Nombre de cannelures d'une fraise en bout : comment choisir entre 2, 3, 4 cannelures ou plus ?

Choisissez le nombre de cannelures de la fraise en fonction du volume de copeaux et de l'engagement, avant de vous baser sur les méthodes traditionnelles. Un nombre réduit de cannelures laisse des creux plus larges pour l'évacuation des copeaux. Un nombre plus élevé de cannelures permet généralement d'avoir un noyau plus large et d'augmenter le nombre d'arêtes de coupe par tour, mais chaque cannelure dispose alors de moins d'espace pour les copeaux. C’est pourquoi les fraises à deux ou trois cannelures conviennent souvent à l’usinage de métaux non ferreux générant des copeaux volumineux, celles à quatre cannelures constituent un point de départ courant pour les métaux ferreux, et celles à cinq cannelures ou plus peuvent exceller dans les opérations à faible engagement radial ou de finition — lorsque la machine et le système d’évacuation sont adaptés.

Ces chiffres correspondent à des familles de produits, et non à des normes. Un outil moderne à cinq cannelures destiné spécifiquement à l'aluminium et un outil polyvalent à cinq cannelures en acier peuvent présenter le même nombre de cannelures tout en différant par leur hélice, leur noyau, leur revêtement, la forme de leurs cannelures et leur application prévue.

Le compromis essentiel : surface de la puce contre nombre de cœurs

Les rainures sont les creux hélicoïdaux et les arêtes de coupe qui se forment et évacuent les copeaux. Pour un diamètre d'outil donné, l'ajout de rainures mobilise généralement de la circonférence et de la section transversale qui, sans cela, pourraient servir à creuser un creux de rainure plus profond. Il en résulte généralement :

• moins de cannelures : plus d'espace pour chaque copeau, un noyau plus petit et moins d'engrènement par tour ;
• plus de cannelures : moins d'espace par copeau, un noyau plus grand et davantage d'engrènement par tour.

Des creux de cannelures plus larges sont utiles lorsque l'opération génère des copeaux épais ou volumineux, lorsque la fraise est enfoncée profondément, ou lorsque le liquide de refroidissement et l'air ont du mal à évacuer la zone de coupe. Un noyau plus épais peut améliorer la résistance de l’outil et sa résistance à la flexion, en particulier dans les matériaux plus durs ou dans des conditions de grande portée. Un nombre accru d’arêtes de coupe permet également d’augmenter l’avance de la table pour une même avance par dent, mais uniquement si la puissance, le contrôle, l’évacuation des copeaux et les données précises de l’outil le permettent.

Le nombre de flûtes a donc plusieurs conséquences à la fois. Il ne s'agit pas simplement d'un indicateur de productivité.

Les points forts des flûtes à 2, 3, 4 et 5 cannes ou plus

Deux rainures : espace maximal pour les copeaux

Fraises à queue à 2 cannelures Consacrer une grande partie de la section transversale de l'outil aux creux des cannelures. Ceux-ci constituent un point de départ naturel pour le rainurage, les opérations de plongée et les matériaux tendres ou collants qui génèrent de gros copeaux.

La conception traditionnelle de la règle en aluminium à deux cannelures découle de cette exigence en matière d'espace de décharge des copeaux, et non pas uniquement de la composition chimique de l'aluminium. Dans une rainure pleine, les deux faces de la fraise sont en contact avec la pièce et les copeaux disposent de voies d'évacuation limitées. Des vallées ouvertes et un apport important d'air ou de liquide de refroidissement peuvent s'avérer plus déterminants que l'ajout d'une arête supplémentaire.

En contrepartie, ces outils présentent moins d'arêtes de coupe et, dans de nombreuses conceptions, un noyau plus petit que celui d'un outil comparable à plus de cannelures. Cela peut limiter l'avance sur la table, la rigidité ou le rendement en finition lors d'opérations à faible engagement.

Trois cannelures : équilibre des métaux non ferreux

Fraises à queue à 3 dents Elles permettent souvent de combler l'écart entre l'espacement des copeaux d'une fraise à deux cannelures et la fréquence des dents d'une fraise à quatre cannelures. Elles sont couramment utilisées pour le fraisage latéral de l'aluminium et peuvent également servir au rainurage lorsque leur géométrie spécifique laisse un volume de cannelure suffisant.

La troisième arête peut augmenter l'avance potentielle de la table pour une avance par dent et un régime fixes, tandis qu'une conception à trois cannelures spécifique au matériau peut préserver davantage d'espace d'évacuation des copeaux qu'un outil à quatre cannelures à usage général. Ne partez pas du principe que toutes les fraises à trois cannelures sont spécifiques à l'aluminium. Vérifiez l'hélice, le polissage, le revêtement, la géométrie de coupe centrale et les limites d'engagement indiquées par le fournisseur.

Les outils à trois cannelures sont particulièrement utiles lorsque, d'une part, un outil à deux cannelures assure un évacuation fiable des copeaux mais que le processus nécessite une fréquence de denture plus élevée, et, d'autre part, lorsqu'un outil à quatre cannelures provoque un bourrage des copeaux ou exige une avance de la machine supérieure à celle que la commande est capable de fournir de manière fluide.

Quatre cannelures : résistance et charpente métallique en général

Fraises à queue à 4 dents constituent un point de départ courant pour les aciers et de nombreuses opérations générales de fraisage latéral. Par rapport à un outil à rainure inférieure de conception similaire, le noyau plus large et les arêtes supplémentaires permettent d'améliorer la résistance, la répartition de l'usure et l'avance productive dans les matériaux qui produisent des copeaux plus petits dans les conditions de coupe prévues.

Le fait qu’une fraise comporte quatre cannelures ne signifie pas automatiquement qu’elle est “ destinée à l’acier ”, et cela ne signifie pas non plus qu’elle ne fonctionnera pas avec l’aluminium. La question essentielle est de savoir si les creux des cannelures, leur géométrie et l’évacuation des copeaux sont adaptés au volume de copeaux produit. Un outil à quatre cannelures pour l’aluminium, conçu pour un engagement radial faible, est très différent d’une fraise à quatre cannelures à usage général enfoncée dans une fente sur toute sa largeur.

Pour la finition, les arêtes supplémentaires peuvent améliorer la fréquence de denture et permettre une avance productive, chaque arête enlevant une petite quantité de matière. Le réglage doit toutefois permettre de contrôler le faux-rond ; sinon, une seule goujure risque d'effectuer une plus grande partie du travail et le nombre théorique d'arêtes ne sera pas réparti de manière uniforme.

Cinq ou plus : la productivité dans le cadre d'un engagement contrôlé

Les outils à grand nombre de dents comportent de nombreuses arêtes de coupe et un noyau robuste, mais offrent un espace réduit entre chaque dent. Leur utilisation est particulièrement indiquée lorsque l'engagement radial et l'épaisseur des copeaux sont maîtrisés, que les copeaux sont suffisamment petits pour être évacués et que la machine est capable d'assurer l'avance requise.

Ce modèle convient aux applications de fraisage latéral à haut rendement, de finition et de usinage de matériaux plus durs. Il convient également aux outils spécialisés pour l’aluminium à grand nombre de cannelures ; c’est pourquoi l’idée selon laquelle “ un grand nombre de cannelures est réservé à l’acier ” est désormais dépassée. La conception doit être évaluée dans son ensemble, en tant qu’outil complet.

Un nombre trop élevé de dents peut s'avérer contre-productif dans une rainure, lors d'un enlèvement de matière à grande largeur ou dans toute opération où les copeaux s'accumulent plus vite qu'ils ne sont évacués. Dès lors que les copeaux se recoupent ou se soudent, une fréquence de denture plus élevée n'est plus synonyme de gain de productivité.

Autoriser l'opération à passer outre la règle relative au matériau

Commencez par susciter l'intérêt.

La rainure pleine est le cas le plus exigeant en termes d'espace pour les copeaux. Privilégiez un outil dont le volume des goujures et la capacité de coupe centrale sont explicitement adaptés à cette opération. La réduction du nombre de goujures est souvent la première piste à explorer.

Il convient de vérifier l'évacuation des copeaux sur toute la longueur de la rainure, et pas seulement au niveau de l'entrée. Les parois profondes peuvent retenir des copeaux qui s'évacuaient facilement lors d'un essai sur une rainure peu profonde, et les copeaux issus de la réusinage occupent les mêmes creux limités que la matière nouvellement formée.

L'ébauche lourde génère également un volume important de copeaux. Un nombre réduit de goujures peut s'avérer utile, même dans l'acier, si l'alternative entraîne un entassement des copeaux. La géométrie d'ébauche, les brise-copeaux et l'alimentation en liquide de refroidissement peuvent avoir autant d'importance que le nombre de goujures.

Le fraisage latéral à engagement radial réduit modifie l'équilibre. Des copeaux fins et un côté ouvert peuvent laisser de la place pour davantage de cannelures, ce qui permet d'augmenter la fréquence des dents et d'obtenir un noyau plus résistant. Ne reproduisez pas l'avance d'un outil comportant moins de cannelures ; respectez scrupuleusement les recommandations relatives à l'engagement et à la charge de copeaux propres à cet outil.

Dans ce cas, l'évacuation des copeaux peut être moins entravée, car la coupe est ouverte d'un côté, mais elle n'est pas automatique. Des rainures longues, des poches profondes et un apport insuffisant d'air ou de liquide de refroidissement peuvent tout de même ramener les copeaux vers la zone de coupe.

L'usinage de finition enlève moins de matière ; l'espace réservé aux copeaux est donc moins susceptible de devenir un facteur limitant. Un nombre plus élevé de cannelures peut améliorer la productivité et la qualité de surface, mais le faux-rond, l'état des arêtes et la résolution d'avance de la machine restent des facteurs limitants.

Quand l'ancienne règle « 2 pour l'aluminium, 4 pour l'acier » ne s'applique plus

Cette ancienne règle reste un aide-mémoire utile, car elle reflète les besoins habituels en matière de taille et de résistance des puces. Elle perd toutefois toute valeur lorsqu'on la considère comme une spécification.

Les fabricants d'outils adaptent désormais l'hélice, le profil du noyau, la forme des goujures, la préparation des arêtes, le revêtement et la forme des gorges à copeaux à des applications spécifiques. Une fraise à aluminium à goujures hautes peut fonctionner avec un engagement radial contrôlé, car elle est conçue en fonction de cet écoulement des copeaux. Une fraise d’ébauche en acier à faible nombre de cannelures peut s’avérer appropriée lorsque des creux profonds et des brise-copeaux sont nécessaires pour un enlèvement de matière important.

Les aspects économiques de la production ont également leur importance. Un atelier produisant quelques pièces seulement peut privilégier un outil polyvalent à trois ou quatre cannelures. Une production à grand volume peut justifier l’utilisation d’une fraise spécialisée, adaptée à une seule passe d’alésage, de paroi ou de dressage. Un cas de production bien connu concernant l’aluminium moulé illustre bien la véritable question : l’atelier ne se contentait pas de choisir entre “ trois et cinq ” ; il s’agissait de trouver un équilibre entre plusieurs opérations, la longueur de coupe, la longueur du porte-outil, la finition et le temps de cycle.

Choisissez en six étapes

1. Définir l'opération et l'engagement. Rainurage, dégrossissage, fraisage latéral ou finition, ainsi que l'engagement radial et axial.

1. Estimer la demande en puces. Tenez compte de la ductilité du matériau, de la taille des copeaux, de la longueur des rainures, de la profondeur de la poche et de la manière dont les copeaux seront évacués. Si l'évacuation des copeaux constitue le risque principal, optez pour des rainures moins nombreuses ou plus ouvertes.

1. Définissez les exigences en matière de résistance. Tenez compte de la dureté du matériau, du diamètre de l'outil, de la saillie, de la rigidité du porte-outil et de la charge intermittente. Si la flexion ou la résistance des arêtes est un facteur déterminant et si l'espace d'évacuation des copeaux est suffisant, envisagez d'utiliser un outil à plus de cannelures ou doté d'un noyau plus résistant.

1. Vérifiez la famille de fraises utilisée. Utilisez le fraise en carbure monobloc page permettant de comparer les différentes gammes. Vérifiez ensuite que la géométrie de la canne, le matériau et l'application correspondent exactement aux caractéristiques techniques du produit.

1. Choisissez la machine adaptée. Vérifiez la vitesse de broche, l'avance disponible, l'accélération, la puissance, le débit de liquide de refroidissement ou d'air, ainsi que le comportement des commandes. Un outil à nombreuses cannelures n'est pas productif si la machine ne peut pas atteindre l'avance de table calculée ou évacuer ses copeaux.

1. Effectuez une découpe d'essai contrôlée. Utilisez les données de démarrage spécifiques à l'outil, observez la formation des copeaux, la charge, le bruit, la chaleur et la finition, puis modifiez une variable à la fois.

Recalculer l'avance lorsque le nombre de cannelures change

L'avance de la table est liée à l'avance par dent, au nombre de cannelures et au régime (tr/min) :

Avance de la table = avance par dent × nombre effectif de cannelures × tr/min

Si un outil à deux cannelures et un outil à quatre cannelures tournent à la même vitesse de rotation et avec la même avance par dent, le calcul pour l'outil à quatre cannelures nécessite une avance de table deux fois plus élevée. En conservant l'avance de table inchangée, l'avance par dent serait réduite de moitié. Cela peut faire basculer l'arête de coupe vers un frottement plutôt que de permettre une version prudente de la même coupe.

Cette relation ne justifie pas de doubler l'avance sans discernement. L'avance cible par dent, le nombre de dents utilisables, le taux d'engrènement et la vitesse doivent être déterminés en fonction de l'outil et de l'opération concernés. La machine doit également être capable d'exécuter cette commande.

Découvrez les signes indiquant un mauvais choix de nombre de flûtes

L'accumulation de copeaux, la réusinage, la présence de matière soudée ou l'élévation de la température peuvent indiquer un espace insuffisant entre les goujures, une mauvaise évacuation des copeaux ou un engagement excessif. Avant de modifier tout le reste, envisagez d'utiliser un outil plus ouvert, d'améliorer l'évacuation des copeaux ou de réduire l'engagement.

Des traces de frottement, des arêtes polies ou des traces de surchauffe accompagnées de très petits éclats peuvent indiquer que l'avance par dent est trop faible, notamment après un changement du nombre de cannelures effectué sans recalculer l'avance de la table.

Un bruit de vibration ou une erreur de paroi peut indiquer une résistance du noyau insuffisante, un dépassement excessif, un serrage instable de la pièce ou un engagement qui provoque des vibrations dans l'ensemble. L'ajout de cannelures supplémentaires ne peut être utile que s'il modifie les conditions de rigidité et de charge concernées sans entraîner d'accumulation de copeaux.

Une finition qui ne s'améliore pas malgré un nombre accru de dents peut révéler un faux-rond ou une sollicitation unilatérale. Il convient de mesurer l'ensemble outil-porte-outil plutôt que de partir du principe que le nombre nominal de dents répartit la coupe de manière uniforme.

Une saturation de l'avance de la machine peut empêcher un outil à plusieurs dents d'atteindre la charge de copeaux prévue. Si le système de commande ne peut pas fournir l'avance de table requise, choisissez un ensemble outil/paramètres compatible plutôt que d'utiliser la fraise à plusieurs dents avec une avance insuffisante.

Enregistrer le choix validé

Notez l'identifiant de l'outil, le nombre de dents, le diamètre, la longueur des dents, la géométrie, le revêtement, le matériau, l'opération, le mode d'engagement, la vitesse de rotation, l'avance par dent, l'avance de la table, le mode de refroidissement (liquide ou air) et le résultat de la coupe d'essai. Ces informations sont plus utiles que la simple consigne “ utiliser trois dents pour l'aluminium ”, car elles permettent de conserver les conditions qui ont permis de faire le bon choix.