En usinage CNC, la durée de vie de l'outil désigne le temps pendant lequel la pointe de l'outil coupe la pièce à usiner durant tout le processus, depuis le début de l'usinage jusqu'au raclage de la pointe de l'outil, ou la longueur réelle de la surface de la pièce à usiner pendant le processus de coupe.
1. Peut-on améliorer la durée de vie de l'outil ?
La durée de vie de l'outil n'est que de 15 à 20 minutes. Est-il possible de l'améliorer ? Bien sûr, il est facile de l'augmenter, mais au détriment de la vitesse de la ligne. Plus la vitesse de la ligne est basse, plus l'augmentation de la durée de vie de l'outil est significative (mais une vitesse trop basse engendre des vibrations pendant l'usinage, ce qui réduit encore sa durée de vie).
2. Améliorer la durée de vie des outils présente-t-il un intérêt pratique ?
Dans le coût d'usinage d'une pièce, la part du coût de l'outillage est négligeable. La vitesse de la ligne diminue, même si la durée de vie de l'outil augmente, mais le temps d'usinage s'allonge. Le nombre de pièces usinées par outil n'augmentera pas nécessairement, mais le coût total d'usinage, lui, s'accroîtra.
Ce qu'il faut bien comprendre, c'est qu'il est judicieux d'augmenter autant que possible le nombre de pièces à usiner tout en assurant au maximum la durée de vie des outils.
3. Facteurs affectant la durée de vie des outils
1. Vitesse de la ligne
La vitesse linéaire a l'impact le plus important sur la durée de vie de l'outil. Si elle dépasse de plus de 20 % la vitesse linéaire spécifiée dans l'échantillon, la durée de vie de l'outil est réduite de moitié ; si elle atteint 50 %, elle n'est plus que d'un cinquième. Pour optimiser la durée de vie de l'outil, il est essentiel de connaître le matériau, l'état de chaque pièce à usiner et la plage de vitesse linéaire de l'outil sélectionné. Les outils de coupe varient d'un fabricant à l'autre. Il est conseillé de consulter les échantillons fournis par le fabricant, puis d'ajuster les paramètres en fonction des conditions spécifiques d'usinage afin d'obtenir un résultat optimal. Les données relatives à la vitesse linéaire diffèrent entre l'ébauche et la finition. L'ébauche vise principalement à éliminer les bavures et requiert une faible vitesse linéaire ; la finition, quant à elle, a pour objectif principal de garantir la précision dimensionnelle et la rugosité, et exige une vitesse linéaire élevée.
2. Profondeur de coupe
L'influence de la profondeur de coupe sur la durée de vie de l'outil est moins importante que celle de la vitesse linéaire. Chaque type de rainure présente une plage de profondeur de coupe relativement large. Lors de l'ébauche, la profondeur de passe doit être augmentée au maximum afin d'optimiser la marge enlevée. Lors de la finition, elle doit être réduite au minimum pour garantir la précision dimensionnelle et la qualité de surface de la pièce. Toutefois, la profondeur de coupe ne doit pas excéder la plage de coupe de la géométrie. Une profondeur de coupe excessive expose l'outil à une force de coupe insuffisante, entraînant son écaillage. À l'inverse, une profondeur de coupe insuffisante provoque un simple raclage et un écrasement de la surface de la pièce, causant une usure importante de la face de dépouille et réduisant ainsi la durée de vie de l'outil.
3. Nourrir
Comparativement à la vitesse de coupe et à la profondeur de passe, l'avance a le moins d'impact sur la durée de vie de l'outil, mais le plus grand impact sur la qualité de surface de la pièce. Lors de l'ébauche, augmenter l'avance permet d'accroître le taux d'enlèvement de matière ; lors de la finition, réduire l'avance augmente la rugosité de surface. Si la rugosité le permet, l'avance peut être augmentée au maximum afin d'améliorer l'efficacité de l'usinage.
4. Vibration
Outre les trois principaux éléments de coupe, les vibrations constituent le facteur ayant le plus fort impact sur la durée de vie de l'outil. De nombreux facteurs peuvent être à l'origine de ces vibrations, notamment la rigidité de la machine-outil, de l'outillage et de la pièce, les paramètres de coupe, la géométrie de l'outil, le rayon de courbure de son extrémité, l'angle de dépouille de la lame, l'allongement du porte-outil, etc. Cependant, la principale cause réside dans l'insuffisance de rigidité du système pour résister à la force de coupe durant l'usinage. Il en résulte des vibrations constantes de l'outil sur la surface de la pièce. L'élimination ou la réduction de ces vibrations doit donc être envisagée de manière globale. Ces vibrations peuvent être assimilées à un frottement constant entre l'outil et la pièce, remplaçant ainsi une coupe normale. Ce frottement provoque de minuscules fissures et des ébréchures à l'extrémité de l'outil, lesquelles augmentent la force de coupe et aggravent les vibrations. À leur tour, les fissures et les ébréchures s'accentuent, réduisant considérablement la durée de vie de l'outil.
5. Matériau de la lame
Lors de l'usinage d'une pièce, nous prenons principalement en compte son matériau, les exigences de traitement thermique et le mode d'usinage (continu ou discontinu). Par exemple, les lames destinées à l'usinage de l'acier et celles destinées à l'usinage de la fonte, ainsi que les lames de dureté HB215 et HRC62, ne sont pas nécessairement identiques. De même, les lames pour l'usinage intermittent et continu diffèrent. On utilise des lames pour l'acier, pour la fonderie, pour les pièces moulées, pour l'acier trempé, etc. À matériau égal, en usinage continu, il convient d'utiliser une lame plus dure afin d'accroître la vitesse de coupe, de réduire l'usure de l'outil et de diminuer le temps d'usinage. En usinage intermittent, il est préférable d'utiliser une lame plus résistante afin de limiter l'usure anormale, comme l'écaillage, et d'augmenter la durée de vie de l'outil.
6. Nombre de fois où la lame est utilisée
L'utilisation de l'outil génère une chaleur importante, ce qui augmente considérablement la température de la lame. Sans traitement ni refroidissement à l'eau, la température de la lame diminue. Par conséquent, la lame reste constamment à une température élevée, ce qui provoque des dilatations et des contractions thermiques continues, à l'origine de microfissures. Lors du premier affûtage, la durée de vie de l'outil est normale ; mais avec l'utilisation, les fissures se propagent aux autres lames, réduisant ainsi leur durée de vie.
Date de publication : 10 mars 2021
