Le filetage par fraisage est un procédé d'usinage permettant de réaliser des filetages dans des trous de différentes dimensions, notamment de grand diamètre. Il présente certaines similitudes avec le taraudage, mais s'en distingue par le diamètre de la fraise, nettement inférieur à celui du trou à fileter. De ce fait, l'outil décrit une trajectoire circulaire autour de la circonférence du trou pour former le filetage. Cet article aborde la définition du filetage par fraisage, son fonctionnement, ses différents types, ses avantages et ses inconvénients.
Présentation du fraisage de filetage
Le fraisage de filetage est une méthode de réalisation de filetages dans une pièce à l'aide d'un outil dont la surface de contact avec la pièce est limitée. Pour les filetages intérieurs d'un trou, la fraise a un diamètre inférieur à celui du trou. Elle tourne à une vitesse relativement élevée tout en suivant une trajectoire circulaire autour de la circonférence du trou. Cela diffère du taraudage, où le diamètre du taraud correspond à celui du trou taraudé et où le taraud est en contact avec la pièce sur toute sa circonférence durant l'opération.
Le fraisage de filetage a pour fonction principale la réalisation de filetages dans une pièce. Il est surtout utilisé pour les filetages intérieurs dans les trous, mais il permet également de créer des filetages extérieurs sur des pièces. Les fraises à fileter ont un pas fixe (nombre de filets par pouce), mais elles peuvent réaliser des filetages à gauche et à droite et s'adapter à différents angles de flancs de filet.
Le fraisage de filetage est principalement utilisé pour le filetage de matériaux difficiles à usiner. Pour les matériaux plus tendres ou plus faciles à usiner, on utilise généralement le taraudage traditionnel pour réaliser des filetages dans les trous. Le fraisage est également privilégié pour les trous taraudés de grand diamètre ou pour le filetage jusqu'au fond des trous borgnes, situations où le taraudage présente des limitations ou s'avère impraticable. Sa flexibilité permet également de réaliser des filetages sur les surfaces externes des pièces.
Comment fonctionne le fraisage de filetage
Le principe du fraisage de filetage repose sur l'utilisation d'une fraise dentée se déplaçant à une vitesse relativement élevée. La broche maintient l'outil, qui décrit une trajectoire circulaire dans le plan horizontal XY tout en avançant à vitesse constante et faible le long de l'axe vertical Z. Ainsi, à chaque rotation, chaque dent de la fraise forme un profil de filetage le long de l'axe Z à travers le trou. Le filetage peut souvent être réalisé en une seule passe, bien qu'il soit parfois nécessaire de procéder en plusieurs passes verticales (généralement deux).
En quoi le fraisage de filetage diffère des autres types de fraisage
De nombreuses techniques de fraisage ont été développées, chacune utilisant des outils de coupe spécifiques pour enlever de la matière et façonner la pièce. Le filetage par fraisage utilise un outil de coupe profilé, différent des autres outils de fraisage. Certaines opérations de fraisage peuvent être réalisées manuellement en actionnant des volants pour déplacer l'outil, mais le filetage par fraisage nécessite une fraiseuse à commande numérique (CNC) en raison du mouvement coordonné de l'outil sur trois axes. L'outil tourne à vitesse constante, avance régulièrement le long de l'axe Z (vertical) et décrit simultanément une trajectoire circulaire dans le plan XY (horizontal) pour former le filetage. En revanche, d'autres types de fraisage impliquent souvent une rotation de l'outil tandis que la pièce se déplace principalement dans une seule direction, comme lors du surfaçage.
Types de fraises à fileter
Tout comme les alésages des pièces varient considérablement, les fraises à fileter se déclinent en différents modèles adaptés à des applications spécifiques. Voici les trois principaux types :
Fraises à fileter à goujure droite
Ces outils sont dotés de cannelures d'évacuation des copeaux droites entre les dents de coupe. Ces cannelures sont parallèles à l'axe de l'outil (sans angle d'hélice). Ainsi, plusieurs dents consécutives entrent simultanément en contact avec la pièce, assurant un fort engagement de matière. Ceci limite les vitesses et avances possibles ; les fraises à fileter à cannelures droites sont donc généralement plus adaptées aux matériaux plus faciles à usiner. Elles constituent souvent le choix le plus approprié pour les applications générales.
Fraises à fileter à goujures hélicoïdales
Les fraises à fileter à goujures hélicoïdales possèdent plusieurs rangées de dents disposées sur la circonférence de l'outil pour faciliter l'évacuation des copeaux. Ces goujures sont hélicoïdales, généralement à un angle de 15° ou 30°. Cette disposition hélicoïdale réduit la pression latérale de coupe en décalant l'engagement des dents avec la pièce. Elles sont particulièrement adaptées au fraisage à grande vitesse.
Moulins à fileter monoforme
Les fraises à fileter à profil unique ne comportent qu'une seule dent de coupe pour former le profil du filetage, ainsi que plusieurs goujures d'évacuation des copeaux. Certaines versions incluent même deux rangées de dents. Ce type de fraise ne réalise qu'un seul filet par tour, ce qui entraîne des vitesses d'usinage plus lentes. Cependant, l'avantage de réaliser un seul filet réside dans le couple requis nettement inférieur sur l'outil et la moindre production de chaleur. Par conséquent, les fraises à fileter à profil unique sont particulièrement adaptées aux matériaux difficiles à usiner et constituent le type le plus polyvalent.
Avantages du fraisage de filetage
Le fraisage de filetage offre plusieurs avantages par rapport au taraudage, notamment :
- Un outil de fraisage à filetage unique peut produire des filetages internes et externes, des filetages à gauche et à droite, ainsi que des filetages de différents diamètres.
- Comme la fraise à fileter n'est pas en contact avec la pièce sur toute sa circonférence, le degré d'engagement avec le matériau est nettement inférieur. Par conséquent, la puissance et le couple nécessaires à l'entraînement de l'outil sont moindres.
- Du fait de la réduction de l'engagement, les outils de fraisage de filetage subissent une usure considérablement moindre que les tarauds équivalents.
- Le filetage par fraisage est particulièrement adapté aux matériaux difficiles à usiner. En particulier, l'utilisation de fraises monoblocs permet de minimiser les efforts de coupe sur ces matériaux, réduisant ainsi la déformation de la pièce, les vibrations de l'outil et le risque de casse.
Inconvénients du fraisage de filetage
Le filetage par fraisage ne convient pas à toutes les applications. Parmi ses inconvénients, on peut citer :
- Dans certains cas, le principal inconvénient du fraisage de filetage est sa lenteur par rapport au taraudage. Si un trou peut être taraudé facilement et de manière fiable, le fraisage sera plus long pour réaliser le même filetage.
- Comparé au taraudage, le fraisage de filetage requiert un équipement plus complexe. Une machine CNC est indispensable au fraisage de filetage ; l’opération ne peut être réalisée sans elle.
Comment choisir une fraise à fileter
Plusieurs facteurs influencent le choix de la fraise à fileter lors de la production de pièces. Le premier est la taille du lot de production. Pour les grands volumes, la vitesse peut être un facteur critique ; pour les petits lots, la vitesse est moins importante et des fraises à fileter économiques peuvent être utilisées même à des avances et des vitesses plus faibles.
Deuxièmement, le diamètre du trou peut déterminer si un outil à plaquettes indexables ou un outil en carbure monobloc est plus approprié. Les outils à plaquettes indexables utilisent des plaquettes en carbure amovibles ; seule la petite partie coupante doit donc être remplacée, et non l’outil entier. Pour les grands diamètres, les outils à plaquettes indexables sont généralement plus économiques que les outils en carbure monobloc, qui doivent être remplacés entièrement lorsqu’ils sont usés.
Un troisième élément à prendre en compte est la profondeur du trou taraudé. Pour les trous très profonds, l'usinage avec des fraises à filetage unique peut s'avérer long ; il convient donc d'envisager l'utilisation de fraises à plusieurs dents. Enfin, le matériau de la pièce influe sur le choix optimal du substrat et du revêtement de l'outil.
Choisir la bonne fraise à fileter
Le choix de la fraise à fileter appropriée est crucial, car il influe directement sur la rentabilité de la production de chaque pièce. Un mauvais choix d'outil a généralement deux conséquences principales sur l'atelier : soit une usure excessive de l'outil entraîne des remplacements fréquents, soit le filetage prend plus de temps que prévu, ce qui réduit la productivité. Une fraise à fileter inadaptée peut également engendrer une mauvaise qualité de filetage, conduisant à la mise au rebut de pièces.
Le choix de la fraise à fileter influe sur la vitesse, la qualité et la rentabilité. Le temps, c'est de l'argent, et des temps de cycle plus courts sont toujours avantageux pour les opérations d'usinage. Une fraise à fileter adaptée permet d'obtenir des temps de cycle optimaux avec des avances et des vitesses relativement élevées, sans réduire prématurément la durée de vie de l'outil. Une durée de vie prolongée de l'outil améliore la rentabilité globale. L'outil doit être sélectionné en fonction du trou fileté et du matériau afin d'éviter une usure excessive tout en permettant un filetage à vitesse raisonnable. Cela a également un impact sur la qualité, car l'accumulation de chaleur pendant le filetage peut provoquer une déformation du filetage, tandis que les vibrations et l'impact des copeaux peuvent dégrader l'état de surface du filetage.
Procédé de fraisage de filetage
La première étape du filetage par fraisage consiste à comprendre l'application, le matériau à usiner et la géométrie du trou (profondeur, diamètre et spécifications du filetage). Ces informations permettent de choisir, pour la deuxième étape, la fraise à fileter la plus adaptée. La troisième étape est la programmation CNC, qui nécessite le calcul de la profondeur de passe radiale ainsi que des avances et vitesses de coupe admissibles. Pour faciliter la programmation, il est recommandé d'utiliser un logiciel de CAO/FAO dédié au filetage par fraisage. Après la programmation, il est conseillé de réaliser une pièce d'essai afin de vérifier la trajectoire d'outil, les avances et les vitesses de coupe sans risquer d'endommager les pièces de production. Une fois l'essai concluant, la production en série peut commencer.
Conseils de fraisage de filetage
Toute application de fraisage de filetage bénéficie de l'expérience acquise dans la configuration optimale de la trajectoire d'outil CNC. Voici quelques conseils pratiques pour le fraisage de filetage :
- Surveillez de près l'usure des outils et la qualité du filetage afin d'effectuer les ajustements nécessaires.
- Utilisez la vitesse de coupe la plus lente possible chaque fois que cela est envisageable.
- Assurez-vous d'un débit et d'une pression de liquide de refroidissement suffisants pour maintenir des températures sûres à la surface de coupe et faciliter l'évacuation des copeaux.
- Fixez solidement la pièce à usiner afin de minimiser les risques de vibrations lors du fraisage du filetage.
- Si une usure du tranchant est constatée, envisagez de modifier la méthode d'entrée de l'outil. Le fraisage en avalant, depuis le fond du trou, ou l'ajout de passes radiales supplémentaires peuvent contribuer à prolonger la durée de vie de l'outil.
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