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Outils de tournage CNC : Le guide de sélection complet
Pour usiner des roues de manière rentable, vous avez besoin d'une grande précision et d'une grande vitesse. Ce guide vous aide à choisir les bons outils CNC pour les grands diamètres et les coupes interrompues. Vous apprendrez à sélectionner les qualités et les géométries de plaquettes qui réduisent le coût par meule.
Quels sont les outils de coupe nécessaires pour le tournage de roues à commande numérique ?
Le tournage de roues est différent du travail de tour standard car il s'agit de grands diamètres et de matériaux mixtes. La plupart des roues de voitures particulières ont un diamètre compris entre 380 et 560 mm. Par conséquent, votre outil parcourt une très longue distance chaque fois que la pièce tourne.
Vous n'avez pas besoin d'une centaine d'outils différents. La plupart des travaux sur les roues nécessitent cinq types d'outils spécifiques. Il s'agit des outils suivants
- Plaquettes de tournage
- Barres d'alésage
- Outils de rainurage
- Inserts de filetage
- outils PCD
- Plaquettes CBN
Vous devez adopter une stratégie d'outillage spécifique, car la chaleur s'accumule beaucoup plus rapidement sur ces grandes pièces.
Stratégie d'outillage pour le décolletage
Les grandes roues en aluminium ou en acier créent des forces centrifuges importantes. Si vous utilisez des outils standard, vous serez confronté à des vibrations. La raison en est que les roues ont des parois minces et des formes complexes.
Vous devez tenir compte des coupes interrompues lorsque l'outil passe sur un rayon ou un trou de boulon. Ces interruptions peuvent briser instantanément un insert fragile. Par exemple, une roue avec cinq trous de boulons crée 2 500 impacts par minute si vous roulez à 500 tours/minute.
Comment lire un travail de décolletage avant de choisir un outil ?
Avant de choisir un outil, vérifiez la dureté du matériau. S'agit-il d'aluminium moulé ou d'acier forgé ? Examinez le dessin pour vérifier si l'alésage central présente des tolérances serrées.
Même un petit faux-rond de 0,03 mm peut faire vibrer le véhicule à grande vitesse. Vous devez identifier l'emplacement des coupes interrompues. Si vous ne tenez pas compte de ces détails, vous choisirez une plaquette qui s'usera trop vite.
5 types d'outils de tournage de roues CNC importants
Quelle est la fonction de chaque outil de tournage de roue ? Comprenez-le et vous ne gaspillerez pas d'argent en achetant le mauvais équipement.
Plaquettes de tournage
Vous utilisez plaquettes de tournage pour enlever la plus grande partie du matériau du diamètre extérieur et de la face de la roue. Dans ce cas, vous avez besoin d'inserts capables de supporter une chaleur élevée et une friction constante.
Barres d'alésage
L'alésage du moyeu est la partie la plus critique de la roue en termes de sécurité. Il doit être parfaitement centré. Comme l'alésage est profond, vous avez besoin d'un support rigide. barre d'alésage. Si la barre est trop fine, elle fléchira. C'est pourquoi le rapport longueur/diamètre doit être inférieur à 4:1.
L'utilisation d'une barre d'acier trop longue entraînera un broutage. Utilisez des avances de finition comprises entre 0,05 mm et 0,1 mm par tour pour maintenir l'alésage lisse.
Outils de rainurage
Sur la portée du talon, le pneu rencontre la roue. Elle nécessite un profil spécifique. Vous utilisez outils de rainurage pour couper ces canaux étroits. Le problème est que les copeaux peuvent rester coincés dans ces espaces étroits. Vous devez donc choisir un outil offrant un bon contrôle des copeaux.
Pour les gorges des anneaux d'arrêt, il faut une tolérance de plus ou moins 0,05 mm. Je suggère d'utiliser des plaquettes rectifiées car elles sont plus précises que les plaquettes frittées.
Inserts de filetage
Certaines roues nécessitent des trous filetés pour les tiges de valve ou les boulons décoratifs. Pour ce faire, vous devez utiliser des inserts de filetage spécialisés. La précision est essentielle, car un mauvais filetage signifie que la roue ne peut pas retenir l'air. Il est conseillé d'utiliser des inserts à profil plein pour s'assurer que la racine du filet est solide.
Outils PCD
Les outils en diamant polycristallin sont importants pour obtenir une coupe de diamant brillante. Le PCD est beaucoup plus dur que le carbure. Il offre donc une surface brillante et réfléchissante. Il peut conserver longtemps un état de surface (Ra) compris entre 0,2 et 0,4 micron. Vous constaterez qu'un Plaquette PCD peut usiner 3 000 à 5 000 roues avant de devoir être réparée.
Plaquettes CBN
Plaquettes CBN ne sont normalement pas utilisés pour l'usinage des roues en aluminium. Elles sont principalement utilisées pour le tournage dur de l'acier trempé, de la fonte ou d'autres pièces ferreuses abrasives liées à la meule. Lorsque la dureté de la pièce est élevée, les plaquettes en carbure conventionnelles peuvent s'user rapidement ou ne pas maintenir un état de surface stable.
Pour les roues en acier trempé ou les composants de roues trempées, les plaquettes CBN peuvent offrir une meilleure résistance à l'usure, une meilleure résistance à la chaleur et une meilleure stabilité dimensionnelle pendant la finition. Cependant, le CBN ne doit pas être considéré comme un outil de tournage universel. Pour les roues en alliage d'aluminium, les outils PCD ou les plaquettes en carbure polies sont généralement plus appropriés.
Quelle qualité de plaquette devriez-vous choisir pour le matériau de votre roue ?
Tableau comparatif des nuances de plaquettes de tournage de roues CNC
Catégorie de matériaux | Qualité d'insertion recommandée | Type et épaisseur du revêtement |
Alliage d'aluminium (par exemple, A356, A357) | Classe N | Pas de revêtement ni de DLC |
Aluminium à haute teneur en silicium (>12% Si) | Classe N (TOC) | N/A |
Fonte | K-Grade (revêtement CVD ou carbure K10) | CVD (10-20 microns) |
Acier / Acier forgé | Classe P | PVD (2-5 microns) ou CVD |
Acier trempé (>45 HRC) | Grade H (CBN) | N/A |
Le choix du matériau détermine la qualité de la plaquette. Si vous utilisez la mauvaise qualité, l'outil fondra ou se brisera.
Jantes en alliage d'aluminium
La plupart des roues en aluminium contiennent environ 7 % de silicium. Ce matériau est souple, mais il adhère aux outils. C'est ce qu'on appelle un bord construit. Le carbure non revêtu est très tranchant, ce qui permet de couper l'aluminium.
Mais pour la production en grande série, le PCD est préférable. Il ne réagit pas avec l'aluminium, de sorte que le métal ne colle pas à l'outil.
Aluminium à haute teneur en silicium (A380 / A390)
Les alliages comme l'A380 ont des taux de silicium supérieurs à 12 %. Ce silicium est comme du sable. Il est très abrasif. Si vous utilisez du carbure standard sur des meules à forte teneur en silicium, l'outil s'émoussera en quelques minutes.
La raison en est que le silicium agit comme une meule. Le PCD est le seul matériau suffisamment dur pour résister à cette abrasion. Il dure 20 à 50 fois plus longtemps que le carbure dans ces conditions.
Ebauches de roues en fonte
La fonte est fragile et produit des copeaux poussiéreux. Elle génère beaucoup de chaleur. Il est préférable d'utiliser des plaquettes revêtues par CVD car le revêtement est épais, généralement entre 10 et 20 microns. Ces revêtements agissent comme un bouclier thermique. Vous pouvez utiliser de la fonte grise à des vitesses comprises entre 200 et 350 m/min.
Jantes en acier et jantes forgées
L'acier forgé est très résistant. Vous avez besoin d'un insert qui soit résistant pour ne pas s'écailler, mais aussi dur pour ne pas s'user. Il est préférable d'utiliser des revêtements PVD car ils sont plus fins, généralement de 2 à 5 microns, et très résistants. Les experts recommandent des vitesses comprises entre 150 et 250 m/min pour l'acier forgé.
Tableau de comparaison des qualités de plaquettes par rapport aux matériaux
Matériau | Niveau recommandé | Technologie de revêtement | Gamme de vitesse (m/min) |
Alliage d'aluminium (A356/A357) | Classe N | Non revêtu / poli | 300 - 500 |
Aluminium à haute teneur en silicium (>12% Si) | PCD | N/A | 500 - 1,500 |
Fonte (Gray/Ductile) | K-Grade | CVD (10-20 microns) | 150 - 350 |
Acier forgé | Classe P (P10 - P25) | PVD (2-5 microns) | 150 - 250 |
Acier trempé (>45 HRC) | Qualité H (CBN) | N/A | Variable (chaleur élevée) |
Guide de géométrie des plaquettes pour les tours CNC
La géométrie est la forme de l'outil. Elle détermine la façon dont l'outil pénètre dans le métal et la façon dont les déchets métalliques en sortent.
Forme de l'insert - CNMG vs DNMG vs WNMG
- CNMG : Il s'agit d'une forme de diamant à 80 degrés. Elle est très résistante et idéale pour le dégrossissage.
- DNMG : Il s'agit d'un diamant à 55 degrés. Il est plus fin. Il est utilisé pour pénétrer dans les angles serrés où un CNMG ne peut pas s'insérer.
- WNMG : Il possède six arêtes de coupe. Il est très économique car vous obtenez plus de tranchants pour votre argent.
Angles d'inclinaison et de détente
L'aluminium a besoin d'une inclinaison positive. Cela signifie que l'outil est comme un couteau tranchant. Pour l'aluminium, vous devez utiliser des angles de dépouille compris entre 11 et 15 degrés. La fonte a besoin d'une inclinaison négative. Cela signifie que le bord est émoussé et solide. Pour ces métaux durs, les angles de dépouille doivent être compris entre 7 et 11 degrés.
Sélection du brise-copeaux
L'aluminium produit souvent des copeaux longs et filandreux. Ceux-ci peuvent s'enrouler autour de la roue et la rayer. Vous avez besoin d'un brise-copeaux qui courbe le métal jusqu'à ce qu'il se casse. Mais le problème est que les brise-copeaux ne fonctionnent que si votre vitesse d'avance est correcte. Consultez toujours le guide du fabricant pour connaître la bonne plage d'alimentation.
Rayon de l'angle
Un rayon d'angle important renforce l'outil. Pour l'ébauche près des trous de boulons, utilisez un rayon compris entre 0,8 mm et 1,2 mm. Pour la finition de la face de la roue, un rayon de 0,4 mm à 0,8 mm est préférable. Si vous utilisez une barre d'alésage, le rayon doit être faible, de l'ordre de 0,2 mm, pour éviter les vibrations.
Inserts d'essuie-glace
Les plaquettes d'essuyage ont une zone plate sur le bord. Cela permet d'essuyer la surface lorsque l'outil se déplace. Vous pouvez utiliser une vitesse d'avance de 0,2 mm à 0,3 mm par tour et obtenir une finition parfaite. C'est beaucoup plus rapide que l'avance de 0,05 mm nécessaire avec une plaquette standard.
CVD vs. PVD vs. Carbure non revêtu
Les revêtements sont des couches minces sur l'outil qui en améliorent les performances.
CVD (TiCN / Al2O3)
Les revêtements CVD sont appliqués à des températures très élevées. Cela permet d'obtenir une couche épaisse qui reste dure même lorsque l'outil est brûlant. En raison de son épaisseur, c'est le meilleur choix pour le tournage de la fonte à grande vitesse.
PVD
Revêtements PVD sont plus minces. Grâce à cette finesse, le tranchant de l'outil reste très affûté. Utilisez le PVD lorsque vous devez couper de l'acier ou lorsque l'outil doit supporter de nombreux petits impacts sans s'ébrécher.
Carbure non revêtu et PCD
Pour l'aluminium, un revêtement peut parfois rendre l'arête plus terne. Les outils non revêtus ou les PCD offrent l'arête la plus tranchante possible. La raison en est que l'aluminium n'adhère pas aussi facilement à ces surfaces. Pour les ateliers qui fabriquent plus de 1 000 roues par mois, le PCD sera toujours l'option la plus économique à long terme.
5 problèmes courants liés aux outils de tournage de roues et leurs solutions
Même avec les meilleurs outils, des problèmes surviennent. Voici comment les résoudre.
Bords renforcés (BUE) sur les jantes en aluminium
BUE se produit lorsque l'aluminium fond sur la pointe de l'outil. La raison en est généralement une faible vitesse de coupe. Pour y remédier, vous devez augmenter votre vitesse au-delà de 400 m/min. Utilisez également un outil dont la surface supérieure est très affûtée et polie.
Éclats de l'insert sur les coupes interrompues
Si votre plaquette s'ébrèche, c'est qu'elle est probablement trop fragile. Vous devriez passer à une qualité plus résistante. Essayez également de réduire votre vitesse de coupe de 20 à 30 % lorsque l'outil passe sur les trous de boulons. Vous réduirez ainsi la force de l'impact.
Mauvais état de surface des faces taillées au diamant
Si la finition est terne, l'arête du PCD est probablement usée. Il se peut que vous ne voyiez pas l'usure à l'œil nu ; utilisez donc un microscope. Si l'outil est en bon état, vérifiez le faux-rond de votre machine. Même un faux-rond de 0,005 mm dans la broche peut ruiner la finition.
Usure rapide des outils sur l'aluminium à haute teneur en silicium
Si votre plaquettes en carbure s'usent après seulement 30 ou 50 meules, le matériau est trop abrasif. Vous découpez probablement un alliage à forte teneur en silicium. La seule solution est de passer au PCD. Vous verrez que la durée de vie de l'outil passera de 50 meules à plus de 2 000 meules.
Bruit de frottement lors du tournage de l'alésage de la roue
Le bavardage ressemble à un cri aigu. Il se produit lorsque la barre d'ennui est trop longue. La règle est de garder la barre aussi courte que possible. Si le bavardage ne s'arrête pas, vérifiez si le porte-outil est desserré. Un porte-outil mal fixé provoque toujours des vibrations.
Comment réduire le coût par roue ?
Le profit vient de l'efficacité. Voici comment économiser de l'argent.
Optimiser la vitesse de coupe et l'avance
Vous pouvez utiliser le PCD à des vitesses très élevées, entre 800 et 1 500 m/min. Pour le carbure non revêtu sur l'aluminium, restez entre 300 et 500 m/min. Si vous trouvez la bonne vitesse, vous pouvez doubler la durée de vie de votre outil. Cela signifie que vous achèterez moins de plaquettes au fil du temps.
Stratégie d'arrosage pour le tournage des roues
L'aluminium se coupe souvent mieux à l'air ou avec très peu d'huile. En effet, un excès de liquide de refroidissement peut faire coller davantage l'aluminium à l'outil. Pour l'acier, vous devez utiliser un mélange de 10 % de liquide de refroidissement pour maintenir la pièce froide et lubrifiée.
Reconditionnement d'outils PCD
Ne jetez pas les outils PCD émoussés. Vous pouvez les envoyer à l'affûtage. Cette opération ne coûte que 30 à 40 % du prix d'un outil neuf. Vous pouvez le faire 3 ou 5 fois avant que l'outil ne soit terminé. La CPD est donc très abordable.
Quand indexer ou remplacer ?
Regardez le côté de l'outil. Si vous voyez une bande lisse et usée, il est temps de tourner l'insert vers un nouveau coin. En revanche, si la partie supérieure de l'outil présente un cratère profond, votre vitesse est trop élevée. Par conséquent, vous devez régler la vitesse avant d'utiliser un nouvel outil.
Conclusion
Pour choisir les bons outils de tournage CNC, il faut adapter la nuance à votre matériau et la géométrie à la forme de votre pièce. Vous devez donner la priorité à la rigidité et au contrôle des copeaux. En suivant ces étapes, vous produirez de meilleures roues en moins de temps et réduirez vos coûts totaux d'outillage.
FAQ
Quel est le meilleur outil de coupe pour l'usinage des jantes en alliage d'aluminium ?
Je recommande le carbure non revêtu pour l'ébauche et le PCD pour la finition. Le PCD maintient la surface très lisse et dure beaucoup plus longtemps que n'importe quel autre matériau sur l'aluminium.
Puis-je utiliser les mêmes plaquettes en carbure pour les ébauches de roues en aluminium et en fonte ?
Non, vous ne pouvez pas. L'aluminium a besoin d'un bord très tranchant et positif. La fonte a besoin d'un bord émoussé et négatif avec un revêtement épais. Si vous les mélangez, vous obtiendrez des outils de mauvaise qualité et cassés.
Pourquoi mes plaquettes continuent-elles à s'ébrécher lorsque je tourne des roues avec des trous de boulon ?
Les trous des boulons provoquent un impact important chaque fois que l'outil passe devant eux. Vous devez utiliser une qualité de carbure plus résistante et un rayon d'angle plus grand pour supporter ces impacts.
Combien de roues une plaquette PCD peut-elle usiner avant de devoir être réparée ?
Pour l'aluminium standard, vous pouvez compter sur 3 000 à 5 000 roues. Sur l'aluminium à haute teneur en silicium, le nombre de meules peut être plus proche de 2 000. C'est toujours beaucoup mieux que le carbure.
Quelle est la meilleure forme de plaquette pour tourner à la fois le diamètre extérieur et la face d'une roue en une seule opération ?
Le CNMG est le meilleur choix pour la plupart des travaux. Si vous avez des coins très serrés, vous devrez peut-être passer à un DNMG pour ces zones spécifiques.
