Avec la popularité croissante des machines-outils à commande numérique (CNC), le filetage par fraisage est de plus en plus utilisé dans l'industrie de la construction mécanique. Le filetage par fraisage est une opération à trois axes réalisée sur une machine-outil CNC. Elle utilise une fraise à fileter pour effectuer un fraisage par interpolation hélicoïdale afin de former un filetage. La fraise effectue un mouvement circulaire sur le plan horizontal et un déplacement linéaire d'un pas de filet sur le plan vertical. Le filetage par fraisage présente de nombreux avantages, tels qu'une productivité élevée, une excellente qualité de filetage, une grande polyvalence d'outils et une sécurité d'usinage optimale. Il existe de nombreux types de fraises à fileter. Cet article se propose d'analyser et de présenter plusieurs fraises à fileter courantes, en abordant leurs caractéristiques d'application, leur structure et leur technologie d'usinage.
1 Fraise à fileter de type bride ordinaire
La fraise à fileter à mâchoires multiples est l'outil le plus couramment utilisé et le plus économique pour le filetage. Sa structure est similaire à celle d'une fraise à mâchoires multiples classique. Elle se compose d'un porte-outil réutilisable et d'une lame facilement remplaçable. Pour l'usinage de filetages coniques, il est possible d'utiliser des porte-outils et des lames spécifiques. Ces lames possèdent plusieurs dents de filetage. L'outil peut ainsi usiner plusieurs dents de filetage simultanément le long d'une spirale. Par exemple, une fraise à 5 dents de 2 mm permet d'usiner 5 dents de filetage sur une profondeur de 10 mm le long d'une spirale. Pour améliorer encore l'efficacité d'usinage, il est possible d'utiliser une fraise à fileter à mâchoires multiples. L'augmentation du nombre d'arêtes de coupe permet d'accroître significativement la vitesse d'avance, mais les erreurs de positionnement radial et axial entre les lames, réparties sur la circonférence, affectent la précision du filetage. Si la précision du filetage obtenue avec une fraise à fileter à mâchoires multiples ne vous convient pas, vous pouvez également essayer d'usiner avec une seule lame. Lors du choix d'une fraise à fileter à serrage par bride, en fonction de facteurs tels que le diamètre et la profondeur du filetage à usiner, ainsi que le matériau de la pièce, privilégiez une queue de grand diamètre (pour une meilleure rigidité de l'outil) et un matériau de lame approprié. La profondeur de filetage d'une fraise à fileter à serrage par bride est déterminée par la profondeur de coupe utile du porte-outil. La longueur de la lame étant inférieure à la profondeur de coupe utile de la barre porte-outil, si la profondeur du filetage à usiner est supérieure à la longueur de la lame, il est nécessaire d'usiner par passes.
2 Fraise à fileter intégrée ordinaire
Les fraises à fileter monoblocs sont généralement fabriquées en carbure monobloc, certaines étant revêtues. De conception compacte, elles sont particulièrement adaptées au filetage de diamètres moyens et petits ; il existe également des fraises à fileter monoblocs pour le filetage conique. Ce type d'outil offre une excellente rigidité, notamment la fraise à fileter monobloc à rainure hélicoïdale, qui permet de réduire efficacement l'effort de coupe et d'améliorer la productivité lors de l'usinage de matériaux de haute dureté. L'arête de coupe de la fraise à fileter monobloc est dotée de dents de filetage, et le filetage complet peut être réalisé en une seule passe le long de la spire. Contrairement aux outils à mâchoires, l'usinage par passes successives est inutile, ce qui améliore la productivité, mais explique le prix relativement élevé.
Fraise à fileter intégrée avec fonction de chanfreinage.
La structure d'une fraise à fileter intégrée avec fonction de chanfreinage est similaire à celle d'une fraise à fileter intégrée classique. Cependant, elle comporte une arête de chanfreinage spéciale à la base (ou à l'extrémité) du tranchant, permettant de réaliser le chanfrein d'extrémité du filetage simultanément. Trois méthodes de chanfreinage sont possibles. Lorsque le diamètre de l'outil est suffisamment grand, l'arête de chanfreinage peut être utilisée directement. Cette méthode est toutefois limitée au chanfreinage des trous taraudés internes. Lorsque le diamètre de l'outil est petit, l'arête de chanfreinage peut être utilisée pour réaliser le chanfreinage par mouvement circulaire. Lors de l'utilisation de l'arête de chanfreinage à la base du tranchant, il convient de veiller au jeu entre la partie coupante de l'outil et le filetage afin d'éviter tout frottement. Si la profondeur de filetage usinée est inférieure à la longueur de coupe utile de l'outil, ce dernier ne pourra pas réaliser le chanfreinage. Par conséquent, lors du choix de l'outil, il est impératif de s'assurer que la longueur de coupe utile et la profondeur de filetage correspondent.
4 Fraise à fileter
La fraise à fileter est fabriquée en carbure monobloc et constitue un outil d'usinage haute performance pour les filetages intérieurs de petits et moyens diamètres. Elle permet de réaliser en une seule opération le perçage, le chanfreinage et le filetage des trous taraudés, réduisant ainsi le nombre d'outils nécessaires. Cependant, cet outil présente l'inconvénient d'une faible polyvalence et d'un prix relativement élevé. Il se compose de trois parties : la tête de perçage, la fraise centrale et l'arête de chanfreinage à l'extrémité de l'outil. Le diamètre de la partie percée correspond au diamètre du fond du filetage réalisable. De ce fait, une fraise à fileter ne peut usiner qu'un seul type de filetage. Lors du choix d'une fraise à fileter, il est essentiel de prendre en compte non seulement le diamètre du trou taraudé à usiner, mais aussi l'adéquation entre la longueur d'usinage utile de l'outil et la profondeur du trou, sans quoi le chanfreinage ne sera pas possible.
Fraise à tarière à 5 filets
La fraise à fileter est un outil en carbure monobloc permettant un usinage efficace des filetages intérieurs. Elle peut également réaliser simultanément le perçage et le filetage. Son extrémité est munie d'un tranchant similaire à celui d'une fraise en bout. L'angle d'hélice du filetage étant faible, lors du filetage par un mouvement en spirale, le tranchant en bout entaille d'abord la pièce pour former le fond, puis le filetage est réalisé par l'arrière. Certaines fraises à fileter sont également dotées d'un tranchant de chanfreinage, permettant ainsi le chanfreinage du trou. Cet outil offre une productivité élevée et une plus grande polyvalence que les forets et fraises à fileter classiques. Le diamètre intérieur du filetage réalisable est compris entre D et 2D (D étant le diamètre du corps de la fraise).
Fraise à filetage profond 6
La fraise à fileter profond est une fraise à une seule dent. Une fraise à fileter classique possède plusieurs dents sur son arête de coupe. La surface de contact entre l'outil et la pièce est importante, l'effort de coupe l'est également, et le diamètre de l'outil doit être inférieur à l'alésage du filetage lors du filetage intérieur. Le diamètre limité du corps de la fraise affecte sa rigidité, et celle-ci est contrainte d'un seul côté lors du filetage. Il est donc facile de la faire déraper lors du filetage profond, ce qui nuit à la précision. Par conséquent, la profondeur de coupe utile des fraises à fileter classiques est environ deux fois supérieure au diamètre du corps de la fraise. L'utilisation d'une fraise à une seule dent pour fileter profond permet de pallier ces inconvénients. L'effort de coupe étant réduit, la profondeur de filetage peut être considérablement augmentée, et la profondeur de coupe utile de l'outil peut atteindre trois à quatre fois le diamètre du corps de la fraise.
Système d'outils de fraisage de filetage à 7 voies
La polyvalence et l'efficacité sont deux aspects souvent contradictoires des fraises à fileter. Certains outils multifonctions (comme les fraises à fileter et à percer) offrent une grande efficacité d'usinage mais une faible polyvalence, tandis que les outils polyvalents sont souvent peu performants. Pour pallier ce problème, de nombreux fabricants d'outils ont développé des systèmes modulaires de fraisage de filetage. Ces systèmes se composent généralement d'un porte-outil, d'un arête de chanfreinage et d'une fraise à fileter standard. Différents types d'arêtes de chanfreinage et de fraises à fileter peuvent être sélectionnés en fonction des besoins d'usinage. Ce système offre une grande polyvalence et une efficacité d'usinage élevée, mais son coût est relativement important.
Les fonctions et caractéristiques de plusieurs outils de filetage couramment utilisés sont brièvement présentées ci-dessus. Le refroidissement est également primordial lors du filetage. Il est recommandé d'utiliser des machines-outils et des outils à refroidissement interne. En effet, à grande vitesse de rotation, le liquide de refroidissement externe pénètre difficilement sous l'effet de la force centrifuge. Outre le refroidissement interne, qui assure un refroidissement efficace de l'outil, il est essentiel que le liquide de refroidissement sous haute pression facilite l'évacuation des copeaux lors de l'usinage de filetages borgnes. Une pression de refroidissement interne plus élevée est particulièrement nécessaire pour l'usinage de trous taraudés de petit diamètre, afin de garantir une évacuation optimale des copeaux. Par ailleurs, le choix d'un outil de filetage doit prendre en compte l'ensemble des exigences d'usinage, telles que le lot de production, le nombre de trous taraudés, le matériau de la pièce, la précision du filetage, les spécifications dimensionnelles, etc. L'outil doit ainsi être sélectionné de manière appropriée.
Date de publication : 30 novembre 2021
