Usinage de rainurage : processus, types, applications et plus encore

« L'usinage par rainurage produit des caractéristiques géométriques complexes pour un ajustement parfait des pièces, alliant précision et efficacité » 

Tout d'abord, qu'est-ce qu'une rainure ? Il s'agit d'une cavité étroite et longue ou d'évidements sur la pièce. Les rainures sont des éléments géométriques essentiels dans la fabrication, généralement conçus pour s'adapter à des composants secondaires tels que des joints, des joints d'étanchéité, des joints toriques, etc. Par conséquent, usinage de gorges crée des fentes et des rainures pour les jeux d'assemblage, les joints, les raccords ou les fonctionnalités spécifiques.La technologie de rainurage CNC utilise des tours, des centres d'usinage ou d'autres équipements pour créer des rainures en retirant la matière selon un chemin défini. Un fichier d'instructions informatique préchargé contrôle tous les mouvements de l'outil et d'autres systèmes auxiliaires. 

Comprendre le processus, les types, l'outillage et d'autres aspects techniques peut vous aider à prendre de meilleures décisions concernant votre projet d'usinage de rainures. Cet article vous guidera à travers le principe de fonctionnement, les outils, les types et les applications. 

Qu'est-ce que l'usinage de rainurage ?

Il s'agit d'une fabrication soustractive dans laquelle un outil de rainurage L'outil alimente la pièce en rotation et crée une cavité de petite taille (ouverte ou fermée) qui s'étend sur une longueur considérable. La forme de la rainure peut être cylindrique, angulaire, trapézoïdale ou tout autre profil irrégulier. L'outil est fixé au support d'outil, qui peut se déplacer dans plusieurs directions pour façonner la pièce. 

Usinage de rainurage 

L'usinage par rainurage peut être externe ou interne. Si les rainures sont formées sur la surface extérieure, on parle de rainurage externe. En revanche, le rainurage interne concerne la surface interne des sections creuses.

L'importance du rainurage dans la fabrication d'engrenages et de pignons

Le rainurage est une étape cruciale dans la fabrication des engrenages et des pignons. Examinons l'importance du rainurage et son impact sur les performances et l'efficacité de ces composants essentiels dans divers systèmes mécaniques.

1. Performances et efficacité
Les engrenages et les pignons font partie intégrante de divers systèmes mécaniques et leurs performances influencent directement l'efficacité de l'ensemble du système. Le processus de rainurage aide à créer des dents d'engrenage et des espaces de pignon précis qui améliorent l'engrènement, réduisent le bruit et améliorent les performances globales.

2. Précision et exactitude
La fabrication d'engrenages et de pignons exige un degré élevé de précision et d'exactitude. Tout écart dans la taille, la forme ou l'alignement des dents d'engrenage ou des espaces de pignon peut entraîner des inefficacités et une défaillance prématurée. Le rainurage CNC fournit la précision et l'exactitude requises, garantissant une production d'engrenages et de pignons de haute qualité.

3. Versatilité
Le rainurage CNC n'est pas limité par la complexité de la conception ou le type de matériau utilisé. Il peut produire une large gamme d'engrenages et de pignons, des conceptions simples aux conceptions complexes et des matériaux souples aux matériaux durs. Cette polyvalence en fait un choix privilégié pour la fabrication d'engrenages et de pignons.

Types d'opérations de rainurage 

Types d'usinage de rainures 

Il ya plusieurs types de rainures en fonction du profil de la rainure, de la taille, de l'outillage et de l'adéquation de l'application. Utiliser le bon type en fonction des spécifications des rainures dans la conception. Voici quelques CNC fréquemment utilisées opérations de rainurage. 

• Rainurage de force 

Il s'agit de la forme la plus simple d'usinage par rainurage, qui consiste à ouvrir des rainures sur toute la longueur des pièces cylindriques. Les rainures droites permettent de réaliser des diamètres plus importants et des rainures personnalisées à des fins spécifiques. 

• Rainurage du visage 

Comme son nom l'indique, il s'agit de créer des rainures sur la face avant de la pièce en alignant l'outil dans une direction axiale avec la pièce. Les plaquettes de l'outil de rainurage de face peuvent atteindre les zones d'usinage qui seraient autrement difficiles avec d'autres processus de rainurage. 

• Rainurage intérieur et extérieur 

Ces types d'usinage de rainurage sont classés en fonction de la surface d'usinage ; surface de diamètre interne et surface de diamètre externe.

Le rainure interne crée diverses rainures de fentes et de surfaces creuses internes. La pointe de l'outil de rainurage reste légèrement au-dessus de la ligne de l'axe central de la pièce. Par exemple, l'intérieur d'un tube en acier. D'autre part, le rainurage extérieur travaille sur la surface extérieure. Il peut également être réalisé avec l'outillage de fraisage.

Dans les rainures externes et internes, leurs profils peuvent être linéaires, irréguliers, profilés ou de toute forme personnalisée. Ils sont généralement utilisés pour le montage et l'étanchéité. 

• Rainurage de contour

Il s'agit de rainures personnalisées de formes spécifiques plutôt que de rainures linéaires, circulaires, cylindriques ou autres géométries géométriques standard. Fondamentalement, les contours irréguliers complexes. 

• Rainurage axial et angulaire 

Rainurage axial fait référence aux rainures parallèles à l'axe de la pièce, ce qui est courant pour tâtonner sur des surfaces cylindriques, par exemple des rainures de clavette, des arbres, etc. D'autre part, les rainures avec un angle spécifique avec l'axe de la pièce sont appelées rainures angulaires.

Lire la suite: Une comparaison complète des techniques de rainurage et de filetage

Rainurage avec machines CNC

Les machines CNC offrent vitesse, précision et rainurage précis dans divers types de matériaux de pièces. Qu'il s'agisse d'un tour CNC ou d'une fraiseuse, elles automatisent le mouvement de l'outil de rainurage. Comme tout autre processus d'usinage CNC, le logiciel de FAO convertit la conception de la rainure en un fichier contenant des instructions pour les outils et divers autres supports auxiliaires, appelés codes G et M. (Par exemple, G01 : rainure ouverte). Ensuite, la machine suit les instructions et exécute le processus d'usinage de rainurage.

Le rainurage CNC s'adapte à différents outils et peut suivre des parcours d'usinage complexes. Cependant, le choix de l'outil approprié est également crucial, comme pour d'autres techniques. 

Avantages 

• Découpe de rainures uniforme et très précise 
• Faible intervention humaine et coût des ressources humaines réduit
• Les rainureuses CNC peuvent travailler sur une large gamme de matériaux ; métaux, plastiques, composites, etc. 
• Par rapport au rainurage conventionnel, il est rentable sur tous les volumes de production.
• Moins de gaspillage de matière sur la pièce 
• Il permet de réaliser des rainures ou des motifs complexes. 

Comparaison entre le rainurage CNC et le processus de rainurage traditionnel avec divers critères

Lors de l'évaluation des mérites du rainurage CNC par rapport au rainurage traditionnel, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Ceux-ci inclus:

1. ExactitudeLes machines à rainurer à commande numérique offrent une précision et une répétabilité supérieures aux méthodes traditionnelles. Cela signifie que le rainurage à commande numérique permet d'obtenir des tolérances plus serrées et des résultats plus constants, notamment pour la réalisation de rainures complexes ou de formes complexes.
2. SpeedLes machines à rainurer à commande numérique (CNC) permettent d'effectuer les opérations de rainurage beaucoup plus rapidement que les méthodes traditionnelles, grâce à leur automatisation et à leurs outils de coupe de pointe. Il en résulte des gains de temps considérables et une productivité accrue.
3. DéchetsLes machines à rainurer à commande numérique produisent généralement moins de déchets que les méthodes traditionnelles, car elles permettent un enlèvement de matière plus efficace et précis. Il en résulte une réduction des coûts des matériaux et une amélioration de la durabilité.
4. SouplesseLes machines CNC offrent une flexibilité bien supérieure aux méthodes traditionnelles. Grâce à leur fonctionnement informatisé, elles peuvent être facilement programmées pour créer une grande variété de rainures de formes et de dimensions diverses. Ceci permet des applications plus variées et complexes et facilite la prise en compte des commandes personnalisées ou des modifications de conception.
5. SécuritéLe rainurage CNC réduit considérablement le risque d'erreur humaine, source de blessures dans les procédés de rainurage traditionnels. L'opérateur n'a pas besoin d'être aussi près de l'outil de coupe, ce qui améliore encore la sécurité.
6. PrixBien que l'investissement initial dans une machine de rainurage à commande numérique (CNC) puisse être plus élevé que pour les méthodes traditionnelles, les coûts à long terme peuvent être inférieurs. Ceci s'explique par plusieurs facteurs, notamment la réduction des déchets, la vitesse accrue et le besoin moindre de main-d'œuvre.
7. Compétence requiseLes méthodes de rainurage traditionnelles requièrent des opérateurs hautement qualifiés capables de contrôler manuellement le processus. À l'inverse, le rainurage CNC exige des compétences en programmation pour paramétrer la machine, mais une fois le programme lancé, la machine prend le relais.
8. EntretienLes machines à commande numérique (CNC) sont souvent dotées de capacités d'autodiagnostic, ce qui facilite le dépannage et réduit les temps d'arrêt. En revanche, les outils de rainurage traditionnels peuvent nécessiter un entretien et des réglages plus fréquents.

Tableau : Comparaison du rainurage CNC et du procédé de rainurage traditionnel

Matériaux adaptés à l'usinage par rainurage

L'usinage par rainurage CNC permet d'usiner des métaux, des alliages, des thermodurcissables, des composites et des thermoplastiques. Le matériau de l'outil et les variables de la machine diffèrent d'un type de matériau à l'autre. Ils réagissent différemment au mouvement de l'outil en fonction de leurs propriétés.

Métal et alliages 

Les métaux durs comme l'acier à outils, le titane, le nickel et les alliages nécessitent des inserts d'outils de rainurage avec un revêtement dur comme le carbure, le diamant ou le carbure de tungstène. De plus, la vitesse de rainurage est rapide pour les métaux tendres, alors qu'elle est relativement plus lente pour les matériaux de travail durs. 

• Aluminium
• Laiton
• Copper
• Acier et alliages d'acier inoxydable
• Titane
• Alliages de nickel, etc. 

Matières plastiques

Les plastiques sont essentiels à l'usinage car une légère accumulation de chaleur peut affecter la pièce, en particulier lors du rainurage profond. Par conséquent, une vitesse de coupe optimale, un débit de liquide de refroidissement et des considérations sur l'outillage sont des moyens efficaces pour éviter ce problème. 

• Acrylic
• Acrylonitrile Butadiène Styrène (ABS)
• Polycarbonate
• Téflon (PTFE)
• Polyoxyméthylène (POM, Acétal)

Autres matériaux 

Outre les plastiques et les métaux, vous pouvez créer des rainures sur la céramique et les composites. 

• Alumine et Zircone
• Polymère renforcé de fibre de carbone (CFRP) 
• Polymère renforcé de fibre de verre (GFRP) 
• Composites renforcés en Kevlar, etc. 

Conseils d'usinage pour rainurage

Un léger écart dans les paramètres d'usinage des rainures ou un mauvais alignement a un impact significatif sur la précision et la qualité globale de la production. Ainsi, quelques considérations mineures aident à obtenir un fonctionnement fluide et les résultats escomptés.

Concevoir les rainures 

Voici quelques conseils que vous pouvez prendre en compte lors de l’usinage de rainurage ;

Assurer la stabilité de la machine

La stabilité de la machine comprend non seulement une base solide ou un support au sol, mais également un ajustement et une configuration parfaits de chaque composant de la machine afin qu'ils créent un minimum de vibrations pendant le fonctionnement. processus de rainurage.

Force de serrage de la pièce

Une force de serrage plus faible desserre la pièce, tandis qu'une force plus élevée peut entraîner une déformation du matériau. Il est donc essentiel d'utiliser la force de serrage appropriée. En règle générale, la force de serrage est supérieure à la force de coupe.

Force de serrage = 1.5 à 2 x force de coupe, ou Fc ≤F pince ≤ 2Fc

Alignement des outils de rainurage et des pièces à usiner 

Toute erreur d'alignement entre l'outil de rainurage et la pièce à usiner entraîne des imprécisions, des défauts d'outil, de l'usure et des bris. Il est donc important de procéder à un calibrage approprié de leur positionnement et de leur alignement avant l'usinage. 

Sélection de l'outil de rainurage approprié 

Il est également essentiel de choisir le bon outil de rainurage et des inserts en fonction de la forme, de la taille et du profil des rainures. Par conséquent, il doit y avoir une compatibilité entre le matériau de l'outil et le matériau de travail. 

• Outils de séparation
• Fraises à rainurer de diamètre intérieur et extérieur
• Fraises à rainurer à rayon complet, etc. 

Ébauche à alimentation radiale 

Il s'agit d'enlever de grandes quantités de matière et de créer une rainure de forme presque nette avant que le plus fin ne passe à la profondeur finale. Cela se fait en introduisant l'outil radialement dans la pièce. Vous pouvez suivre cette technique si vous avez besoin d'un processus rapide plutôt que d'une haute précision. 

Élimination efficace des copeaux 

En règle générale, il existe deux méthodes pour éliminer les copeaux dans les rainures CNC, qu'ils soient pliés ou roulés. Assurez-vous que les rainures sont plus larges que la longueur des copeaux pour éviter l'accumulation de chaleur. L'utilisation du bon type de liquide de refroidissement permet également de lutter efficacement contre les impacts thermiques.

Un léger écart dans les paramètres d'usinage des rainures ou un mauvais alignement a un impact significatif sur la précision et la qualité globale de la production. Ainsi, quelques considérations mineures aident à obtenir un fonctionnement fluide et les résultats escomptés.

Quelles sont les applications de l’usinage par rainurage ?

Les opérations d'usinage par rainurage sont utilisées dans les éléments d'ajustement précis, le jeu d'assemblage, fabrication d'engrenages, etc. Le tableau ci-dessous présente des exemples d’application ;

Défis et solutions dans l'usinage de rainures CNC

Malgré les nombreux avantages offerts par l'usinage CNC, la création de rainures présente quelques défis. Cependant, avec une planification et une exécution minutieuses, ces défis peuvent être efficacement atténués. Explorons quelques-uns des défis communs et leurs solutions :

Évacuation des copeaux

Lors de l'usinage de rainures, l'évacuation des copeaux peut s'avérer problématique. Faute d'une gestion adéquate, les copeaux peuvent obstruer la rainure, entraînant une usure prématurée ou la rupture de l'outil.

Solution : L'utilisation d'un outil doté d'un brise-copeaux adapté, combinée à une utilisation appropriée du liquide de refroidissement, peut contribuer à une évacuation efficace des copeaux.

Accès aux outils

Selon la profondeur et l'accessibilité de la rainure, la mise en place de l'outil peut être difficile.

Solution : L’utilisation d’outils de rainurage ou de porte-outils spécialisés, conçus pour atteindre des rainures plus profondes ou plus étroites, peut atténuer ce problème.

Finition de surface

L'obtention d'une finition de surface lisse à l'intérieur de la rainure peut être difficile en raison des vibrations ou de la déviation de l'outil.

Solution : Ce problème peut être résolu en optimisant les paramètres d'usinage tels que la vitesse, l'avance et la profondeur de coupe, ainsi qu'en utilisant des outils de haute qualité avec un montage rigide.

Tableau : Défis et solutions de l’usinage de rainures CNC

Qu'est-ce que le rainurage en V CNC ?

Le rainurage en V CNC fait référence à la création de rainures en V au niveau de la position de pliage de la tôle. Il permet de plier sans déformation et d'ajuster le rayon de pliage. Différents forets CNC en V d'angles variables (60, 90, 120°, etc.) sont utilisés dans ce processus. 

Ces rainures en V des tôles épaisses réduisent également la force de pliage et facilitent le positionnement ou l'alignement de la ligne de pliage. Elles sont utilisées dans les pièces décoratives, les panneaux électroniques, le cintrage des boîtiers, les coudes des conduits CVC et d'autres applications similaires. 

Qu'est-ce que le rainurage profond ?

Bien qu'il n'existe pas de définition ou de valeur pour la profondeur des rainures profondes, elle correspond généralement à la moitié de l'épaisseur de la pièce. Si les pièces sont fines (< 1.5 mm), des tours suisses ou des tours sont utilisés pour les rainures profondes, qui peuvent atteindre 0.5 mm de profondeur seulement. 

Pour des rainures profondes précises, il est essentiel de garantir l'accès à l'outil, la vitesse et l'avance correctes, ainsi que de considérer le bon outillage. Dans le cas contraire, cela entraînera une faible planéité du fond de la rainure, une mauvaise finition, une déformation du matériau, des fissures ou même une défaillance. 

résumer

Les rainures sont essentielles pour l'étanchéité, l'assemblage par encliquetage, les canaux et cavités de refroidissement, la fabrication d'engrenages et de nombreuses autres applications. L'utilisation d'outils de rainurage adaptés, les variables d'usinage et la prise en compte du matériau de travail garantissent des opérations de rainurage sans faille et des résultats optimaux. 

De plus, l'expertise des ingénieurs et des opérateurs, les capacités des machines de rainurage et les protocoles de contrôle qualité ont également un impact sur la qualité des rainures usinées. Par conséquent, tenez compte de ces facteurs si vous commandez des composants avec des rainures ou d'autres caractéristiques connexes.

Chez ProleanTech, nous disposons de tours, de tours à rainurer, de rainureuses en V et d'autres machines de pointe avec des installations d'outillage personnalisées. Nos ingénieurs simulent d'abord le processus sur l'ordinateur, puis exécutent le processus avec des paramètres optimaux. Alors, obtenez citations de groove de nous si vous avez besoin de services connexes.

FAQ

Quels sont les outils de rainurage les plus courants dans la pratique ?

En fonction du profil, de la profondeur et d’autres caractéristiques, différents outils sont utilisés pour le rainurage ;

• Outils en carbure monobloc
• Outils pour diamètre intérieur et extérieur
• Outils HSS
• Outils basés sur l'insertion 

La séparation et le rainurage sont-ils similaires ?

Bien qu'ils impliquent tous deux la création de canaux ou de fentes étroits, ils ont des objectifs différents. Le refendage sépare une pièce, tandis que le rainurage crée des fentes ou des canaux spécifiques sur la surface de la pièce à une certaine profondeur. 

Quel est le bon ordre d'opération pour le rainurage CNC ?

L'ordre correct pour le rainurage CNC comprend la configuration de la machine et le serrage de la pièce, le positionnement, l'alignement, l'exécution des codes G et M et la surveillance des passes de l'outil. 

Que signifie le terme « inserts » dans l'usinage de rainurage ? 

Les plaquettes sont des pointes de coupe remplaçables qui s'insèrent dans les porte-outils. Elles sont conçues avec des géométries spécifiques pour découper des rainures dans une pièce.

Quel outil convient aux rainures de grande taille ? 

Les grands inserts inexorables conviennent aux rainures de grande taille en raison de leur meilleur contrôle des copeaux et de leur meilleure dissipation de la chaleur.