Avoir recours à des fraises à coupe tangentielle pour des usinages ébauche lourds permet d’aller jusqu’à doubler la productivité des opérations.

Questionnant le directeur des opérations d’une importante usine assurant la construction de gros équipements de terrassement, sa réponse est, avant tout, qu’après avoir entièrement modernisé son parc d’outils de coupe il est parvenu à doubler sa production, et à réduire de quatre-vingt dix pour cent ses coûts d’outils, ceci tout en assurant dans l’usine un air moins pollué et en évitant un lourd investissement. Il s’agit, explique-t-il, d’un usinage ébauche très lourd opéré sur une pièce de très grosse boîte de transmission. Cette pièce est essentiellement un volumineux tube mesurant de 2,75 à 3,65 m de diamètre et de 2,40 à 3 mètres de long avec des parois de 115 à 203 mm d’épaisseur. Une opération porte sur le fraisage ébauche sur 18 mm des deux extrémités dans un acier allié d’une dureté de 32 Rc. Avant, on “clopinait” sur le parcours à suivre durant trois heures et demie par pièce, cassant les plaquettes à mi-course et, parfois, on obscurcissait la surface usinée du fait d’un brouillard d’huile aléatoire provenant du liquide d’arrosage à base d’huile. Aujourd’hui, ces volumineuses pièces sortent en un temps moitié plus court et les plaquettes tiennent cinq fois plus longtemps par arête… avec le robinet d’arrosage fermé pour un meilleur résultat. Sur un programme de production annuel de cent quarante-quatre pièces, les économies annuelles d’usinage provenant de l’ensemble des sources dépassent les 36 000 €.

- Avec des fraises S-Max Ingersoll on usine ce type de grosse boîte de transmission destinée à des équipements de terrassement. En passant au fraisage tangentiel, on a doublé la productivité, accru la tenue des arêtes de coupe, amélioré le fini et éliminé le besoin d’un arrosage.

 

Les gains réalisés sur ce travail proviennent du ré-outillage de la fraiseuse horizontale de 30 kW avec des fraises S-MAX à coupe tangentielle de INGERSOLL en remplacement de fraises conventionnelles à coupe radiale. Avec ces fraises et leurs plaquettes plus robustes (fig. 1), qui sont les caractéristiques du fraisage tangentiel, dans l’usine on règle l’usinage à une avance du double de celle antécédente, c’est-a-dire 760 mm /mn au lieu 380 mm/mn avec une profondeur de passe identique de 2,5 mm, ceci en n’éprouvant virtuellement aucune défaillance des plaquettes qui ne subissent simplement qu’une usure graduelle. A la suite de ce succès, dans l’usine on est passé au fraisage tangentiel pour tous les travaux d’ébauche lourds.

Fig. 1 - Comparé à une fraise à coupe radiale A, celles à coupe tangentielle B assure que les efforts de coupe sont dirigés le long de l’épaisseur de la plaquette, axe le plus robuste, pour assurer une coupe beaucoup plus exigeante où les paramètres d’usinage peuvent être doublés.

La raison principale pour laquelle l’usine a décidé de se ré-outiller était d’accélérer le travail afin de libérer du temps machine pour effectuer des travaux supplémentaires. Parvenir à une solution suffisamment fiable pour pouvoir compter sur plus de temps libre d’usinage offrait l’avantage d’éviter un investissement lourd dans une nouvelle machine. Ce changement a vu le jour au mois de Juillet 2007 avec la collaboration assidue d’un spécialiste du carburier et d’une équipe conseil. La coopé  ration a si bien été conduite qu’elle a trouvé sa conclusion dès le mois suivant. Il a alors été décidé de convoquer plusieurs autres fournisseurs d’outils afin d’évaluer l’opération envisagée et de recueillir leurs suggestions quant à la solution définitive à adopter.

En se servant d’une fraise à surfacer d’un diamètre de 152 mm à plaquettes normalement orientées on ne pouvait utiliser une vitesse d’avance que de 380 mm/mn. A cette cadence, l’opération d’ébauche d’une pièce prenait trois heures un quart avec deux changements de plaquettes. Mais, même dans ces conditions, le fini de surface était tout juste acceptable avec 3,2 µm Ra. Malgré le recours à un arrosage par brouillard d’huile, la fraise atteignait une telle température que l’opérateur se trouvait contraint d’attendre que l’outil refroidisse avant de pouvoir en remplacer les plaquettes fracturées. La fraise était entraînée à une vitesse de 600 t/mn avec une profondeur de passe de 2,5 mm.

Afin de remédier efficacement à cette situation, deux des carburiers consultés proposaient comme solution le même type d’outil qui, malheureusement, ne promettaient que des améliorations marginales. Un troisième, la firme, INGERSOLL, suggérait l’utilisation de sa fraise S-Max à coupe tangentielle. Les plaquettes y étaient alignées pour reposer à plat tout autour de son diamètre extérieur plutôt que d’être positionnées proéminentes le long de ses rayons comme c’est le cas des fraises conventionnelles. Dans cette configuration, la plus forte épaisseur et la plus grande robustesse de chaque plaquette absorbe l’essentiel de l’effort de coupe. De plus, le corps de l’outil est lui-même plus robuste du fait de l’orientation tangentielle des plaquettes venant s’ajuster dans des logements moins profonds qui nécessitent un moindre enlèvement de matière du corps de l’outil lui-même (fig. 2).

Fig. 2 - De dimensions égales, les fraises à coupe tangentielle (vue de gauche) sont nettement plus robustes que celles à plaquettes montées radialement (vue de droite) car leur corps conserve plus de métal après l’usinage des logements pour leurs plaquettes.

Avec les techniciens d’Ingersoll et le directeur de l’atelier on a alors entrepris un essai avec une fraise à coupe tangentielle dès la fin de la seconde équipe, en recherchant les paramètres d’usinage optimisant l’opération. A la fin de la troisième équipe, le personnel établit avec un modèle de fraise de 200 mm de diamètre lancée à 125 t/mn, une profondeur de passe de 2,5 mm et une vitesse de coupe de 600 t/mn, ceci sans le recours à un quelconque arrosage. Avec ces paramètres, la productivité s’est trouvée améliorée d’environ 75 pour cent, tandis que le tenue des plaquettes couvrait l’usinage d’une pièce et demie, soit environ cinq fois plus que les arêtes des précédentes fraises. La poursuite d’un peaufinement des paramètres à amélioré la vitesse d’avance à 760 mm/mn, ce qui a plus que doublé la productivité par rapport à la méthode antérieure.

Très important, l’opération se déroule plus vite en toute sécurité avec des arêtes de coupe tenant plus longtemps. C’est sur quoi on comptait dès la planification. En plus de la robustesse de la géométrie de coupe tangentielle, l’atelier a bénéficié d’un revêtement PVD de TiAlN des plaquettes offrant une caractéristique plus glissante pour l’évacuation efficace des copeaux que le revêtement CVD pratiqué sur celles utilisées antérieurement. Celui-ci devait, qui plus est, être appliqué sur des arêtes préalablement rodées, donc moins vives que celles des plaquettes tangentielles obtenues dès leur pressage.

Précision supplémentaire dont l’importance n’est pas à négliger: sur l’action de coupe plus efficace, on doit reconnaître que c’est la manière dont la chaleur est répartie durant l’usinage avec la fraise à coupe tangentielle par rapport aux fraises classiques utilisées auparavant qui apporte un sérieux avantage supplémentaire pour l’utilisation des fraises à coupe tangentielle. En effet, bien que les copeaux sortent plus chauds qu’auparavant lors de la coupe, ce type de fraise et ses plaquettes peuvent être tenus à la main même après une passe d’ébauche complète. Ceci tient au fait que la chaleur générée dans la masse voisine de l’usinage en cours dans la pièce provoque un phénomène d’adoucissement de cette matière devant l’arête de coupe avant d’en être évacuée avec les copeaux. La chaleur est normalement ennemie des arêtes de coupe mais, dans ce cas, là elle devient une alliée. Tout réside, en fait, dans l’endroit où l’on renvoie cette chaleur.