Lors de l'usinage CNC, lorsque l'acier, l'aluminium ou d'autres métaux ductiles sont coupés à des vitesses de coupe faibles ou moyennes, une petite quantité de métal peut adhérer à la face de coupe de l'outil. Ce métal adhérent est appelé arête rapportée. Mais savez-vous comment se forme une arête rapportée ? Et quels sont ses effets sur le processus d'usinage ?
Causes de l'accumulation de bordure (BUE)
Lorsque vous Usinage CNC de matériaux ductiles Lors de l'usinage de l'acier, par exemple à faible vitesse de coupe, avec formation de copeaux continus, une masse métallique triangulaire en forme de coin adhère souvent à la face de coupe, près du tranchant. Cette masse métallique adhérente est appelée arête rapportée (AR), comme illustré sur la figure. La dureté de l'AR est extrêmement élevée, généralement 2 à 3 fois supérieure à celle du matériau de la pièce. Une fois stabilisée, l'AR peut temporairement remplacer le tranchant lors de l'usinage. La taille de l'AR est généralement représentée par sa hauteur, notée H<sub>b</sub>.
Lors de la coupe, un frottement important se produit entre la face inférieure du copeau et la face de coupe de l'outil. Lorsque l'interface de contact atteint une certaine température sous haute pression, le matériau de la pièce adhère à la face de coupe par adhésion, un phénomène également appelé « soudage à froid ». Lorsque le copeau, en continu, passe sur la couche métallique adhérente, si la température et la pression restent adéquates, le matériau situé sous le copeau est également freiné. Il adhère alors à la couche préalablement soudée à froid sur la face de coupe. De ce fait, la couche adhérente s'épaissit progressivement et finit par former une arête rapportée.
La formation et la croissance des bavures d'usinage sont étroitement liées aux propriétés du matériau de la pièce, ainsi qu'à la distribution de la température et de la pression dans la zone de coupe. Les matériaux présentant une forte tendance à l'écrouissage sont plus susceptibles de générer des bavures d'usinage. Lorsque la température et la pression dans la zone de coupe sont trop faibles, les bavures ne se forment pas. Inversement, lorsque la température est excessivement élevée, le matériau s'adoucit et la formation de bavures est également inhibée. Pour l'acier au carbone, la hauteur des bavures d'usinage atteint son maximum lorsque la température dans la zone de coupe est d'environ 300 à 350 °C, tandis que les bavures disparaissent automatiquement une fois que la température dépasse 500 °C.
Lorsque la profondeur de passe (a_p) et l'avance (f) restent constantes, la hauteur de la pièce usinée (H_b) est étroitement liée à la vitesse de coupe (v_c), car la chaleur générée pendant la coupe augmente avec la vitesse de coupe. Comme illustré sur la figure :
- Zone I : Zone à vitesse réduite où aucun BUE ne se forme
- Région II : La hauteur de l'UE augmente à mesure que (v_c) augmente
- Région III : La hauteur BUE diminue à mesure que (v_c) augmente
- Région IV : Pas de formulaires BUE
Influences des bords construits
(1) Augmentation de l'angle de chasse effectif
Le BUE adhérant à la face de coupe augmente effectivement l'angle de coupe réel de l'outil (voir Fig.), réduisant ainsi les forces de coupe.
(2) Variation de l'épaisseur de coupe
La partie avant du BUE s'étend au-delà du tranchant, augmentant l'épaisseur de coupe réelle d'un incrément de ( Δ h_D). À mesure que le BUE augmente, ( Δ h_D ) augmente progressivement. Une fois que le BUE se détache de la face de râteau, ( Δ h_D) diminue rapidement. Étant donné que la formation, la croissance et le détachement de l'UEB se produisent de manière cyclique, les fluctuations de l'épaisseur de coupe entraînent inévitablement des variations de la force de coupe.
(3) Augmentation de la rugosité de surface
La partie de l'élément de coupe qui dépasse du tranchant présente une forme et une hauteur irrégulières, ce qui accroît la rugosité de la surface usinée. De plus, des fragments détachés de cet élément peuvent s'incruster dans la surface usinée, dégradant davantage sa qualité.
(4) Influence sur la durée de vie de l'outil
Un bourrelet d'affûtage stable, adhérant à la face de coupe, peut temporairement remplacer l'arête de coupe pendant l'usinage, réduisant ainsi l'usure directe de l'outil et prolongeant sa durée de vie. Cependant, si ce bourrelet se détache fréquemment de la face de coupe, il risque d'arracher des particules de matériau de cette face, notamment pour les outils en carbure, ce qui accélère l'usure et réduit la durée de vie de l'outil.
Mesures pour prévenir la formation de bords surélevés
L'influence des bavures sur le processus de coupe présente des avantages et des inconvénients. Lors de l'ébauche, où les exigences en matière de précision dimensionnelle et de finition de surface sont relativement faibles, les bavures peuvent faciliter la coupe en faisant office d'arête de coupe temporaire. Cependant, lors de la finition, il est impératif de minimiser, voire d'éliminer, les bavures afin de garantir la précision dimensionnelle et l'intégrité de la surface.
Les mesures suivantes peuvent être adoptées pour supprimer la formation de BUE :
- Choisissez correctement la vitesse de coupe pour éviter la plage de vitesses moyennes où le risque de formation de BUE est le plus élevé.
- Utilisez des fluides de coupe aux excellentes performances de lubrification pour réduire la friction entre la face inférieure du copeau et la face de coupe de l'outil.
- Augmentez l'angle de coupe de l'outil pour réduire la pression entre la face de coupe et le copeau.
- Augmenter de manière appropriée la dureté du matériau de la pièce à usiner afin de réduire sa tendance à l'écrouissage.
