améliore les finitions de filetage et augmente la durée de vie de l'outil dans les aciers au carbone et alliés, les aciers moulés et forgés, les aciers à outils et matrices et l'acier inoxydable 300 jusqu'à 35 HRC. .

Pour l'acier trempé et la fonte à copeaux courts, les tarauds Emuge AH ​​sont une nouvelle génération de tarauds Premium HSS-E et HSSE-PM qui sont particulièrement efficaces pour tarauder les matériaux abrasifs et les matériaux avec des niveaux de dureté élevés, tels que la fonte, commune dans le lourd marchés de l'équipement et des véhicules agricoles. Les tarauds Emuge AH ​​sont disponibles avec ou sans arrosage par les trous et avec un revêtement TiCN ou un traitement de surface au nitrure NT, pour une durée de vie de l'outil améliorée.

Les applications de taraudage réussies dépendent de plusieurs facteurs importants. Ceux-ci peuvent inclure la compensation axiale sur les machines CNC, l'alimentation en liquide de refroidissement interne et les avantages spéciaux liés aux accessoires de taraudage à inversion automatique, selon Mark Johnson, président de Tapmatic Corp., Post Falls, Idaho. "Le taraudage rigide ou synchronisé sur les machines CNC est devenu un standard de l'industrie", a-t-il déclaré. "Même si la synchronisation de l'avance de l'avance de la machine avec la rotation de la broche est précise, il y aura toujours un petit écart entre le pas réel d'un taraud spécifique et le mouvement synchronisé de la machine."

L'utilisation d'un support complètement solide signifie que même un très petit écart entraînera des forces axiales élevées sur les flancs des filets. "Cela a un effet négatif sur la durée de vie du taraud et la qualité du filetage", a déclaré Johnson. "L'utilisation d'un porte-taraud avec une petite compensation axiale permet au taraud de mieux suivre son pas, ce qui réduit les forces axiales pour une amélioration spectaculaire de la durée de vie du taraud et de la qualité du filetage."

Les porte-tarauds SynchroFlex de Tapmatic incluent une flexion usinée qui fournit une petite quantité de compensation axiale. "Les flexions SynchroFlex ont une raideur de ressort élevée, ce qui est important pour éviter les erreurs de coupe axiale", a-t-il déclaré. "Si la force du ressort est trop faible, comme dans le cas des porte-tarauds à tension-compression traditionnels avec une grande compensation axiale, une mauvaise coupe axiale peut se produire. Cela est particulièrement vrai lors de l'utilisation de tarauds à coupe libre et à grande vitesse souvent recommandés pour cycles de taraudage synchronisés ou rigides. SynchroFlex est conçu pour fournir juste la bonne quantité de compensation pour le taraudage synchronisé."

La lubrification est importante pour le taraudage en général et en particulier pour le taraudage par roulage. "L'utilisation d'un porte-taraud avec capacité d'arrosage interne permet l'utilisation de tarauds avec soit un trou d'arrosage axial pour les trous borgnes, soit des trous d'arrosage radiaux pour les applications de trous débouchants", a déclaré Johnson. "Cela permet d'obtenir le liquide de refroidissement là où il est nécessaire pour la coupe ou la formation des filets. Cela aide également grandement à éliminer les copeaux du trou lors de l'utilisation de tarauds de coupe."

Les porte-tarauds SynchroFlex de Tapmatic incluent tous un système de refroidissement interne équilibré à haute pression. Une pression jusqu'à 80 bar ou 1 200 psi peut être utilisée et comme le système est équilibré, la pression du liquide de refroidissement n'influence pas la compensation axiale des porte-tarauds.

Les accessoires de taraudage à inversion automatique offrent des avantages particuliers par rapport au taraudage synchronisé. "Avec le taraudage synchronisé, étant donné que la broche de la machine doit s'arrêter et s'inverser en un nombre de tours très limité, il n'est pas possible pour la machine de maintenir la vitesse de broche programmée. L'utilisation d'un accessoire de taraudage à inversion automatique permet à la broche de la machine de tourner en continu dans une direction à la vitesse réelle du programme. Le résultat est un temps de cycle plus court », a déclaré Johnson.

Par exemple, dans un test utilisant un taraudage rigide pour tarauder dix trous M8 à 2 500 tr/min, le temps de cycle était de 18 secondes. Répéter le même test à 4 000 tr/min n'a fait gagner qu'une seconde. L'utilisation d'un accessoire de taraudage à inversion automatique à 2 500 tr/min pour tarauder les mêmes dix trous M8 n'a pris que 11 secondes. "En plus d'améliorer le temps de cycle, l'utilisation d'un accessoire de taraudage à inversion automatique permet également au taraud de fonctionner à la vitesse recommandée, ce qui prolonge également la durée de vie du taraud", a déclaré Johnson.

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