Les outils d'usinage à commande numérique (CNC) sont principalement classés selon trois dimensions clés : la méthode d'usinage, le matériau de l'outil et la conception structurelle. Chaque catégorie présente des avantages, des limitations et des applications spécifiques distincts, détaillés ci-dessous :
Classification par méthode d'usinage
La méthode d'usinage détermine la cinématique du processus de coupe. En usinage CNC , le choix de l'outil dépend du type d'usinage : fraisage rotatif, fraisage axial ou tournage stationnaire. Le choix de la géométrie appropriée garantit la précision dimensionnelle et l'intégrité de la surface.
1. Fraises
Les fraises les plus courantes sont les fraises à bout plat, les fraises hémisphériques, les fraises à surfacer, les fraises à bout carré, les fraises à chanfreiner et les fraises à rainurer en T. Leur principal avantage réside dans leur polyvalence, permettant une large gamme d'opérations telles que le surfaçage, le contournage, le fraisage de poches et le chanfreinage, grâce à des réglages simples et une grande adaptabilité. Cependant, les fraises hémisphériques sont moins efficaces que les fraises à bout plat pour l'enlèvement de matière, et les fraises de petit diamètre souffrent souvent d'une rigidité insuffisante, ce qui entraîne des vibrations ou un écaillage des arêtes.
2. Forets
Les principaux types d'outils comprennent les forets hélicoïdaux, les forets de centrage, les forets pour trous profonds, les forets à carottage et les fraises à chanfreiner. Ces outils offrent une efficacité de perçage et une précision de positionnement exceptionnelles. Les forets pour trous profonds, en particulier, peuvent traiter des rapports d'aspect supérieurs à 10:1 avec une excellente évacuation des copeaux. En revanche, ils exigent une grande précision lors du pré-perçage ou du centrage ; lors d'opérations à grande vitesse, une mauvaise évacuation des copeaux peut facilement entraîner la casse de l'outil.
3. Outils ennuyeux
Cette catégorie comprend les outils d'ébauche, de finition et de micro-réglage. Leur principal atout réside dans leur précision dimensionnelle et leur état de surface supérieurs, corrigeant efficacement les défauts de coaxialité et de circularité. Les versions micro-réglables permettent une précision au micron près. Leurs inconvénients sont un taux d'enlèvement de matière inférieur à celui du perçage, une exigence élevée de coaxialité entre la broche et l'outil, et des procédures de réglage fastidieuses.
4. Outils de tournage
- Spécifique aux tours CNC
Les outils les plus courants comprennent les outils de tournage extérieur, les barres d'alésage intérieur, les outils de tronçonnage/rainurage, les outils de filetage et les outils de forme. Ils sont hautement spécialisés pour des opérations efficaces de tournage extérieur/intérieur, de filetage et de tronçonnage. Les outils de forme permettent d'usiner des contours complexes en une seule passe. Cependant, leur polyvalence est limitée, chaque outil étant généralement associé à un processus spécifique. Les outils de filetage sont également sensibles aux réglages des paramètres de coupe ; des réglages incorrects peuvent entraîner des filetages défectueux ou un filetage croisé.
5. Robinets
- Spécifique au filetage
Les tarauds se divisent principalement en tarauds machines, tarauds à goujures hélicoïdales et tarauds de formage ou d'extrusion. Leur principal avantage réside dans la possibilité d'usiner directement des filetages intérieurs grâce à un procédé simple. Les tarauds de formage sont particulièrement remarquables pour l'usinage sans copeaux, ce qui garantit une résistance accrue du filetage. Leurs inconvénients incluent la difficulté d'évacuation des copeaux dans les trous borgnes et le risque de rupture du taraud en raison d'un couple excessif lors du taraudage à grande vitesse.
Classification par matériau d'outil
Les propriétés chimiques et physiques du matériau de l'outil déterminent sa résistance à la chaleur et aux contraintes mécaniques. L'ingénieur doit trouver un équilibre entre dureté et ténacité : les matériaux plus durs permettent une coupe plus rapide et une durée de vie plus longue, mais sont souvent plus fragiles et sujets à des ruptures catastrophiques en cas de mauvaise manipulation.
1. Acier rapide (HSS)
L'acier rapide (HSS) offre une excellente ténacité et une grande résistance aux chocs. Son aptitude supérieure à l'usinage permet de réaliser des géométries complexes à un coût avantageux. Ses inconvénients résident dans sa dureté relativement faible (HRC 62–65) et sa faible résistance à la chaleur, ce qui limite les vitesses de coupe et l'efficacité globale de la production. Il est particulièrement adapté aux opérations de finition à basse vitesse, à la fabrication d'outils sur mesure non standard et à l'affûtage manuel des outils.
2. Carbure cémenté
Grâce à leur dureté élevée (HRC 89–93) et leur bonne stabilité thermique (résistant à des températures de 800 à 1000 °C), les outils en carbure permettent des vitesses de coupe élevées et offrent une longue durée de vie sur divers matériaux, notamment la fonte, l'acier et les métaux non ferreux. Leur principal inconvénient réside dans leur fragilité et leur moindre résistance aux chocs par rapport à l'acier rapide, ainsi que dans leur coût plus élevé. Ils constituent la norme industrielle pour l'usinage à grande vitesse, la préfinition et la finition en production de masse.
3. Outils en céramique
Ces outils présentent une dureté extrême (HRA 92–95) et une résistance exceptionnelle à la chaleur (jusqu'à 1200–1400 °C). Chimiquement stables, ils offrent une excellente résistance à l'encrassement des arêtes. Cependant, leur grande fragilité et leur faible résistance aux chocs les rendent sujets à la rupture. Onéreux et exigeant une grande rigidité de la machine-outil, ils conviennent principalement à la finition de l'acier trempé et de la fonte refroidie.
4. Nitrure de bore cubique (CBN)
Deuxième matériau le plus dur après le diamant, le CBN possède une stabilité thermique extrême (jusqu'à 1400–1500 °C) et une excellente résistance à l'usure, ce qui le rend idéal pour les finitions de haute précision. Ses points faibles incluent une fragilité élevée, un coût important et une affinité chimique pour les métaux non ferreux, pouvant entraîner leur agglomération. Il est particulièrement adapté à l'usinage de finition de haute précision des aciers trempés, des fontes résistantes à l'usure et des superalliages.
5. Outils diamantés (PCD/monocristal)
Le matériau le plus dur connu (HV 10 000) possède un tranchant exceptionnel. Pour les métaux non ferreux, il permet d'obtenir un fini miroir (Ra < 0.1 µm). Ses limitations sont une faible résistance à la chaleur (carbonisation au-delà de 700 °C), une extrême fragilité et un coût élevé. Surtout, il est impossible d'usiner les métaux ferreux en raison d'une réaction chimique. Il est particulièrement adapté au fini miroir du cuivre, de l'aluminium, des plastiques et du bois.
Classification par conception structurelle
La configuration structurelle d'un outil influe sur sa rigidité, ses coûts de maintenance à long terme et ses temps d'arrêt. Si certains modèles privilégient une précision maximale, d'autres sont optimisés pour une rentabilité accrue et des changements d'outils rapides sur les lignes de production automatisées.
1. Outils solides
Les outils monoblocs offrent une excellente rigidité et une grande précision d'usinage, sans défaut d'assemblage (faux-rond). Leur principal inconvénient est qu'en cas de dommage, l'outil entier doit être remplacé, ce qui engendre des coûts d'exploitation plus élevés et empêche toute réutilisation de la queue. Ils sont généralement utilisés pour les outils de petit diamètre et les opérations de finition de haute précision.
2. Outils brasés/soudés
Ces outils combinent la robustesse d'une tige en acier rapide (HSS) et la résistance à l'usure d'une pointe en carbure, à un prix abordable. Cependant, les contraintes de soudage peuvent provoquer la fissuration de la pointe, et comme celle-ci ne peut être remplacée individuellement, l'outil entier est mis au rebut une fois usé. Ils sont utilisés pour les opérations d'ébauche et de semi-finition générales.
3. Outils indexables
Ces outils sont dotés de plaquettes interchangeables permettant des changements rapides sans avoir à recalibrer l'outil. Lorsqu'une arête est usée, la plaquette peut être tournée pour utiliser une arête neuve, garantissant ainsi une utilisation optimale et une grande efficacité pour la production en série. En contrepartie, la précision d'assemblage est légèrement inférieure à celle des outils monoblocs, et le porte-outil représente un investissement initial plus important. Ils sont parfaitement adaptés à la production en grande série, aux lignes automatisées et à l'usinage général.
Comment Getzshape peut vous aider
Getzshape propose des services d'usinage CNC sur mesure de haute qualité, de fabrication de tôlerie, d'usinage par électroérosion, de fonderie sous pression et bien plus encore. Grâce à des équipements de pointe et à un contrôle qualité rigoureux, nous garantissons précision et respect des délais, des prototypes aux grandes séries. En tant que partenaire de fabrication intégré, nous optimisons l'approvisionnement, l'usinage, la post-production et la logistique.
