C AS DES ACTIONS MECANIQUES EN FRAISAGE

Afin de vérifier les observations faites en tournage orthogonal, des essais de fraisage ont été entrepris avec comme cahier des charges de se rapprocher le plus possible de la coupe orthogonale (figure 5-24). Pour cela, une fraise 2 tailles en ASP 2052 a été conçue avec un angle normal de coupe γn = 0° et une angle d’inclinaison de goujure λs = 0° (hélice droite). La

fabrication des fraises a été sous-traitée à la société Vergnano (Italie). Les fraises ont ensuite été sablées et revêtues dans les mêmes conditions que les autres outils utilisés (plaquettes, fraises- mères, etc.).

Matière usinée

Les essais ont été réalisés sur des blocs en 27 Mn Cr 5 à HB 200, issus du même lot de matière que les essais de fraisage décrits dans le chapitre 4.

Fig. 5-24 : Description de la fraise 2 tailles

Machine utilisée

Les essais ont été réalisés sur le centre d’usinage Gambin 120CR de l’ENSAM de Cluny. Mesures d’efforts

Les efforts ont été mesurés à l’aide d’une table dynamométrique Kistler à 3 composantes. Celle-ci a été bridée sur la table de la machine afin d’obtenir les composantes X, Y et Z des efforts (Figure 5-25).

Les composantes radiales Fn et tangentielles Ft sont

calculées par rapport aux composantes Fx, Fy

mesurées :

Ft = Fy*cosθ - Fx*sinθ (5-3)

Fn = Fx*cosθ + Fy*sinθ (5-4)

avec θ = (1000 * Vc * t) / (30*D) en radian (5-5)

t = temps d’usinage en seconde, D : diamètre de fraise en mm

Conditions d’essai

Les conditions de coupe retenues pour ces essais doivent permettre de se situer dans le domaine de fonctionnement (au sens de la norme du Coupe Outil-Matière). Cela signifie que les conditions de coupe choisies se situent dans un domaine stable de fonctionnement et conduisent à une usure maîtrisée en dépouille.

L’engagement radial ap = 4 mm, et l’engagement axial ae = 4 mm ont été figés. Cela permet de

s’assurer qu’il n’y a jamais plus d’une dent en prise, sans quoi il ne serait pas possible de dissocier les composantes relatives à chacune des dents.

Une plage de vitesse de coupe et d’avance seront balayées pour évaluer le comportement des différents revêtements à diverses conditions de coupe.

Résultats obtenus

Les mesures d’efforts ont été converties en énergie spécifique de coupe Wc, correspondant à la

quantité d’énergie nécessaire pour enlever 1 mm3 _{de matière (équation 5-6). Cette grandeur est} caractéristique de la difficulté d’écoulement de la matière sur la face de coupe de l’outil. Elle se détermine par le calcul de la force tangentielle moyenne Ftmoy comme suit :

Fig. 5-25 : Répartition des composantes

e p f c moy c a a V V Ft W . . . . 1000 = (W.min/cm3_{) (5-6)}

avec : Ftmoy : effort tangentiel moyen (N)

Vc : vitesse de coupe (m/s)

Vf : vitesse d’avance (mm/min) = 1000.Vc.fz/πD

ap : engagement radial (mm)

ae : engagement axial (mm)

Les figures 5-26 et 5-27 présentent les valeurs moyennes de Wc (sur 3 essais) en fonction de la

vitesse de coupe et de l’avance (attention aux échelles verticales).

30 35 40 45 50 55 60 65 0 50 100 150 200

Vitesse de coupe, Vc [m/min]

Energie spécifique de coupe,

Wc [W.min/cm3]

TiN

Non Revêtue (Ti,Al)N (Ti,Al)N+MoS2

Fig. 5-26 : Evolution de l’énergie spécifique de coupe avec la vitesse de coupe.

L’observation de la figure 5-26 permet de voir que les outils présentent une augmentation rapide de l’énergie spécifique de coupe en dessous de 100 m/min. Cette vitesse correspond à la vitesse de coupe minimum conduisant à d’importants phénomènes d’adhésion. Dans le cas des outils revêtus TiN et (Ti,Al)N, cette rupture de pente de la courbe n’est pas très nette. On observe plutôt une croissance lente en allant vers les basses vitesses de coupe. Dans le cas de (Ti,Al)N+MoS2, les valeurs reportées ont été réalisées avec des outils neufs. Dans ce cas, on observe une nette différence de l’énergie spécifique aux basses vitesses de coupe. Par contre, dès lors que l’on utilise des outils ayant usiné quelques centaines de secondes ou si l’on se rapproche des grandes vitesses de coupe, il n’est plus possible de discerner de différences de comportement avec les autres outils revêtus.

Matière usinée 27 Mn Cr 5 – HB 200 Outil de coupe Fraise 2 tailles γn = 0° - λs = 0° Substrat ASP2052 Conditions de coupe f = 0.2 mm/tr ap = 4 mm ae = 4 mm Mode avalant à sec

Au delà de la vitesse de coupe minimum, les fraises non revêtues ne présentent pas de différences très significatives par rapport aux autres outils revêtus. Par contre, les essais n’ont pu être menés au delà de Vc = 120 m/min avec les fraises non revêtues et revêtues TiN, car ces dernières

s’usaient instantanément. 30 35 40 45 50 55 60 65 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Avance fz [mm/tr.dt]

Energie spécifique de coupe,

Wc [W.min/cm3]

TiN

Non Revêtue (Ti,Al)N (Ti,Al)N+MoS2

Fig. 5-27 : Evolution de l’énergie spécifique de coupe en fonction de l’avance.

Pour ce qui concerne l’analyse de la figure 5-27 en fonction de l’avance, on observe une décroissance classique de l’énergie spécifique de coupe en fonction de l’avance. Les fraises non revêtues présentent une énergie spécifique identique aux outils revêtus pour les fortes avances (fortes épaisseurs de coupe). Par contre, il existe une avance minimale entraînant une hausse importante de l’énergie spécifique (épaisseur de copeau minimum) due à des adhésions importantes. Dans le cas des outils revêtus, aucune différence notable n’a pu être détectée entre les revêtements.

Il apparaît ainsi que des écarts de comportement peuvent être observés aux basses vitesses de coupe entre d’un côté les outils non revêtus et de l’autre les outils revêtus. A hautes vitesses de coupe, ces différences disparaissent. Dans ce domaine, les méthodes de mesure des efforts en fraisage ne permettent pas de discerner les faibles écarts observés en tournage.

Remarque : L’équivalent du coefficient d’écoulement en tournage se dénomme l’Angle Equivalent Radiant (AER) représenté sur la figure 5-25. Cette valeur est délicate à évaluer car elle varie au cours d’un passage de dent. De faibles variations ne sont pas aisément détectables par ce biais. Il n’a donc pas été possible d’utiliser cette grandeur.

Remarque : la corrélation de ces observations avec les autres séries d’investigations sera réalisée à la fin de ce chapitre. Matière usinée 27 Mn Cr 5 – HB 200 Outil de coupe Fraise 2 tailles γn = 0° - λs = 0° Substrat ASP2052 Conditions de coupe Vc = 100 m/min ap = 4 mm ae = 4 mm Mode avalant à sec