Une introduction à l'usinage à grande vitesse-(HSM) - Actualités

Usinage-à grande vitesse (HSM) est une technologie de coupe avancée dans laquelle les matériaux sont usinés à des vitesses de coupe et des avances nettement supérieures à celles utilisées dans l'usinage conventionnel. Il ne s’agit pas simplement de faire tourner une broche plus rapidement ; il s'agit d'un système sophistiqué qui combine des vitesses de broche élevées, des avances rapides, de faibles profondeurs de coupe et une approche CNC spécialisée pour obtenir des gains remarquables en termes de productivité, de précision et de qualité de surface.

Principe de base : le « sweet spot »

L'idée fondamentale derrière HSM est d'enlever de la matière en engageant une plus petite partie de l'outil de coupe avec la pièce (une faible profondeur de coupe) mais en la déplaçant sur la surface à une vitesse très élevée. Cela permet à la chaleur d'être évacuée avec les copeaux avant qu'ils ne puissent se transférer et endommager la pièce ou l'outil. Cela contraste avec l'usinage conventionnel, qui utilise souvent des vitesses plus lentes, des coupes plus profondes et génère plus de chaleur et de pression sur l'outil.

Caractéristiques clés du HSM

Vitesses de coupe élevées (SFM ou m/min) : Les vitesses de broche peuvent varier de 10 000 à plus de 60 000 tr/min, et parfois même plus, par rapport à quelques milliers de tr/min dans l'usinage conventionnel.

Avances élevées (IPM ou mm/min) : L'outil se déplace très rapidement sur la pièce à usiner pour maintenir une charge de copeaux constante.

Faible profondeur de coupe radiale (enjambement) : HSM utilise généralement des coupes très légères, souvent seulement un petit pourcentage du diamètre de l'outil.

Profondeur de passe axiale élevée (pour certaines opérations) : Bien que la largeur de coupe soit petite, l'outil peut souvent fonctionner sur toute la longueur de sa cannelure, ce qui lui permet d'usiner efficacement des éléments profonds.

Contrôleurs CNC spécialisés : HSM nécessite des contrôleurs CNC dotés de vitesses de traitement extrêmement rapides pour gérer les trajectoires d'outils complexes et les changements de direction rapides sans pause (un phénomène connu sous le nom de « marques d'arrêt »).

Principaux avantages et avantages

Le passage au HSM offre plusieurs avantages significatifs :

Temps d'usinage considérablement réduit : En combinant des vitesses élevées et des avances rapides, les taux d'enlèvement de matière sont considérablement augmentés, conduisant à des cycles de production plus courts.

Finition de surface supérieure : Les coupes légères et rapides donnent une surface beaucoup plus lisse, éliminant ou réduisant souvent le besoin d'opérations de finition secondaires comme le polissage ou le meulage à la main.

Une plus grande précision et moins de distorsion des pièces : Étant donné que très peu de chaleur est transférée à la pièce, la dilatation thermique et la distorsion sont minimisées. Ceci est essentiel pour la fabrication de composants délicats dans les industries aérospatiale et médicale.

Possibilité d'usiner des-pièces à parois fines : Les faibles forces de coupe empêchent les éléments minces de se déformer ou de vibrer pendant l'usinage.

Durée de vie prolongée de l'outil (dans certains cas) : Bien que les outils fonctionnent à des vitesses élevées, la chaleur réduite et les forces de coupe par dent plus faibles peuvent entraîner une usure moindre, prolongeant ainsi la durée de vie de l'outil-à condition que les paramètres corrects soient utilisés.

Exigences essentielles pour HSM

Mettre en œuvre HSM n’est pas aussi simple que d’augmenter la vitesse sur une machine standard. Cela nécessite un système entièrement intégré :

Machine CNC compatible HSM- : Une machine dotée d'une broche à haute-fréquence, de vis à billes de haute-précision, d'un cadre rigide pour amortir les vibrations et de servomoteurs rapides.

Outils de coupe spécialisés : Les outils doivent être parfaitement équilibrés, utilisant souvent du carbure ou des matériaux avancés comme le CBN ou le PCD, et conçus avec des géométries spécifiques pour les applications-à grande vitesse.

Logiciel de FAO pour HSM : Le logiciel doit générer des parcours outils « trochoïdaux » ou « adaptatifs ». Il s'agit de trajectoires fluides et fluides qui maintiennent une charge constante sur l'outil, évitent les changements de direction brusques et empêchent l'outil de plonger directement dans le matériau.

Bonne tenue de travail : La pièce à usiner doit être maintenue avec une rigidité exceptionnelle pour résister aux fortes accélérations et décélérations.

Applications courantes

Le HSM est particulièrement utile dans les industries qui nécessitent des géométries complexes, une haute précision et un enlèvement de matière efficace :

Aérospatial: Usinage de composants structurels volumineux et complexes à partir d'alliages d'aluminium solides.

Fabrication de moules et de matrices : Création de moules d'injection complexes et de matrices de moulage sous pression-, souvent à partir d'aciers trempés, avec une excellente qualité de surface.

Médical: Produire des composants précis et complexes comme des implants orthopédiques et des instruments chirurgicaux.

Électronique: Usinage de dissipateurs thermiques et de châssis en aluminium et en cuivre pour l'électronique grand public.

Conclusion

L'usinage à grande vitesse- représente un changement de paradigme dans la fabrication soustractive. En optimisant l'interaction entre l'outil et la pièce pour plus de rapidité et d'efficacité, HSM permet aux fabricants de produire des pièces de meilleure qualité plus rapidement et avec plus de précision que jamais, ce qui en fait la pierre angulaire de la fabrication moderne-à haute valeur ajoutée.