Se détourner de (certaines) conventions d'outillage

L'industrie des outils de coupe a-t-elle enfin réalisé que les systèmes de plaquettes indexables ISO et ANSI, bien que bons pour la normalisation, font parfois obstacle à l'augmentation de la productivité ?

Le système Dewey Decimal permet aux bibliothécaires de trouver et de classer rapidement les livres. Les codes SWIFT et IBAN permettent aux banquiers d'effectuer en toute sécurité des transactions électroniques avec des institutions financières d'autres pays. Le langage de balisage hypertexte (HTML) est ce qui rend Internet navigable pour tous.

Les normes sont conçues pour aider le monde à travailler plus efficacement. Cela a longtemps été vrai pour la fabrication. À partir de l'invention du tour à visser par Henry Maudslay et de la normalisation des filetages de vis qui en a résulté, l'industrie s'est efforcée d'obtenir l'interchangeabilité, la prévisibilité, une qualité constante et une réduction des déchets, tout cela étant rendu possible grâce à des normes largement acceptées et bien documentées.

Il en va de même avec les outils de coupe indexables. Qu'il s'agisse de l'ANSI B212.4-2002 aux États-Unis ou de l'ISO 1832:2017 dans le reste du monde, les deux ensembles de normes font référence à des spécifications clairement définies (et presque identiques) pour la forme, la taille, l'épaisseur et d'autres caractéristiques des plaquettes, qui servent toutes à rendre ces outils de coupe critiques interchangeables, quel que soit le fabricant.

Il n'est pas nécessaire de répéter ces spécifications ici. Tout catalogue ou site Web d'outils de coupe indexables a une ou deux pages qui leur sont consacrées. Il existe également des dizaines de livres et d'articles de magazines expliquant ces normes, sans parler des innombrables tableaux colorés accrochés aux murs des armoires à outils partout, donnant aux machinistes de nombreuses ressources pour identifier, commander et appliquer des inserts de fraisage et de tournage.

Plus intéressant est le nombre croissant de fabricants d'outils de coupe qui ont commencé à s'écarter de ces normes, une tendance qui est particulièrement vraie pour les applications de tournage. Oui, les outils de fraisage ont leur part d'inserts non standard, mais c'est le département tournage qui a connu un afflux notable d'outils non seulement non standard mais qui, dans de nombreux cas, nous obligent à repenser complètement nos processus d'enlèvement de métal.

Par exemple, Kennametal Inc., basé à Pittsburgh, a présenté le FIX8, une plaquette de tournage double face dont la conception tangentielle inverse littéralement ISO et ANSI sur le côté. Le responsable du portefeuille marketing, Robert Keilmann, a expliqué que FIX8 ne nécessite pas de méthodes de programmation spéciales, même si cela pourrait obliger les magasins à reconsidérer leurs flux et leurs vitesses.

Concurrent direct des plaquettes traditionnelles CNMG (diamant 80°) et WNMG (mieux connu sous le nom de trigone), il promet jusqu'à 15 % de réduction des efforts de coupe et, comme son nom l'indique, huit arêtes de coupe par plaquette pour des coûts d'outillage réduits.

"Le FIX8 réduit les coûts d'outillage et augmente la productivité des fabricants effectuant des tournages et des surfaçages moyens et lourds dans l'acier, l'acier inoxydable et la fonte", a déclaré Keilmann. "Ses forces de coupe plus faibles et son système de serrage extrêmement rigide supportent des vitesses d'avance et un DOC [profondeur de coupe] extrêmement élevés, même en cas d'interruptions importantes. Pour cette raison, nous constatons une adoption généralisée par les constructeurs automobiles qui tournent de longs arbres et tubes, bien que ce soit un bon choix pour toute opération d'ébauche ou de semi-finition à usage général, quel que soit le secteur."

Parfois, une plaquette de tournage semble répondre à la norme ISO mais est, en réalité, une conception exclusive. Il en va de même pour les outils ronds de la gamme CoroTurn 107 de Sandvik Coromant US, Mebane, NC, qui utilisent une série de rainures - une interface de rail - dans le bas de la plaquette qui s'accouplent avec les contremarches mâles dans la poche du porte-outil.

John Winter, chef de produit de la société pour l'est des États-Unis, a expliqué que l'interface verrouille solidement la plaquette en place, éliminant la rotation lors d'une coupe lourde qui peut la casser ou la vis de serrage. Cela rend également l'indexation plus cohérente, ce qui conduit à un usinage plus prévisible. Sandvik Coromant utilise une interface similaire, l'iLock, sur sa ligne de filetage indexable CoroThread 266 et a tiré parti de sa plus grande sécurité pour offrir OptiThreading, une méthode de programmation qui « fait rebondir l'outil dans et hors de la coupe », et que Winter décrit le mieux comme un mouvement de machine à coudre.

Pourtant, c'est le système PrimeTurning de l'entreprise qui a reçu la plus grande attention ces dernières années. Bien que Winter ne puisse pas divulguer les détails exacts, il a révélé que la prochaine génération du système d'outils de coupe unique, définitivement non ISO, arrivera plus tard cette année. Pour l'instant, les machinistes CNC doivent se contenter de CoroTurn Prime A, conçu pour l'ébauche légère, le profilage et la finition, et de CoroTurn Prime B, la plaquette d'ébauche en forme de ballon de football. Les deux styles rompent avec les conventions en tournant exceptionnellement bien dans la direction Z+ (loin du mandrin) et effectuent la plupart des travaux lourds avec l'arrière de l'insert.

PrimeTurning tire parti de l'effet d'amincissement des copeaux, le même phénomène qui rend le fraisage trochoïdal si efficace (voir encadré). Quiconque tourne de grandes quantités d'arbres sait qu'il peut bénéficier d'avantages similaires en utilisant une plaquette ronde ou à angle d'attaque positif. Cependant, ces outils conventionnels ne peuvent pas tourner un épaulement carré ou une contre-dépouille, alors que Prime A et B sont censés exceller dans les deux, tout comme de nombreux produits concurrents qui ont vu le jour depuis leur introduction.

Lorsqu'on lui a demandé pourquoi un machiniste ne pouvait pas simplement utiliser une plaquette simple face à 35° ou 55° pour "tourner en arrière", Winter a déclaré qu'il travaillait avec un atelier qui faisait exactement cela au début de PrimeTurning. « Les copeaux longs et filandreux étaient une bataille constante et leur durée de vie était assez médiocre. C'est parce que les plaquettes standard ne sont tout simplement pas conçues pour couper dans la direction Z+. Comme l'a constaté ce client, vous pouvez le faire fonctionner, mais dans la plupart des applications, les résultats sont loin d'être satisfaisants. Depuis, ils utilisent notre solution Prime.

Winter a ajouté que le contournement de la norme ISO donne aux fabricants d'outils de coupe une plus grande latitude pour développer des brise-copeaux innovants et des géométries qui sont souvent plus productives que le statu quo. Ce fut certainement le cas avec Ingersoll Cutting Tools USA, Rockford, Illinois, où le chef de produit de tournage Raymon Avery a noté que de nombreux produits lancés au cours de l'année écoulée sous la marque SFeedUp ont des poches non ISO et ont été conçus pour le tournage multidirectionnel.

À titre d'exemple, Avery a cité le TurnSFeedF de la société, une plaquette de style trigone qui ressemble à première vue à un outil de rainurage exceptionnellement large mais qui offre des vitesses d'avance longitudinale allant jusqu'à 3 mm/tour dans les deux sens. Il y a aussi la série SuperTurnZ, dont les différentes formes semblent s'aventurer en territoire Prime.

Avery a appuyé l'évaluation de Winter des géométries ISO. S'éloigner d'eux, a-t-il noté, permet aux ingénieurs d'outillage d'utiliser l'analyse par éléments finis (FEA) et d'autres outils de simulation avancés pour optimiser les capacités d'enlèvement de métal d'une plaquette, mais sans les contraintes imposées par une norme vieille de plusieurs décennies.

Avery a coché plusieurs fonctionnalités supplémentaires, telles que des mécanismes de verrouillage uniques qui éliminent le mouvement de l'insert lors de charges lourdes, et des sièges d'insert avec contact à trois points pour une stabilité accrue lors de la rotation dans plusieurs directions. Lorsqu'ils sont associés aux revêtements haute performance d'aujourd'hui et au liquide de refroidissement haute pression à travers l'outil désormais standard sur la plupart des porte-outils, y compris ISO, les ateliers arrachent le métal à des taux sans précédent.

Pourtant, quiconque s'est tenu devant un tour assez longtemps a probablement ressenti la terreur occasionnelle lorsqu'une pièce sort du mandrin et sait que les forces de rotation doivent toujours être appliquées vers la poupée. C'est une préoccupation légitime.

Avery déclare : « Nous comprenons que le fait de s'éloigner du mandrin a tendance à arracher la pièce et que certaines applications ne sont pas des candidats viables pour le tournage multidirectionnel. Néanmoins, en supposant que vous ayez un serrage de haute qualité et une bonne adhérence sur le matériau, les avantages sont clairs : non seulement vous pouvez augmenter considérablement les taux d'enlèvement de copeaux, mais vous pouvez également utiliser les deux côtés de la plaquette, le contrôle des copeaux est bien meilleur et, grâce à l'effet d'amincissement des copeaux, la durée de vie de l'outil augmente considérablement.

David Essex, chef de produit pour Tungaloy America Inc., Arlington Heights, Illinois, a sa propre liste de réussites de produits non ISO à partager. Il s'agit notamment du TungBoreMini multifonctionnel et du MiniForceTurn à râteau double face mais positif, qui (comme leur nom l'indique) sont destinés au tournage de petites pièces avec un DOC plus léger, du moins par rapport aux plaquettes d'ébauche que nous venons de décrire. Pour les applications plus lourdes, Essex peut recommander le TurnTenFeed à double face en forme de pentagone, en particulier lorsque les coûts d'outillage sont un problème, tandis que le TurnFeed de la société est une plaquette de tournage "à très grande avance" de forme et de fonction similaires au TurnSFeedF d'Ingersoll.

Sur le front multidirectionnel, Tungaloy a récemment lancé ses systèmes AddMultiTurn et AddY-axisTurn. Le premier est une plaquette triangulaire qui, selon le site Web de la société, est également apte au tournage avant, au tournage arrière, au profilage et au tournage frontal. "Celui-là a vraiment décollé pour nous", a déclaré Essex. "L'AddY-axisTurn, en revanche, est un peu plus limité en termes d'ateliers qui peuvent l'utiliser actuellement, dans la mesure où il est conçu pour les tours à axe Y et les machines multitâches avec une interface de type PSC (Capto). Nous voyons beaucoup plus de ces types de machines achetées avec des porte-outils Capto en raison des avantages en termes de précision et de rapidité des changements d'outils."

Essex n'est pas trop préoccupé par la possibilité que des pièces sortent du mandrin lors d'opérations de tournage multidirectionnel. Même ainsi, il a suggéré d'utiliser un centre vivant pour le support chaque fois que possible pour une sécurité maximale, et comme l'a indiqué Avery d'Ingersoll, saisir la pièce avec un mandrin de haute qualité, de préférence avec des mâchoires supérieures durcies.

Le plus important, a-t-il dit, est de suivre les recommandations d'avance, de vitesse et de DOC du fabricant d'outils de coupe, ce qui est un bon conseil pour toute application d'usinage. "Avec ces outils, vous effectuez généralement des coupes légères à des vitesses d'avance très élevées. Cela permet de briser le copeau et d'améliorer la durée de vie de l'outil, et dans la plupart des cas, d'enlever plus de métal en moins de temps qu'avec une coupe lourde et une vitesse d'avance plus faible. Les plaquettes de style ISO continueront d'avoir leur place, mais j'encourage fortement les ateliers à envisager certaines des nouvelles alternatives. En ce qui concerne Tungaloy, au moins, nos clients sont assez satisfaits des résultats."

Chacun des fournisseurs d'outillage interrogés pour cet article a noté le besoin de parcours d'outils non conventionnels pour accompagner leurs outils de coupe non conventionnels. Plusieurs fournisseurs de FAO ont commencé à répondre à ce besoin, parmi lesquels CNC Software LLC, Tolland, Connecticut, fabricants de Mastercam. Ben Mund, directeur marketing de la société, a souligné que ces trajectoires partagent bon nombre des mêmes qualités que celles utilisées avec les routines de fraisage trochoïdal ou, dans le cas de Mastercam, le fraisage dynamique.

"Nous avons travaillé en étroite collaboration avec Sandvik Coromant sur leur solution PrimeTurning et, au cours de ce processus, nous avons jugé nécessaire de développer ce que j'appellerais des parcours d'outils "sensibles au matériau"", a-t-il déclaré. "L'objectif était de répartir la charge de copeaux sur autant de surfaces que possible tout en maintenant la charge de copeaux constante, nous avons donc appliqué certaines des mêmes techniques que nous avions développées pour le fraisage dynamique à PrimeTurning."

Ces techniques comprennent la formation d'arcs dans et hors de la coupe à des vitesses d'alimentation légèrement inférieures, réduisant ainsi les chocs sur l'insert et évitant d'enterrer l'insert dans les coins. Associé à l'angle d'attaque positif de l'outil et à l'utilisation de paramètres COD à grande avance et faible, similaires à ceux du fraisage trochoïdal, le PrimeTurning et d'autres solutions multidirectionnelles permettent d'augmenter considérablement les taux d'enlèvement de copeaux.

La question devient alors : les ateliers devraient-ils utiliser certaines de ces mêmes méthodes de programmation avec des outils de tournage conventionnels, et ignorer les multiples cycles d'ébauche répétitifs traditionnels G71 utilisés sur les commandes de machines compatibles Fanuc ? Peut-être que oui, a suggéré Jesse Trinque, ingénieur d'applications chez CNC Software.

"En tant que programmeur Mastercam, je n'utilise pas G71 ni aucun des autres cycles prédéfinis trouvés sur les machines CNC, et je peux vous dire qu'il existe des moyens beaucoup plus efficaces de tourner une pièce", a-t-il déclaré. "Oui, pour la programmation manuelle, il n'y a pas d'autre choix, et je comprends que le chapeau de commodité accompagne ces routines. Mais pour les mêmes raisons que le fraisage dynamique et d'autres parcours d'outils haute performance sont clairement supérieurs aux approches de fraisage traditionnelles, la programmation de tour moderne générée par FAO est également meilleure que les méthodes manuelles à l'ancienne, en particulier lorsqu'elle est combinée avec certains des outils de tournage les plus récents. "

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