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Copeaux par copeaux : Cinq choses à savoir sur la formation des copeaux
Copeaux par copeaux : Cinq choses à savoir sur la formation des copeaux


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Christa Kettlewell et Rob Brown
Allied Machine and Engineering

info@alliedmachine.com

Qu'il s'agisse d'examiner comment le choix de l’outil impacte les copeaux, le rôle de la lubrification dans l'évacuation des copeaux ou observer la taille et la forme des copeaux, la formation des copeaux en dit long sur l'application en cours d'exécution. Savoir ce que les différents détails des copeaux indiquent, permet aux opérateurs de mieux gérer la formation des copeaux, d'effectuer des ajustements et de prévenir les défaillances d'outils. Parce qu'en fin de compte, une meilleure formation de copeaux est synonyme d’une application plus réussie.
 
Forme et taille
Lorsqu'on examine la formation des copeaux, un indicateur clé d'un bon copeau est sa forme. Quelle que soit l'application, il est préférable que les copeaux aient la forme d’un six et d’un neuf ou une forme conique unique. Ces copeaux petits et faciles à gérer sont essentiels pour un perçage efficace et prévisible. Néanmoins, il est important d'être conscient de ce que les copeaux d'autres formes et tailles peuvent indiquer. Par exemple, un copeau droit et plat est le résultat de l'élasticité. Si le copeau est un ruban continu, il est probable que de nombreux ajustements doivent être effectués afin d'obtenir des copeaux idéaux.
 
La taille des copeaux a également un impact sur l'évacuation. Il existe deux facteurs principaux qui ont un impact sur la taille des copeaux dans les outils de perçage : les brise-copeaux, également appelés séparateurs de copeaux, et la géométrie des becs. Avec les brise-copeaux, la largeur du copeau est amincie pour permettre une évacuation plus facile ; plus le copeau est large, plus il est facile de le faire rouler sur lui-même et de le briser. La géométrie du bec agit comme un brise-copeaux pour briser un copeau en l'enroulant sur lui-même ou en frappant le copeau en formation avec la face arrière du rayon du bec. Bien que les matériaux plus durs enroulent le copeau sur lui-même pour créer une fracture du copeau, les matériaux plus élastiques sautent souvent le rayon du bec et ne se fractionnes qu'après un impact sur l'arrière du rayon du bec. Quoi qu'il en soit, le but des brise-copeaux combinés et de la géométrie positive du bec est de briser le copeau afin qu'il soit suffisamment étroit pour être facilement évacué.
 
La rupture des copeaux peut également se produire naturellement en raison du différentiel de vitesse entre l'extérieur et l'intérieur d'un copeau, ce qui crée un copeau en forme de cône qui s'enroule sur lui-même et se brise. Étant donné que les lames de plus grand diamètre ont un différentiel de vitesse plus élevé que les inserts de plus petit diamètre, il est plus facile de fracturer les copeaux, C'est-à-dire que plus l'espacement entre les brise-copeaux est grand, plus il y aura de fractures de copeaux. Les inserts de plus petit diamètre sont limités au différentiel de vitesse disponible en raison de la restriction de la largeur de copeaux requise pour évacuer facilement les copeaux à travers la goujure du porte-outil.
 
Épaisseur
L'épaisseur du copeau varie en fonction de l'avance ; une avance plus élevée forme des copeaux plus épais tandis qu’une avance plus faible forme des copeaux plus fins. L'épaisseur du copeau formé décide de la façon dont le copeau se fractionnera, mais cela dépend aussi du matériau à usiner. En même temps, la modification de la vitesse a un impact sur l'épaisseur du copeau ; plus la vitesse de l'outil est élevée, plus la chaleur générée dans la coupe est importante, ce qui rend le matériau plus élastique. Un équilibre entre les vitesses et les avances est donc nécessaire. Avec de nombreux matériaux, un copeau plus épais signifie qu'il y a une plus grande chance de dépasser la limite élastique des matériaux, ce qui augmente la probabilité de fractionnement du copeau ; d'autre part, les copeaux plus fins sont plus élastiques et, par conséquent, plus éloignés de la limite élastique nécessaire à le fractionnement du copeau.
 
Les matériaux mous et élastiques comme les aciers doux bas carbone, l'acier inoxydable de la série 300 ou le titane pur ont une limite élastique élevée, à tel point que l'augmentation de l'épaisseur du copeau a un effet négatif sur sa formation. Les matériaux de ce type nécessitent des géométries de becs spécifiques pour créer un copeau acceptable. Néanmoins, il est essentiel d'examiner le rapport de déformation du copeau des matériaux pour mieux comprendre l'épaisseur du copeau. Le rapport de déformation du copeau peut être défini comme le rapport entre l'épaisseur du copeau déformé et l'épaisseur du copeau non déformé (avance). Pour la plupart des aciers, ce rapport est généralement de 2 à 3:1 ; cependant, il peut atteindre 5 à 10:1 pour les matériaux mous et élastiques. En fin de compte, cette mesure est un indicateur de la forme du copeau et de l'élasticité du matériau à couper, et plus la déformation est importante, plus la formation du copeau est difficile.
 
Arrosage
En ce qui concerne le liquide de refroidissement, le liquide de refroidissement à travers l'outil, lorsqu'il est associé à la bonne géométrie de foret, est essentiel pour la meilleure formation et évacuation des copeaux. En outre, la modification du type, de la pression et du volume du liquide de refroidissement influence le choc thermique des copeaux. Cela peut modifier les propriétés des copeaux et les rendre plus ou moins susceptibles de se briser en segments gérables. Par exemple, les liquides de refroidissement peuvent diminuer l'élasticité du matériau en raison de l'écrouissage qui se produit lorsque le liquide de refroidissement refroidit rapidement des copeaux chauds et élastiques. Le refroidissement des copeaux élastiques et continus fragilise les copeaux jusqu'au point de rupture en réduisant leur limite élastique.
 
Pour l'évacuation des copeaux, la pression et le volume du liquide de refroidissement sont importants. Pour évacuer un volume donné de copeaux, une quantité donnée d'énergie cinétique est fournie par le volume du liquide de refroidissement. Le forage peut se dérouler sans interruption du haut du trou jusqu'au fond tant que le volume de liquide de refroidissement est suffisant, ce qui sera évident pendant l'application avec une lecture régulière du compteur de charge pendant le forage. Si le volume de liquide de refroidissement est insuffisant, un compteur de charge instable sera détecté lors du forage du trou. Bien que cela ne signifie pas que le forage avec un volume insuffisant de liquide de refroidissement ne soit pas possible, cela démontre que le foret doit être modifié pour s'adapter à l'environnement.
 
La pression, quant à elle, est la force du liquide de refroidissement qui fournit un volume fixe de liquide de refroidissement à travers un diamètre donné. Lorsque la pression du liquide de refroidissement augmente à travers un diamètre d'orifice de liquide de refroidissement fixe, le volume de liquide de refroidissement augmente. Lors du forage de petits diamètres, une pression élevée du liquide de refroidissement est nécessaire afin de fournir un volume suffisant de liquide de refroidissement, mais à mesure que les diamètres de forage augmentent, un volume élevé de liquide de refroidissement devient plus nécessaire qu'une pression élevée du liquide de refroidissement. Dans les forages de grande production, en particulier les forages profonds, le liquide de refroidissement à travers l'outil est essentiel car il fournit une force ascendante sur le copeau pour aider à rincer les copeaux à travers les cannelures du foret et hors du trou. Bien que le liquide d'arrosage puisse être utilisé à la place du liquide de refroidissement à travers l'outil dans les applications de perçage court de moins de deux fois le diamètre, dans les trous plus profonds, l'arrosage ne favorise pas un bon transfert de chaleur et peut également repousser les copeaux dans le trou, ce qui peut provoquer un tassement des copeaux.
 
Le liquide de refroidissement à travers l'outil est également important lorsqu'on tient compte de la chaleur, car il fournit du liquide de refroidissement directement à l'arête de coupe, là où il est nécessaire pour refroidir l'outil. Lors de l'usinage, 60 % de la chaleur générée par la déformation plastique du matériau reste avec le copeau formé, tandis que les 40 % restants restent avec l'outil et la pièce. Cette partie qui reste avec l'outil doit être évacuée par le liquide de refroidissement afin d'avoir une durée de vie suffisante de l'outil. Il est clair que plus la pression et le volume du liquide de refroidissement peuvent passer par l'outil, plus l'outil sera froid. Cela signifie donc que la durée de vie de l'outil sera plus longue et que l'outil pourra potentiellement être utilisé plus rapidement.
 
Sélection de l'outil
La formation de copeaux peut également indiquer si le meilleur outil est utilisé. Si la formation de copeaux n'est pas conforme à la norme, il peut être nécessaire de modifier la géométrie de l'outil afin d'améliorer la situation. Il est clair que la géométrie d'un outil de coupe a un impact significatif sur le copeau formé. Plus précisément, l'augmentation des angles de coupe peut améliorer la formation de copeaux, mais cela a un coût car plus l'angle de coupe est grand, plus l'arête de coupe est faible.
 
L'angle de coupe influence également fortement la valeur de l'angle du plan de cisaillement, qui est l'angle formé par la déformation élastique pure du matériau de la pièce. Ici, le matériau commence à se déformer ou à former des copeaux devant l'arête de coupe. Cet angle varie en fonction des propriétés du matériau et des paramètres de coupe ; toutefois, l'objectif doit toujours être de rendre l'angle du plan de coupe plus vertical, car plus le plan de cisaillement est positif, meilleure est la formation des copeaux.
 
L'épaisseur des copeaux entre également en ligne de compte. Plus un matériau est élastique, plus l'angle du plan de coupe sera abrupt, ce qui se traduira par un copeau plus fin. Inversement, plus le matériau est dur, plus l'angle du plan de coupe sera plat, ce qui signifie que le copeau sera plus épais. En résumé, plus l'angle de coupe est grand, plus l'angle de cisaillement est grand, ce qui donne de meilleurs copeaux, mais l'équilibre est également essentiel. Une arête de coupe très aiguisée produira d'excellents copeaux, mais se brisera en raison d'une section transversale de l’arête de coupe plus petite et plus faible, il faut donc trouver un équilibre dans l'angle de coupe - un angle agressif mais pas trop.

Changements sur la formation des copeaux
Une dernière chose à rechercher lors de l'examen des copeaux est le changement dans la formation des copeaux. Si la formation de copeaux est modifiée au cours d'une application, cela peut être dû à une myriade d'éléments : usure de l'outil, collage accumulé sur l'outil (BUE) ou modifications de l'environnement comme le lubrifiant ou les changements de matériaux. Dans les nouvelles applications, il peut être préférable de percer des trous d'essai peu profonds et d'examiner les copeaux pour s'assurer qu'ils sont petits et segmentés. Le fait d'être prudent au début avec les vitesses et les avances peut également aider à mieux comprendre la formation des copeaux et les ajustements à effectuer.



Il est cependant essentiel d'être conscient de tout changement dans la formation des copeaux. Une mauvaise formation des copeaux peut causer des problèmes majeurs dans les applications de perçage. Les copeaux longs et continus sont difficiles à évacuer et peuvent se tasser dans les goujures du foret, l’endommageant, voire provoquant sa défaillance. Ces longs copeaux peuvent également s'enrouler autour du corps du foret et provoquer à nouveau une défaillance de l'outil. Enfin, une mauvaise formation des copeaux a un impact sur la qualité du trou. Si les copeaux traînent ou se tassent dans les goujures, la finition du trou sera médiocre. Il est important de remarquer tout changement dans la formation des copeaux, non seulement pour la durée de vie de l'outil et la qualité du trou, mais aussi pour le succès global de l'application.
 
Une meilleure connaissance des copeaux formés dans toute application de coupe des métaux permet aux opérateurs de mieux contrôler le résultat et la réussite des opérations de perçage. S'il est nécessaire d'examiner la taille, la forme et l'épaisseur des copeaux, il est tout aussi important de savoir comment le lubrifiant, la sélection des outils et les changements dans la formation des copeaux sont liés à l'application. Il faut donc examiner les copeaux créés et les décomposer, copeau par copeau, car la formation et l'évacuation correctes des copeaux sont nécessaires à la réussite d'un perçage de haute production.

 


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