Comment gérer l'enrobage des copeaux lors des opérations d'usinage de profilés ?

La coupe de profil parfaite est en cours d'exécution, puis vous la voyez. Un "nid d'oiseau" de métal s'enroule autour de votre outil. Cet enchevêtrement peut ruiner votre pièce, briser des outils coûteux et interrompre la production.

Pour gérer l'enrobage des copeaux, utilisez des outils dotés de brise-copeaux agressifs, augmentez votre vitesse d'avance pour créer des copeaux plus épais et plus fragiles, et appliquez un liquide de refroidissement à haute pression directement sur l'arête de coupe. Les techniques de programmation telles que les cycles d'usinage ou les vitesses d'avance variables peuvent également briser mécaniquement les copeaux longs.

Ce problème semble aléatoire, mais il ne l'est pas. C'est le résultat direct de l'interaction spécifique entre vos outils, vos paramètres et votre matériau. J'ai passé d'innombrables heures à résoudre ce problème dans mon atelier. Comprendre pourquoi est la première étape, et la plus importante, pour éviter qu'il n'arrête à nouveau votre machine. Voyons les causes et les solutions.

Pourquoi l'enroulement des copeaux se produit-il dans l'usinage de profilés ?

L'enroulement de copeaux apparaît au pire moment, transformant une bonne pièce en rebut. Il peut être imprévisible et frustrant, ce qui le rend difficile à diagnostiquer et à résoudre à la volée.

L'enroulement des copeaux se produit lorsque les copeaux sont trop longs et filandreux pour évacuer correctement la zone de coupe. Ce phénomène est dû à une combinaison de facteurs : une mauvaise géométrie de l'outil, des paramètres de coupe incorrects, un arrosage insuffisant et les propriétés du matériau lui-même.

D'après mon expérience, l'enrobage des copeaux n'est jamais causé par une seule chose. Il s'agit généralement d'une tempête parfaite de plusieurs petits problèmes. Nous pouvons regrouper ces problèmes en quelques domaines clés sur lesquels vous avez un contrôle direct. Une fois que vous savez à quoi vous attendre, le problème devient beaucoup plus facile à résoudre. L'objectif est de faire en sorte que le copeau s'enroule étroitement, se brise en petits morceaux gérables et s'éloigne de l'outil et de la pièce à usiner. Lorsque ce processus échoue, vous obtenez un nid d'oiseau.

Les principaux responsables de l'emballage des chips

• Conception d'outils déraisonnables¹: La forme de votre outil est essentielle. Si la géométrie de l'outil, comme l'angle de coupe ou le tranchant, n'est pas adaptée à votre matériau, il ne pourra pas former un copeau correct. Plus important encore, un outil dépourvu d'un brise-copeaux efficace ne sera pas en mesure d'enrouler le copeau suffisamment serré pour le forcer à se briser.
• Paramètres de coupe inappropriés²: Les vitesses et les avances contrôlent directement l'épaisseur et la forme du copeau. Une vitesse d'avance trop faible ou une profondeur de coupe trop basse créeront un copeau mince, faible et en forme de ruban. Ces copeaux longs et filandreux n'ont pas assez de masse pour se briser d'eux-mêmes.
• Insuffisance de liquide de refroidissement : Le liquide de refroidissement a deux fonctions : il refroidit la coupe et projette les copeaux au loin. Si la pression du liquide de refroidissement est trop faible ou si la buse est mal orientée, le liquide ne peut pas fournir la force nécessaire pour repousser les copeaux. Ils s'accumulent alors et finissent par s'enrouler autour de l'outil.

Quelles sont les causes profondes des éclats filandreux dans l'aluminium et d'autres matériaux ductiles ?

Si vous commencez un travail sur un matériau tendre comme l'aluminium, vous obtenez immédiatement des copeaux longs et filandreux. Ils sont un cauchemar à gérer, s'enroulant autour de tout et créant un risque pour la sécurité.

Les copeaux filandreux se forment dans les matériaux ductiles parce que ces métaux se déforment et se déchirent au lieu de se cisailler proprement. Cette tendance naturelle est aggravée par une faible vitesse d'avance, une mauvaise géométrie de l'outil (comme des angles de coupe faibles) et le fait de ne pas utiliser le bon liquide de coupe pour réduire les frottements.

Matériaux ductiles³ se comportent différemment. "Ductile" signifie qu'un matériau peut s'étirer et se déformer considérablement avant de se rompre. Dans l'usinage, cela signifie qu'au lieu qu'un copeau se détache d'une manière nette, il se détache en un long ruban continu. Des matériaux tels que les alliages d'aluminium, le cuivre et certains aciers inoxydables sont réputés pour leur ductilité.

Pourquoi les matériaux ductiles ne coopèrent pas

La cause principale est la faible dureté et la grande ductilité du matériau. Lorsque l'arête de coupe s'engage, le matériau s'écoule vers le haut de la face de l'outil dans un état plastique. Il n'a pas la fragilité nécessaire pour se fissurer et se briser. Cette situation est souvent aggravée par quelques erreurs courantes :

• Faible vitesse d'alimentation : Comme pour d'autres matériaux, une faible vitesse d'avance sur l'aluminium crée un copeau mince qui n'a pas la rigidité nécessaire pour se briser.
• Géométrie de l'outil : Pour les matériaux ductiles, il faut un outil très affûté avec un angle de coupe positif élevé. Cela permet de "trancher" proprement le matériau au lieu de le pousser. L'utilisation d'un outil à usage général peut aggraver le problème.
• Friction et chaleur : Les matériaux ductiles peuvent devenir collants lorsqu'ils chauffent pendant la coupe. Le copeau adhère alors à la face de l'outil, ce qui l'empêche de s'écouler facilement et de se briser. L'utilisation d'un fluide de coupe⁴ est essentiel pour réduire cette friction.

Quels sont les effets de l'enrobage des copeaux sur les performances de l'usinage de profilés ?

Vous voyez un petit nid de copeaux sur votre outil et vous pensez que ce n'est pas grave. Mais l'ignorer peut entraîner des problèmes plus graves. Il peut endommager votre machine, votre pièce et même devenir un risque pour la sécurité.

L'enrobage des copeaux dégrade gravement les performances de l'usinage. Il ruine la finition de la surface, provoque des imprécisions dimensionnelles et accélère l'usure de l'outil, ce qui conduit souvent à sa rupture. Il augmente également la charge sur la broche de la machine et peut créer de sérieux risques pour la sécurité de l'opérateur.

Je l'ai appris à mes dépens. Un petit nid de copeaux sur un outil de finition s'est coincé entre l'outil et la pièce. Il a traîné sur la surface, laissant une profonde rayure et mettant au rebut une pièce qui était presque terminée. Emballage des copeaux⁵ n'est pas seulement un désagrément ; elle a des conséquences directes et coûteuses qui se répercutent sur l'ensemble de vos activités.

L'effet domino d'une seule chips emballée

Voici un aperçu des dommages qu'elle peut causer :

Zone d'impact	Description
Précision de l'usinage6	L'enchevêtrement des copeaux crée des forces de coupe instables. Cela provoque des vibrations et du broutage, ce qui entraîne une finition de surface rugueuse et des pièces hors tolérances.
Durée de vie de l'outil	Les copeaux enveloppés emprisonnent la chaleur et créent une friction, usant rapidement l'arête de coupe de l'outil. Les forces imprévisibles peuvent aussi facilement ébrécher ou casser la plaquette de l'outil, en particulier dans les matériaux durs.
Chargement des machines-outils	Une grosse boule de copeaux augmente considérablement la charge de coupe. Le moteur de la broche et les roulements sont alors soumis à des contraintes supplémentaires, ce qui peut entraîner une défaillance prématurée de la machine et une maintenance coûteuse.
Risques pour la sécurité	Un nid de copeaux tranchants en rotation est dangereux. S'il se détache, il peut être éjecté de la machine. Les opérateurs peuvent également se blesser gravement en essayant de retirer à la main ce nid de copeaux.

Comment prévenir et corriger l'enroulement des copeaux dans l'usinage de profilés ?

Vous en avez assez d'arrêter votre machine pour dégager les copeaux enchevêtrés. Vous avez besoin d'une stratégie fiable pour éviter que l'enrobage ne se produise, ce qui vous permettra d'économiser du temps, de l'argent et de la frustration.

Prévenez l'enroulement des copeaux en optimisant l'ensemble de votre processus. Commencez par choisir un outil dont la géométrie et le brise-copeaux sont adaptés à votre matériau. Ajustez ensuite les paramètres de coupe en augmentant la vitesse d'avance et en utilisant des astuces de programmation telles que les cycles d'usinage pour briser les copeaux. Enfin, veillez à disposer d'un liquide de refroidissement suffisant et bien dosé.

Pour réparer les enrobages de copeaux, il faut être proactif et non réactif. Vous ne pouvez pas vous contenter d'attendre que cela se produise et de le nettoyer. Il faut mettre en place un processus conçu pour créer de petits éclats gérables dès le départ. Je dis à mon équipe de considérer ce processus comme une liste de contrôle. Si vous avez des problèmes de copeaux, passez par ces étapes une à une.

Liste de contrôle pratique pour le contrôle des puces

1. Optimiser la conception des outils⁷: C'est votre première ligne de défense. Assurez-vous que la géométrie de l'outil, son revêtement et surtout son brise-copeaux sont spécifiquement conçus pour le matériau que vous découpez. Pour les matériaux ductiles, utilisez des outils à forte inclinaison positive et à arête très tranchante.
2. Réglage des paramètres de coupe⁸: N'ayez pas peur d'augmenter la vitesse d'avance. Un copeau plus épais est un copeau plus fragile. Vous pouvez également varier la vitesse d'avance ou la profondeur de coupe au cours d'une même passe. Il suffit parfois d'un léger changement pour perturber la formation du copeau et le forcer à se briser.
3. Assurer un liquide de refroidissement puissant : Utilisez si possible un arrosage à haute pression à travers la broche. Si ce n'est pas le cas, positionnez soigneusement vos buses d'arrosage pour qu'elles délivrent un flux puissant directement au point de coupe. Cela permet de refroidir, de lubrifier et d'éliminer physiquement les copeaux.
4. Améliorer les procédures opérationnelles : Les opérateurs doivent toujours surveiller l'usure de l'outil. Un outil émoussé produit des copeaux filandreux. Il faut également veiller à ce que le système d'évacuation des copeaux de la machine, comme le convoyeur, soit propre et en bon état de fonctionnement pour éviter que les copeaux ne s'accumulent à l'intérieur de la machine.

Conclusion

Pour mettre fin à l'enrobage des copeaux, il faut se concentrer sur la sélection des outils, les vitesses d'avance agressives et le liquide de refroidissement à haute pression. Une approche proactive dans ces domaines clés résoudra le problème et assurera le bon fonctionnement de vos machines.

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