Outil de tournage
L’outil le plus courant dans la coupe des métaux est l’outil de tournage. Les outils de tournage sont utilisés pour découper des cercles extérieurs, des trous au centre, des filetages, des rainures, des dents et d'autres formes sur les tours. Ses principaux types sont illustrés à la figure 3-18.
Figure 3-18 Principaux types d'outils de tournage
1. 10—Outil de tournage d'extrémité 2. 7—Cercle extérieur (outil de tournage du trou intérieur) 3. 8—Outil de rainurage 4. 6—Outil de tournage de filetage 5. 9—Outil de tournage de profilage
Les outils de tournage sont classés en fonction de leur structure en outils de tournage massif, de tournage par soudage, de tournage à pince machine et d'outils indexables. Les outils de tournage indexables deviennent de plus en plus populaires en raison de leur utilisation croissante. Cette section se concentre sur l'introduction des principes et techniques de conception pour les outils de tournage indexables et de soudage.
1. Outil de soudage
L'outil de tournage-soudage est constitué d'une lame de forme spécifique et d'un support reliés par soudage. Les lames sont généralement fabriquées à partir de différentes qualités de carbure. Les tiges des outils sont généralement en acier 45 et affûtées pour répondre aux exigences spécifiques lors de l'utilisation. La qualité des outils de soudage et de tournage et leur utilisation dépendent de la qualité de la lame, du modèle de la lame, des paramètres géométriques de l'outil ainsi que de la forme et de la taille de la fente. Qualité de broyage, etc. Qualité de broyage, etc.
(1) Le soudage des outils de tournage présente des avantages et des inconvénients
Il est largement utilisé en raison de sa structure simple et compacte ; rigidité élevée de l'outil; et une bonne résistance aux vibrations. Il présente également de nombreux inconvénients, notamment :
(1) Les performances de coupe de la lame sont médiocres. Les performances de coupe de la lame seront réduites après son soudage à haute température. La température élevée utilisée pour le soudage et l’affûtage soumet la lame à des contraintes internes. Étant donné que le coefficient d'extension linéaire du carbure est la moitié de celui du corps de l'outil, cela peut provoquer l'apparition de fissures dans le carbure.
(2) Le porte-outil n'est pas réutilisable. Les matières premières sont gaspillées car le porte-outil ne peut pas être réutilisé.
(3) La période auxiliaire est trop longue. Le changement et le réglage des outils prennent beaucoup de temps. Ceci n'est pas compatible avec les exigences des machines CNC, des systèmes d'usinage automatiques ou des machines-outils automatiques.
(2) Type de rainure du porte-outil
Pour les outils de tournage soudés, les rainures de la tige de l'outil doivent être réalisées en fonction de la forme et de la taille de la lame. Les rainures de la tige de l'outil comprennent des rainures traversantes, des rainures semi-traversantes, des rainures fermées et des rainures semi-traversantes renforcées. Comme le montre la figure 3-19.
Figure 3-19 Géométrie du porte-outil
La rainure du porte-outil doit répondre aux exigences suivantes pour garantir un soudage de qualité :
(1) Contrôler l'épaisseur. (1) Contrôler l’épaisseur du corps de coupe.
(2) Contrôlez l'écart entre la lame et la rainure du porte-outil. L'écart entre la lame et la rainure du porte-outil ne doit être ni trop grand ni trop petit, généralement 0,050,15 mm. Le joint en arc doit être aussi uniforme que possible et l'écart local maximum ne doit pas dépasser 0,3 mm. Sinon, la résistance de la soudure sera affectée.
(3) Contrôler la valeur de rugosité de surface de la rainure du porte-outil. La rainure du porte-outil a une rugosité de surface de Ra=6,3 mm. La surface de la lame doit être plate et lisse. Avant le soudage, la rainure du porte-outil doit être nettoyée s'il y a de l'huile. Pour garder la surface de la zone de soudage propre, vous pouvez utiliser du sablage ou de l'alcool ou de l'essence pour la brosser.
Contrôlez la longueur de la lame. Dans des circonstances normales, une lame placée dans la rainure du porte-outil doit dépasser de 0,20,3 mm pour permettre l'affûtage. La rainure du porte-outil peut être plus longue de 0,20,3 mm que la lame. Après soudage, le corps de l'outil est ensuite soudé. Pour une apparence plus soignée, retirez tout excédent.
(3) Le processus de brasage des lames
La brasure dure est utilisée pour souder des lames en carbure cémenté (la brasure dure est un matériau réfractaire ou de brasage qui a une température de fusion supérieure à 450 °C). La soudure est chauffée jusqu'à un état fondu, qui est généralement de 3 050 °C au-dessus du point de fusion. Le flux protège la soudure de la pénétration et de la diffusion à la surface ducomposants usinés. Il permet également l'interaction de la soudure avec le composant soudé. L'action de fusion permet à la lame en carbure de se souder fermement dans la fente.
De nombreuses techniques de brasage et de chauffage sont disponibles, telles que le soudage à la flamme de gaz et le soudage à haute fréquence. Le soudage par contact électrique est la meilleure méthode de chauffage. La résistance au point de contact entre le bloc de cuivre et la tête de coupe est la plus élevée, et c'est là qu'une température élevée sera générée. Le corps du couteau devient d'abord rouge, puis la chaleur est transférée à la lame. Cela fait chauffer lentement la lame et augmenter progressivement sa température. Il est important de prévenir les fissures.
La lame n’est pas « surbrûlée » car l’alimentation est coupée dès que le matériau fond. Il a été prouvé que le soudage par contact électrique réduit les fissures des lames et le dessoudage. Le brasage est facile et stable, de bonne qualité. Le processus de brasage est moins efficace que les soudures à haute fréquence et il est difficile de braser des outils à plusieurs bords.
La qualité du brasage est affectée par de nombreux facteurs. Le matériau de brasage, le flux et la méthode de chauffage doivent être choisis correctement. Pour l'outil de brasage en carbure, le matériau doit avoir un point de fusion supérieur à la température de coupe. C'est un bon matériau pour la coupe car il permet de conserver la force d'adhérence de la lame tout en conservant sa fluidité, sa mouillabilité et sa conductivité thermique. Les matériaux de brasage suivants sont couramment utilisés lors du brasage de lames en carbure cémenté :
(1) La température de fusion du cuivre pur ou de l’alliage cuivre-nickel (électrolytique) est d’environ 1 000 1 200 °C. Les températures de travail autorisées sont de 700900degC. Cela peut être utilisé avec des outils qui ont de lourdes charges de travail.
(2) Cuivre-zinc ou métal d'apport 105# avec une température de fusion comprise entre 900920°C et 500600°C. Convient aux outillages à charge moyenne.
Le point de fusion de l'alliage argent-cuivre est de 670820. Sa température de fonctionnement maximale est de 400 degrés. Cependant, il convient au soudage d'outils de tournage de précision à faible teneur en cobalt ou à haute teneur en carbure de titane.
La qualité du brasage est grandement affectée par le choix et l'application du flux. Le flux est utilisé pour éliminer les oxydes à la surface d'une pièce à braser, augmenter la mouillabilité et protéger la soudure de l'oxydation. Deux flux sont utilisés pour braser les outils en carbure : Borax déshydraté Na2B4O2 ou Borax déshydraté 25% (fraction massique) + Acide borique 75% (fraction massique). Les températures de brasage varient de 800 à 1000°C. Le borax peut être déshydraté en le faisant fondre, puis en l'écrasant après refroidissement. Tamiser. Lors du brasage d'outils YG, le borax déshydraté est généralement meilleur. Vous pouvez obtenir des résultats satisfaisants lors du brasage d'outils YT en utilisant la formule borax déshydraté (fraction massique) 50 % + borique (fraction massique) 35 % + fluorure de potassium déshydraté (fraction massique) (15 %).
L'ajout de fluorure de potassium améliorera la mouillabilité et la capacité de fusion du carbure de titane. Afin de réduire les contraintes de soudage lors du brasage d'alliages à haute teneur en titane (YT30 et YN05), une basse température comprise entre 0,1 et 0,5 mm est couramment utilisée. Comme joint de compensation entre les lames et les porte-outils, l'acier au carbone ou le fer-nickel sont souvent utilisés. Pour réduire le stress thermique, la lame doit être isolée. Habituellement, l'outil de tournage sera placé dans un four à une température de 280°C. Isoler pendant trois heures à 320°C, puis refroidir lentement soit au four, soit dans de la poudre d'amiante ou de cendre de paille.
(4) Liaison inorganique
La liaison inorganique utilise une solution phosphorique et de la poudre de cuivre inorganique, qui combinent la chimie, la mécanique et la physique pour lier les lames. Le collage inorganique est plus facile à utiliser que le brasage et ne provoque pas de contraintes internes ni de fissures dans la lame. Cette méthode est particulièrement utile pour les matériaux de lame difficiles à souder, comme la céramique.
Opérations caractéristiques et cas pratiques d'usinage
4. Sélection de l'angle d'inclinaison du bord et de la coupe en biseau
（1）La coupe en biseau est un concept qui existe depuis longtemps.
La coupe à angle droit est une coupe dans laquelle la lame de coupe de l'outil est parallèle à la direction que prendra le mouvement de coupe. La coupe en biseau se produit lorsque le tranchant de l'outil n'est pas perpendiculaire à la direction du mouvement de coupe. Pour des raisons de commodité, l'effet de l'alimentation peut être ignoré. Les coupes perpendiculaires à la vitesse de déplacement principale ou aux angles d'inclinaison des bords lss=0 sont considérées comme des coupes à angle droit. Ceci est illustré à la figure 3-9. La coupe qui n'est pas perpendiculaire à la vitesse de déplacement principale ou aux angles d'inclinaison du bord lss0 est appelée coupe à angle oblique. Par exemple, comme le montre la figure 3-9.b, lorsqu'un seul tranchant coupe, on parle de coupe libre. La coupe en biseau est la plus courante dans la coupe du métal.
Figure 3-9 Coupe à angle droit et coupe en biseau
(2) L'influence de la coupe en biseau sur le processus de coupe
1. Influencer la direction de sortie des copeaux
La figure 3-10 montre qu'un outil de tournage externe est utilisé pour tourner un raccord de tuyauterie. Lorsque seul le tranchant principal participe à la découpe, une particule M dans la couche de découpe (en supposant qu'elle soit de la même hauteur que le centre de la pièce) devient un copeau sous l'extrusion devant l'outil et s'écoule le long de l'avant. La relation entre la direction d'écoulement des copeaux et l'angle d'inclinaison du bord est d'intercepter un corps unitaire MBCDFHGM avec le plan orthogonal et le plan de coupe et les deux plans qui leur sont parallèles passant par le point M.
Figure 3-10 Effet de λs sur la direction du flux de copeaux
MBCD est le plan de base de la figure 3-11. Lorsque ls=0, MBEF est le devant de la figure 3-11 et le plan MDF est un plan orthogonal et normal. Le point M est maintenant perpendiculaire au tranchant. Lorsque les copeaux sont éjectés, M est une composante de la vitesse dans la direction du tranchant. Le MF est perpendiculairement parallèle au tranchant. Comme le montre la figure 3-10a, à ce stade, les puces sont courbées en forme de ressort ou coulent en ligne droite. Si ls a une valeur positive alors le plan MGEF est devant et la vitesse de coupe du mouvement principal vcM n'est pas parallèle au tranchant MG. La vitesse M des particulescomposants de tournage CNCvT par rapport à l'outil dans la direction du tranchant pointe vers le MG. Lorsque le point M est transformé en un fragment qui s'écoule vers l'avant et est affecté par vT, la vitesse du fragment vl s'écarte du plan normal MDK à un angle de copeau de psl. Lorsque ls a une valeur élevée, les copeaux s'écouleront dans le sens du traitement de la surface.
Le plan MIN, comme illustré sur les figures 3-10b et 3-11, est connu sous le nom de flux de copeaux. Lorsque ls a une valeur négative, la composante de vitesse vT dans la direction du tranchant est inversée, pointant vers le GM. Cela provoque une divergence des copeaux par rapport au plan normal. Le flux s'effectue en sens inverse vers la surface de la machine. Comme le montre la figure 3-10.c. Cette discussion porte uniquement sur l'effet de ls lors du découpage libre. L'écoulement plastique du métal au niveau de la pointe de l'outil, du bord de coupe mineur et de la rainure à copeaux aura tous un effet sur la direction de sortie des copeaux pendant le processus d'usinage proprement dit de tournage des cercles extérieurs. La figure 3-12 montre le taraudage de trous débouchants et de trous fermés. Influence de l'inclinaison de l'arête de coupe sur le flux des copeaux. Lorsque vous taraudez un filetage sans trou, la valeur ls est positive, mais lorsque vous taraudez un filetage avec un trou, c'est une valeur négative.
Figure 3-11 Direction d'écoulement des copeaux de coupe oblique
2. La coupe réelle et les rayons obtus sont affectés
Lorsque ls = 0, en coupe libre, les angles de coupe dans le plan orthogonal et le plan d'écoulement des copeaux sont à peu près égaux. Si ls n'est pas nul, cela peut vraiment affecter la netteté de l'arête de coupe et la résistance au frottement lorsque les copeaux sont expulsés. Dans le plan d'écoulement des copeaux, il faut mesurer les angles de coupe effectifs ge et les rayons obtus de l'arête de coupe. La figure 3-13 compare la géométrie d'un plan normal qui passe par le point M de l'arête principale avec les rayons obtus du plan d'écoulement des copeaux. Dans le cas de l'arête vive, le plan normal montre un arc formé par le rayon obtus rn. Cependant, dans le profil du flux de copeaux, la découpe fait partie d'une ellipse. Le rayon de courbure le long de l'axe long est le rayon obtus réel de l'arête de coupe. La formule approximative suivante peut être calculée à partir des figures de relations géométriques des figures 3-11 et 3-13.
La formule ci-dessus montre que re augmente à mesure que la valeur absolue ls augmente, tandis que ge diminue. Si ls = 75 degrés et gn = 10 degrés avec rn = 0,020,15 mm, alors ge peut atteindre 70 degrés. re peut également être aussi petit que 0,0039 mm. Cela rend le tranchant très tranchant et permet d'obtenir une micro-coupe (ap0,01 mm) en utilisant une petite quantité de contre-coupe. La figure 3-14 montre la position de coupe d'un outil externe lorsque ls est réglé à 75 degrés. Les bords principaux et secondaires de l'outil ont été alignés en ligne droite. Le tranchant de l’outil est extrêmement tranchant. Le tranchant n’est pas fixé pendant le processus de découpe. Elle est également tangente à la surface cylindrique extérieure. L'installation et le réglage sont faciles. L'outil a été utilisé avec succès pour la finition par tournage à grande vitesse de l'acier au carbone. Il peut également être utilisé pour terminer le traitement de matériaux difficiles à usiner tels que l'acier à haute résistance.
Figure 3-12 Influence de l'angle d'inclinaison du bord sur la direction d'écoulement des copeaux lors du taraudage
Figure 3-13 Comparaison des géométries rn et re
3. La résistance aux chocs et la résistance de la pointe de l'outil sont affectées
Lorsque ls est négatif, comme le montre la figure 3-15b, la pointe de l'outil sera le point le plus bas le long de l'arête de coupe. Lorsque les bords tranchants coupent dans lepièces prototypesle premier point d'impact avec la pièce est la pointe de l'outil (lorsque go a une valeur positive) ou l'avant (lorsqu'elle est négative). Cela non seulement protège et renforce la pointe, mais contribue également à réduire le risque de dommages. De nombreux outils avec un grand angle de coupe utilisent une inclinaison de bord négative. Ils peuvent à la fois améliorer la résistance et réduire l'impact sur la pointe de l'outil. La force arrière Fp augmente à ce stade.
Figure 3-14 Outil de tournage d'angle à grande lame sans pointe fixe
4. Affecte la stabilité de la découpe et du retrait.
Lorsque ls = 0, le tranchant coupe dans et hors de la pièce presque simultanément, la force de coupe change soudainement et l'impact est important ; lorsque ls n'est pas nul, le tranchant pénètre et sort progressivement de la pièce, l'impact est faible et la coupe est plus douce. Par exemple, les fraises cylindriques et les fraises en bout à grand angle d'hélice ont des arêtes de coupe plus tranchantes et une coupe plus douce que les anciennes fraises standard. L'efficacité de la production est augmentée de 2 à 4 fois et la valeur de rugosité de surface Ra peut atteindre moins de 3,2 mm.
5. Forme de pointe
La forme du tranchant de l'outil est l'un des éléments de base des paramètres géométriques raisonnables de l'outil. Les changements dans la forme de la lame de l’outil modifient le modèle de coupe. Le motif de coupe fait référence à l'ordre et à la forme dans lesquels la couche métallique à traiter est retirée par le tranchant. Cela affecte la taille de la charge d'arête de coupe, les conditions de contrainte, la durée de vie de l'outil et la qualité de la surface usinée. attendez. De nombreux outils avancés sont étroitement liés à la sélection raisonnable des formes de lame. Parmi les outils pratiques avancés, les formes de lames peuvent être résumées dans les types suivants :
(1) Améliorer la forme de la lame du tranchant. Cette forme de lame vise principalement à renforcer la résistance du tranchant, à augmenter l'angle du tranchant, à réduire la charge sur la longueur unitaire du tranchant et à améliorer les conditions de dissipation thermique. En plus de plusieurs formes de pointe d'outil illustrées à la figure 3-8, il existe également des formes d'arête en arc (outils de tournage d'arête en arc, fraises à surfacer pour taillage d'arête en arc, forets à arête en arc, etc. ), de multiples formes d'arête à angle vif (forets , etc.) )attendez;
(2) Une forme de bord qui réduit la surface résiduelle. Cette forme de bord est principalement utilisée pour les outils de finition, tels que les outils de tournage à grande avance et les fraises à surfacer avec racleurs, les outils d'alésage flottants et les outils d'alésage ordinaires avec racleurs cylindriques. Alésoirs, etc. ;
Figure 3-15 Effet de l'angle d'inclinaison du bord sur le point d'impact lors de l'outil de coupe
(3) Une forme de lame qui répartit raisonnablement la marge de la couche de coupe et évacue les copeaux en douceur. La caractéristique de ce type de forme de lame est qu'elle divise la couche de coupe large et fine en plusieurs copeaux étroits, ce qui permet non seulement d'évacuer les copeaux en douceur, mais augmente également la vitesse d'avance. Donnez la quantité et réduisez la puissance de coupe de l'unité. Par exemple, comparés aux couteaux de coupe droits ordinaires, les couteaux de coupe à double tranchant divisent le tranchant principal en trois sections, comme le montre la figure 3-16. Les jetons sont également divisés en trois bandes en conséquence. Le frottement entre les copeaux et les deux parois est réduit, ce qui évite le blocage des copeaux et réduit considérablement la force de coupe. À mesure que la profondeur de coupe augmente, le taux de diminution augmente et l'effet est meilleur. Dans le même temps, la température de coupe est réduite et la durée de vie de l'outil est améliorée. Il existe de nombreux outils appartenant à ce type de forme de lame, tels que les fraises étagées, les fraises à bords décalés, les lames de scie à bords décalés, les forets à copeaux, les fraises à maïs à dents décalées et les fraises en bout à bords ondulés. Et des broches à meules, etc. ;
Figure 3-16 Couteau à double tranchant
(4) Autres formes spéciales. Les formes de lames spéciales sont des formes de lames conçues pour répondre aux conditions de traitement d'une pièce et à ses caractéristiques de coupe. La figure 3-17 illustre la forme de la planche à laver avant utilisée pour le traitement du laiton au plomb. Le tranchant principal de cette lame est façonné en plusieurs arcs tridimensionnels. Chaque point du tranchant a un angle d’inclinaison qui augmente de négatif à zéro puis à positif. Les débris sont alors expulsés en copeaux en forme de ruban.
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Heure de publication : 14 décembre 2023