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Outillage Du maillon faible à l'usinage superstar

| Rédacteur: Edouard Huguelet

>> L´usinage des matériaux durs tel l'Inconel ou autres aciers réfractaires, ou difficiles tel le titane par exemple, constitue un véritable défi, sans compter la pression qu´imposent en outre les objectifs d´amélioration des rendements de production, ce qui conduit à optimiser le taux d´enlèvement de matière au regard de faibles vitesses et des efforts importants de coupe.

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Contact et force de serrage combinés favorisent un meilleur ajustement et multiplie par trois la résistance au moment de flexion par rapport aux autres systèmes. Le remplacement d´outil est rapide et facile, ce qui réduit les temps d´immobilisation des machines.
Contact et force de serrage combinés favorisent un meilleur ajustement et multiplie par trois la résistance au moment de flexion par rapport aux autres systèmes. Le remplacement d´outil est rapide et facile, ce qui réduit les temps d´immobilisation des machines.
(Image: Walter Meier AG)

Les fabricants de machines-outils ont réagi en lançant des centres de fraisage et tournage caractérisés par une rigidité et un amortissement supérieurs au niveau de la broche et des structures essentielles de machines, ceci afin de réduire les vibrations qui détériorent la qualité de la pièce et mettent en péril la durée de vie de l´outil. En dépit des gains de productivité générés par ces avancées, l'attachement de l'outil constitue souvent le maillon faible du système d'usinage.

L'interface outil-broche est déterminant

Dans la plupart des cas, l'interface outil/broche détermine la quantité de matière pouvant être enlevée pour une opération donnée. Cela tient au fait que cette interface doit résister à d'importantes charges tout en conservant sa rigidité, pour éviter une flexion trop élevée des outils ou un début de broutement. Grâce aux progrès constants des outils de coupe et des centres d´usinage, une interface exploitant toute la puissance disponible constitue un point important à envisager en phase initiale de planification de la production.

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Plusieurs types d'interfaces de broches ont été développés ou optimisés au cours des dernières décennies. En raison d´un bon rapport coût/utilité, le cône ISO à queue 7/24 a connu un grand succès dans de nombreuses applications, mais ses limites en matière de précision et grande vitesse ont limité son utilisation.

L'avantage du contact direct

L´avènement du contact direct a marqué une évolution importante par rapport au cône ISO. La combinaison d´un contact direct et d´un robuste cône à queue 7/24 procure une précision plus élevée dans le sens de l´axe Z, mais présente néanmoins quelques inconvénients, à savoir le manque de rigidité à grande vitesse ou lors d'application de forces transversales élevées. La plupart des outils du marché sont robustes, mais les broches offrent une force de serrage relativement faible. La rigidité du raccordement est limitée, car l´interférence radiale nécessite d´être la plus réduite possible. Les tolérances requises pour réaliser un contact direct réussi sont ainsi très étroites, ce qui a pour conséquence des coûts de fabrication élevés.

En 1985 déjà, Kennametal et Widia ont monté un projet commun visant à développer un système de remplacement rapide universel, connu aujourd´hui sous l´appellation KMTM et récemment standardisé sous la norme ISO 26622. Au début des années 90, on a commencé à employer en Europe, sur les machines CNC, le système HSK devenu plus tard DIN 69893, puis ISO 12164.

Echange rapide de l'outil

L´outil de remplacement rapide KMTM comporte deux composants de base: le dispositif de serrage et la tête de coupe. Le dispositif de serrage se monte sur la machine outil (tourelle ou porte-outil pour les applications fixes et broche tournante pour les applications rotatives) et accueille l´unité de coupe ou le porte-outil de remplacement. En cas de nécessité de remplacement de l´outil, l´opérateur libère simplement le mécanisme de verrouillage, insère la nouvelle unité de coupe et la verrouille en place. Le temps d´immobilisation de la machine est, tout au plus, l´affaire de quelques secondes.

Le KM4XTM de Kennametal représente la génération de KM suivante. Sans doute, certains systèmes sont-ils capables de transmettre des couples très élevés; mais les efforts de coupe génèrent également des moments de flexion qui dépassent alors les capacités de l´interface avant même d´atteindre les limites de couple. En combinant une force de serrage élevée à des niveaux d´interférence optimisés, le KM4X garantit un raccordement robuste, une rigidité particulièrement élevée et une capacité de charge en flexion qui améliorent sensiblement les performances de l´usinage des alliages et autres matériaux à haute résistance, en assurant des taux d´enlèvement de métal extrêmement élevés, d'où une productivité accrue.

Résistance au moment de flexion multipliée par trois

Le raccordement à broche doit présenter des capacités de couple et de charge en flexion compatibles avec les caractéristiques de la machine-outil et des exigences de niveaux de productivité accrus. Il ressort clairement que, dans les applications de fraisage en bout, où les élancements sont généralement plus importantes, le facteur limitant, c´est la capacité de flexion de l´interface à broches. A titre d´exemple, une fraise hélicoïdale (hérisson) dotée d'un élancement de 250 mm du support de broche et d´un diamètre de 80 mm, générera 4620 Nm de moment de flexion et moins de 900 Nm de couple lorsqu´on enlève 360 cm3/min. de titane de type Ti6Al4V avec un engagement de 12,7 mm et une profondeur de passe de 63,5 mm.

Les paramètres les plus critiques d´un raccordement à broche par cône et surface de contact sont la force de serrage et l´interférence radiale. La rigidité du raccordement peut être accrue en optimisant la force de serrage et en choisissant les bonnes valeurs de coupe.

Trois éléments de contact

Grâce à trois éléments de contact garantissant une meilleure stabilité et optimisant la répartition de la force de serrage et l´ajustement, la conception du KM4XTM se traduit par une capacité de résistance au moment de flexion trois fois supérieure à celle des autres systèmes d´outillages. Autrement dit :

  • Les ateliers peuvent mettre à profit les machines-outils haute performance équipées d´un KM4X pour augmenter les valeurs d'avances et les vitesses dans les opérations d´usinage difficiles, pour ainsi exploiter pleinement le potentiel de productivité de la machine outil.
  • Un raccordement KM4X plus petit comme le KM4X100 assurera souvent des résultats identiques voire supérieurs à ceux d´un raccordement de plus grande dimension.
  • Les systèmes KM4X peuvent être appliqués sur les centres d´usinage et tournage multitâches et les machines transferts en modes manuel, semi-automatique ou automatique.
  • De par sa conception, le KM4X est capable d´exécuter un large éventail d´opérations, depuis de faibles vitesses et couples élevés jusqu´à des vitesses élevées et faibles couples, garantissant aux fabricants de tirer un maximum de leurs équipements de production.

Le fraisage, le perçage et le tournage de toute une gamme de matériaux ont tout simplement fait un bond de productivité. <<

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