Pratique

Vitesses de coupe

Catégories: Fraisage Outils


1. Quelques définitions

1.1. La vitesse de coupe

C'est la vitesse à laquelle la lame de l'outil attaque la pièce. Pour une même vitesse de rotation, la vitesse de coupe augmente avec le diamètre de l'outil. C'est pour celà que les outils de petit diamètre doivent tourner très vite. Une tête comportant un variateur de vitesse est absolument indispensable pour pouvoir ajuster cette vitesse. On exprime la vitesse de coupe généralement en mètres par minute. Par exemple, une fraise de 6mm de diamètre tournant à 15 000 tours minutes aura une vitesse de coupe de :
6 /1000 * 3.14 * 15000 = 283 m/minute.
C'est une vitesse qui est appropriée pour usiner du bois avec des outils carbure, mais loin de la vitesse maximum.

Cette vitesse de coupe dépend de trois choses :

  • Le matériau que vous usinez
  • Le matériau de votre outil
  • Les capacités de votre machine

1.2. La vitesse d'avance

C'est la vitesse à laquelle avance votre tête de fraisage. Elle s'exprime en métres par minute ou en cm par minute.
Elle ne dépend que du réglage de vitesse de votre machine telle que définie dans votre programme de coupe. Avancer plus vite génère des efforts plus importants, il faut donc que votre machine puisse :
1/ Atteindre cette vitesse
2/ Développer sufisamment de force à la vitesse atteinte
Une vitesse d'avance plus faible donne généralement un meilleur fini de surface.
Ne pas avoir des vitesses d'avance trop faibles, cela fait chauffer les matériaux. Il faut faire des copeaux, pas de la poudre !
Une vitesse trop faible use votre fraise nettement plus rapidement.

L'effort dépend de tous les paramètres de coupe, mais surtout du matériau usiné, l'acier étant de loin le plus difficile.
Si vous êtes obligé de diminuer l'avance (pour une question de capacité machine ou pour obtenir un meilleur fini), il est parfois nécessaire de diminuer la vitesse de coupe (diminuer la vitesse de rotation), pour maintenir une épaisseur de copeau suffisante.

Nos machines 'amateur' de découpe n'étant pas des machines-outils, leur rigidité n'est pas très grande. Celà implique des risques de vibrations avec les matériaux rigides. D'autre part, la déformation liée à l'effort de coupe entraîne des imprécisions.

1.3. La profondeur de coupe

Si les matériaux découpés sont relativement épais, on ne pourra pas les couper en une seule fois, il faudra effectuer plusieurs passes en descendant l'outil au fur et à mesure. Pour découper des panneaux en bois, par exemple, il est généralement déconseillé de dépasser le diamètre de la fraise comme profondeur de passe. Certaines fraises permettent un peu plus, mais soyez prudents, les fraises peuvent casser. Une plus grande profondeur augmente aussi les efforts de coupe.
Là encore, la rigidité de la machine est un paramètre important. Un manque de rigidité entraînant des efforts irréguliers augmente le risque de rupture.

2. Valeurs pratiques à utiliser

2.1. Coupe de balsa

...

2.2. Coupe de bois massif et reconstitué

Diamètre de la fraise Rotation moyenne pour usiner le bois.(pour une vitesse d'avance de 300 à 1500 mm/min) Rotation maximum pour usiner le bois

0-20 mmmaxi (28 000)maxi (28 000)
20-25 mm25 000 trs/minmaxi (28 000)
25-35 mm22 000 trs/minmaxi (28 000)
35-50 mm20 000 trs/min20 000 trs/min
50-70 mm16 000 trs/min16 000 trs/min

En fait, vous êtes plus ou moins obligé de vous limiter car souvent votre vitesse d'avance ne sera pas suffisante.

Dans le bois, la vitesse d'avance est en fait limitée par la capacité de votre machine en terme de rigidité. Si vous allez trop vite, au moment de l'arrêt, il y a un phénomène de 'détente' mécanique qui va modifier les trajectoires. La poutre de la machine se tord sous l'effort et les courroies s'allongent. Quand le mouvement s'arrête, l'ensemble revient en place.
Les limites pratiques d'une machine à entraînement par câble sont de l'ordre de 300-500 mm/min si les passes ne sont pas trop importantes.
Une machine rigide peut facilement atteindre ou dépasser les 3000 mm/min (2 ips).

Attention les chiffres ci-dessus sont des estimations. Surveillez votre machine et utilisez votre jugement !
Casque anti-bruit et lunettes de sécurité obligatoires. Ca rend sourd !
Et un morceau de bois éjecté par une machine l'est généralement à plus de 200 km/h....
Il s'agit d'équipement tournant à haute vitesse, alors attention à la qualité de vos fraises. Si vous achetez des fraises 'Made in China', à vos risques. Et c'est de toute manière sans intérêt, car même en carbure, elles ne dureront pas.
Et n'oubliez pas, si vous diminuez l'avance, il faut diminuer la vitesse de rotation, pour éviter de brûler le bois.

2.3. Coupe de dépron, polystyrène, PVC extrudé, ABS thermoformable

...

Ces matériaux peuvent être classés comme tendre. sachant que le plastique ne réagit comme aucune autre matière.

Prenons l'exemple d'un ABS thermoformable tel que les plastiques de carrosserie de l'automobile. Ep= 2 à 4mm.

la coupe dépend:

du type de plastique:
  • tendre, très tendre, relativement rigide, souple, dur, épais ,fin...
    légères nuances mais qui a son importance.
du type d'outillage qui maintient la pièce.

Le plastique a la très fâcheuse tendance à vibrer. Surtout quand la pièce est mal maintenue.
En général on réalise un moule au volume de la pièce pour pouvoir l'emboîter dessus.
En fonction de la technologie employée la réalisation des supports diffère.
Car l'on obtient le placage de la pièce par:

  • dépression, directement dans le moule(creux avec des trous sur sa surface pour permettre le maintien)
  • des ventouses à l'aide d'un \"venturi\" (permet de créer une force de dépression grâce à de l'air envoyé sous pression par un compresseur.)
du type d'usinage à effectuer autant en usinage pur qu'en terme de trajectoire
  • perçage, interpolation circulaire, entrée/sortie de la matière...
  • sommes-nous normal (perpendiculaire) à la surface, en avalant, en opposition...
du type de fraise qui le plus souvent s'avère être du spécifique.
(bien que là encore, d'une fraise à l'autre la coupe diffère du tout au tout)
  • denture droite
  • hélicoïdale avec hélice à gauche ou à droite (l'évacuation du copeaux est perpendiculaire à l'arrête de coupe)
  • 1,2,3,4 dents en fonction du diamètre de l'outil
Ne perdons pas de vue que l'évacuation du copeau joue un grand rôle dans la qualité de la découpe.
Ce qui peut nous amener à créer un passage pour l'évacuation des copeaux dans certains cas.
Généralement on préfère un diamètre de fraise de 6mm (standard)
Fraise au carbure.
Avec une denture droite 1 lèvre (coût limité car standard). < 10euros/pcs (THOMAS, DIXI, OTELO, etc.)
Voir 2 lèvres qui de plus est mieux équilibrée. > 15euros/pcs minimum
Toujours garder à l'esprit que l'angle de dépouille de l'arête coupante(angle en contre dépouille, au dos de l'outil, qui empêche la matière d'adhérer à l'outil de coupe) ainsi que la "cuillère" (le creux qui crée le copeaux) auront une importance capitale quand à la qualité de coupe obtenue.
L'outil ayant la part de "responsabilité" la plus importante dans la qualité de la découpe, plus que les réglages de vitesse d'avance et de rotation de broche.
Même avec de très bon réglages, un outil inadapté n'aura pour effet que "d'arracher" la matière.
Seul des essais permettront de trouver la fraise adaptée à la mâtière.
(anecdote: j'ai vu plus de 10 représentants qui chacun avaient de l'outillage spécifique adapté au plastique. Plastique de toute nature et thermoformable. Environ 40 heures d'essais pour plus de 70 fraises. Seul le type de denture, l'angle de contre dépouille et la "cuillère" changeaient. Et bien au final, un seul d'entre eux avait l'outil adéquat. Tout le reste était de l'ordre du catastrophique!!!)
La longueur de l'outil dépendra essentiellement de l'accessibilité de la coupe par rapport au nez de broche.
Préférez une longueur 70mm pour une dent de longueur [25;30]mmm.
De cette sorte vous pourrez varier la plage de découpe sur l'outil soit en jouant physiquement sur l'outilou bien en modifiant la longueur d'outil dans les déclarations.
Avec les plastiques tendres qui la plupart du temps sont fins il faut avoir une rotation de broche la plus élevée possible avec une avance qui dépendra presque uniquement de l'état de surface de la coupe recherchée.
Bien entendu, la vitesse d'avance dépendra de la rotation de broche.
Il est recommandé de tourner trop vite et d'avancer trop lentement, que l'inverse. Il y a risque d'arrachement de la matière.
En rotation compter de 25000 à 32000 pour un diamètre 6mm 1,2 dents.
 15000 à 18000 pour une fraise scie diamètre 25 à 30mm ép.2à3mm 6 dents
Ici aussi on recherche le copeau mais le plus fin possible.
Ainsi l'on évite le phénomène de denture sur l'arête de coupe de la matière.
Le pas de denture sur la coupe est liée à un mauvais rapport entre la vitesse d'avance et la vitesse de rotation de l'outil.
Dans ce cas il faut augmenter la rotation ou diminuer l'avance.
Si l'on est vraiment limité par la machine, on s'oriente alors sur une lèvre supplémentaire. D'une on passe à 2 lèvres par exemple.
# Avec les plastiques plus durs, on a tendance à se rapprocher, dans l'esprit, de la découpe des métaux, surtout en terme d'outillage.
Disons clairement que l'on peut utiliser les même outils, à la différence près que l'on tourne et avance beaucoup plus vite et surtout que l'on est presque pas limité par la profondeur de passe.
Par exemple pour un surfaçage d'un bloc de téflon, on peut prendre la même profondeur de passe que la hauteur de dent de la fraise. voir même 3, 4 mm de plus pour une vitesse de rotation de broche la plus élevée et l'avance la plus élevée excepté en G0.

2.4. Coupe de métal

...

3. Valeurs pratiques en modélisme

- Données fournies par Gérard Chenivesse, modéliste professionnel -

Pour découper en général il faut prendre une fraise dont la partie taillée correspond à l'épaisseur de la plaque à découper.
Pour du balsa de 2mm par ex, j'utilise des fraises carbure de 0,8mm (compromis rendement-prix) . Plus gros, cela arrache les fibres du bois.
Même pour du balsa, je préfère faire plusieurs passes:

  • la première, pour couper les fibres superficielles: 0,3mm
  • La passe de finition, garder 0,2mm pour les mêmes raisons.
  • Vitesse d'avance : 12 à 15mm/s, pour une vitesse de rotation de l'ordre de 10 000tr/mn.

Pour le contreplaqué, il faut limiter un peu ces valeurs.

J'utilise des fraises carbure 2 dents de chez Otelo, réf 22 554 008 pour le Ø0.8 mais limitées à 1,5 de profondeur (j'utilise ce type jusqu'à 0,5mm surtout pour de la gravure sur plexi, le 0.6 étant largement utilisé pour les découpes de polystyrène choc de 0,5 à 1,5 d'épais), sinon je passe à la référence 22 055 080 pour de la découpe profondeur jusqu'à 2mm.
Sinon, en version économique, il y a les fraises affutées par les 2 bouts du type 22 446 030 en Ø 3 qui permettent de couper du contreplaqué de 5mm, en gardant à l'esprit que pour le bois, il faut une première passe d'attaque qui enlève peu de fibres (0,2mm par ex), la même chose pour la dernière passe, ce qui a en plus l'avantage d'éviter aux pièces découpées de sauter sous les efforts de coupe, les matériaux que j'utilise étant fixés par du scotch double face.

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Page mise à jour le 25/07/2007 01:42