Tout traitement de matériau implique la présence de diverses irrégularités et inexactitudes dans le futur produit après son achèvement. Ces imprécisions de traitement dépendent de plusieurs facteurs :
- Écaillage irrégulier du produit lorsqu'il est exposé au couteau pendant la coupe ;
- Erreurs défectueuses sur le couteau lui-même (par exemple, à la suite d'une usure naturelle);
- Échec du contact entre la pièce et l'outil en raison de la déformation générale du système de la machine, conséquence de la force de coupe ou d'une augmentation des indicateurs de température.
L'ensemble des diverses imprécisions, irrégularités, protubérances ou dépressions à la surface du matériau caractérisent l'indice de rugosité global.
L'importance de l'indice de rugosité de surface en génie mécanique
Mesure de la rugosité de surface
La mesure de l'indice de rugosité s'effectue à l'aide de la valeur « micromètre » (µm). En conséquence, plus cet indicateur est petit, moins la surface de la pièce et du futur produit est rugueuse. Cela signifie qu'une valeur Ra inférieure signifie plus de douceur. finition de surface.
Cette caractéristique affecte directement de nombreux paramètres importants du produit : sa résistance, sa résistance à la corrosion et aux produits chimiques, l'indice de frottement de contact, l'esthétique externe du produit, etc.
Les éléments clés principaux et les plus importants de toute machine mécanique sont les soi-disant paires de friction cinématiques. Pendant leur fonctionnement, c'est-à-dire pendant le mouvement des paires, une grande partie de l'énergie est dépensée pour surmonter la force de frottement.
En conséquence, cette énergie est dépensée en chauffage, ce qui entraîne à son tour une dissipation d'énergie inutile, des pertes mécaniques. De plus, le frottement affecte négativement l'état des éléments structurels de la machine.
Pourquoi utilisons-nous des méthodes de lubrification ?
L'utilisation de la lubrification dans de tels cas améliore considérablement la situation globale; cependant, la quantité de lubrifiants nécessaire dépend directement de l'indice de rugosité global. Par exemple, lorsque les roulements de la machine sont fortement chargés, une rugosité trop faible a un effet négatif sur l'huile - elle est simplement expulsée de la zone où se produit le frottement.
Cette situation conduit souvent au processus de "saisir" des parties qui se touchent, au niveau déjà moléculaire. Au contraire, si un indicateur suffisant de rugosité de surface est noté, l'huile forme un film protecteur fiable, persistant dans les dépressions.
De nombreuses études expérimentales ont confirmé que l'indice de rugosité, qui confère aux produits une durabilité maximale, affecte directement les conditions spécifiques d'usure détaillée. Par conséquent, la caractéristique de rugosité est un "attribut" important de toute pièce usinée. Cet indicateur doit être indiqué dans les dessins préliminaires.
Rugosité pendant le fraisage
Pour indice de rugosité est nécessairement pris en compte dans le processus de fraisage : afin de réduire la force de frottement entre les pièces, le valeur de rugosité de surface est réduite. Ceci est réalisé grâce à un traitement de surface spécial du produit pour augmenter les caractéristiques de qualité.
Ne pas confondre les notions de « qualité » du produit et d'indice de rugosité. On pense parfois qu'il s'agit de caractéristiques interdépendantes. Cependant, la qualité n'est pas seulement l'état de surface du produit ; c'est aussi sa structure interne.
Par exemple, lors du traitement de produits métalliques, la température de surface de la pièce lorsqu'elle est exposée à des coupures atteint de 800 à 1000 degrés. En conséquence, sous un tel effet de température, la couche superficielle de la pièce change de manière significative, différant par ses indicateurs de «qualité» de la structure interne du matériau.
Ces caractéristiques doivent être prises en compte lors de la sélection d'un mode de fraisage spécifique. De plus, ils sont liés à l'indice de rugosité qui devrait être atteint après le traitement du matériau.
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L'indice de rugosité dépend de nombreux facteurs :
- Sur le type de pièce par le matériau
- Etat et type d'outil de traitement
- Mode de fraisage et conditions associées (vitesse de traitement, présence ou absence de systèmes de refroidissement, etc.) ;
- Sur l'indice de courbure des dents supérieures du couteau;
- Avance et profondeur de fraisage.
De tout cela découle le fait suivant : une diminution des angles d'affûtage de la fraise affecte directement la diminution de la hauteur de rugosité. De plus, il est nécessaire de réduire considérablement la quantité d'alimentation, ainsi que d'augmenter le rayon de courbure du sommet denté.
Ainsi, l'indice d'irrégularité est déterminé par les caractéristiques dimensionnelles de la fraise et sa géométrie.
Cependant, d'autres facteurs tout aussi importants affectent également le degré de rugosité. Par exemple, différents types d'ébauches de matériaux ont tendance à former des copeaux de propriétés différentes. Les matériaux durs (principalement des métaux, tels que la fonte) lors du traitement forment des copeaux d'une structure plutôt inégale avec des bords pointus.
Écaillage du matériau
En conséquence, l'écaillage du matériau se produit non seulement dans la zone où passe la coupe, mais touche également les couches adjacentes. En conséquence, la valeur attendue de la rugosité n’est pas justifiée – elle devient beaucoup plus grande.
Contrôle des copeaux dans l'usinage
Si l'on prend le cas d'une faible avance de fraisage, alors l'un des rôles décisifs sera joué par l'état de l'outil de coupe. Tous les défauts et irrégularités seront directement répercutés sur le matériau en cours de traitement, en gros, en "copiant" sur la pièce.
Ainsi, lors du traitement « propre » du matériau, il est nécessaire de surveiller clairement l'état et la qualité de l'outil de coupe.
Avec toute méthode de traitement mécanique des matériaux, en particulier au contact de la fraise, des micro-rugosités apparaissent à la surface des pièces sous la forme de dépressions et de protubérances laissées par l'outil de coupe. De tels écarts par rapport au lissé absolu sont appelés rugosité.
Dans certains cas, la rugosité se produit à la suite d'un seul facteur qui provoque une erreur (par exemple, les vibrations de la table), mais dans la plupart des situations, un certain nombre de raisons affectent l'apparition de telles erreurs : de la netteté de l'outil de coupe à la stabilité du tableau.
Connaissant les principales sources de rugosité, il est possible, sinon éliminé, du moins de minimiser la probabilité de leur apparition.
Les divers facteurs affectant la qualité de surface après fraisage peuvent être regroupés comme suit :
Causes de nature géométrique
Le principe du fraisage consiste en des micro pas de l'outil de fraisage le long de la surface de la pièce. Dans ce cas, après chaque étape, une partie saillante des restes de matière forme ce que l'on appelle le peigne résiduel.
La hauteur et la largeur de l'élément en saillie dépendent de l'avance et de la forme de l'outil de coupe. Plus la vitesse d'avance est faible, plus la hauteur des irrégularités sera faible.
En plus de ce paramètre, le degré d'usure de l'outil de coupe affecte le lissé de la surface fraisée, ce qui peut également être attribué à des facteurs géométriques. La fraise au sol se déplace le long d'un chemin déformé, laissant des protubérances et des dépressions dans la pièce à usiner.
Température et déformations plastiques
Le fraisage augmente la température de surface au point de coupe, ce qui provoque des changements structurels dans le matériau, exprimés en micro-rugosité résiduelle, copeaux irréguliers et effritement. Ce facteur est réduit par l'utilisation de liquides de refroidissement et de lubrifiants, qui réduisent la formation de copeaux et le frottement, réduisant ainsi le risque de rugosité.
L'apparition d'irrégularités est également due à l'élasticité du matériau qui, après avoir traversé le couteau, est partiellement restauré, formant une coquille Saint-Jacques. Plus la vitesse de coupe est faible, plus les artefacts de plasticité résiduels seront visibles à la surface de la pièce.
La rigidité de la Machine et de tous ses Composants
Dans 80% des situations, la rugosité de surface résulte d'une rigidité insuffisante de tout ou plusieurs éléments de la chaîne châssis - outil de serrage - fraise - pièce. Cela provoque des vibrations, des battements et d'autres erreurs, conduisant finalement à l'apparition d'irrégularités. Pour éviter cela, vous devez :
- installer des équipements de fraisage sur des supports antivibratoires ou des fondations massives ;
- vérifier la résistance et la rigidité de la connexion de tous les éléments de puissance et du dispositif de serrage ;
- assurez-vous que l'outil de coupe est fermement fixé et que les fraises longues ne présentent pas de distorsion d'axe en raison d'une utilisation à long terme;
- Fixez fermement la pièce à usiner pour éliminer les micro-décalages pendant le fraisage.
Rôle de la vitesse dans la minimisation de la rugosité de surface
Pour minimiser la rugosité de la surface, il est important de choisir la bonne vitesse de coupe et l'avance. Ces paramètres doivent être définis en tenant compte des caractéristiques du matériau de la pièce, de la profondeur de traitement et des dimensions de la fraise.
Conclusion
Les fraiseuses CNC modernes vous permettent de traiter des matériaux avec une grande précision. Dans de nombreuses situations, de tels granulats permettent d'atteindre l'indice de rugosité requis dès le stade où le produit est traité « proprement ». Très souvent, une transformation ultérieure du matériau sous forme de polissage ou meulage n'est pas nécessaire. Chez Proleantech, nous pouvons atteindre la qualité de surface souhaitée grâce à nos services de finition. Pour plus d'informations, contactez-nous ou demandez un devis de finition en téléchargeant votre design.
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