Rugosité de surface dans l'usinage CNC

La rugosité de surface est un indicateur important pour mesurer les irrégularités microscopiques de la surface d'une pièce. Elle affecte directement sa résistance à l'usure, ses propriétés d'ajustement, sa résistance à la fatigue, ses performances d'étanchéité et son aspect. En usinage à commande numérique, un contrôle précis de la rugosité de surface est essentiel pour mesurer la qualité de l'usinage.

I. Concepts fondamentaux : Ra et Rz

Vous rencontrerez le plus souvent deux paramètres :

Ra (écart moyen arithmétique) : l'indicateur le plus couramment utilisé. Il s'agit de la moyenne arithmétique des valeurs absolues du décalage du contour sur la longueur d'échantillonnage. Plus la valeur Ra ​​est faible, plus la surface est lisse.

Compréhension intuitive : Ra reflète la différence de hauteur « moyenne » de la surface. Par exemple :

· Ra 0,8 μm : Marques de traitement visibles, mais lisses au toucher (réalisables grâce à fraisage de précision et tournage de précision).

· Ra 1,6 μm : Traces de traitement légèrement visibles (exigences générales de la norme pour le traitement fin).

· Ra 3,2 μm : Traces de traitement visibles (valeur courante pour la semi-finition).

· Ra 6,3 μm : Traces d'outils bien visibles (à l'état après usinage grossier).

Rz (Hauteur maximale) : Distance entre la ligne de crête du contour et la ligne de fond de la vallée sur la longueur d'échantillonnage. Cette méthode accorde une attention particulière aux pics et vallées extrêmes de la surface, qui sont plus importants pour les performances, notamment l'étanchéité.

En termes simples : Ra considère le « niveau moyen », tandis que Rz considère la « situation extrême ». En général traitement mécanique, Ra est plus couramment utilisé.

Ii. Quatre facteurs clés affectant la rugosité de surface

Le contrôle de la rugosité de surface implique essentiellement de contrôler l'interaction entre l'outil de coupe et la pièce. Les principaux facteurs d'influence peuvent être résumés en quatre points :

1. Paramètres de coupe (noyau du programme CNC

Vitesse de coupe (Vc) : Augmenter la vitesse de rotation ou la vitesse linéaire est généralement le moyen le plus efficace d'améliorer la finition. Des vitesses plus élevées peuvent réduire la formation d'arêtes rapportées (BUE), rendant la coupe plus fluide et permettant ainsi d'obtenir une surface plus lisse.

Avance (F) : C'est l'un des paramètres ayant le plus d'impact sur la rugosité. Réduire l'avance peut directement diminuer la hauteur des traces d'outil résiduelles sur la surface usinée (la rugosité théorique est proportionnelle au carré de l'avance).

· Profondeur de coupe (Ap) : Son influence sur la rugosité est généralement indirecte. Une profondeur de coupe excessive peut provoquer des vibrations et une déformation de l'outil, détériorant ainsi la qualité de surface.

2. Sélection des outils

Rayon de l'arc de pointe (Re) : Augmenter le rayon de l'arc de pointe est un autre outil puissant pour améliorer la rugosité de surface. Un rayon plus grand peut rendre les marques d'outil plus lisses et réduire considérablement la valeur théorique de la rugosité.

· Matériau de l'outil et revêtement : les revêtements avec une bonne résistance à l'usure (tels que TiAlN) et les substrats plus durs (tels que le carbure cémenté) peuvent garder le tranchant tranchant et réduire la détérioration de la surface causée par l'usure.

Usure des outils : L'usure des outils est le principal facteur de dégradation de la qualité de surface. Une lame émoussée comprime le matériau au lieu de le couper, provoquant des bavures, des déchirures et une forte augmentation de la rugosité de la surface. Les outils de coupe doivent être inspectés et remplacés régulièrement.

3. Machines-outils et serrage

· Rigidité/état des machines-outils : Les anciennes machines-outils présentant du jeu dans les roulements de l'arbre principal sont sujettes aux vibrations (battements), ce qui laisse des marques de vibrations évidentes sur la surface et endommager gravement la rugosité.

· Rigidité du serrage de la pièce : La pièce doit être fermement serrée. Toute légère vibration se répercutera sur la surface usinée.

· Précision de serrage de l'outil : l'utilisation de porte-outils de haute qualité (tels que des porte-outils thermorétractables ou des porte-outils hydrauliques) peut réduire le faux-rond de l'outil, garantir que tous les bords de coupe participent à la coupe de manière uniforme et obtenir une finition de surface uniforme.

4. Propriétés des matériaux

Dureté et ténacité des matériaux : Les matériaux visqueux (comme l'aluminium et l'acier inoxydable) sont sujets à la formation d'arêtes vives, dont les copeaux adhèrent à l'arête de coupe et abîment la surface usinée. Les matériaux cassants (comme la fonte) offrent un meilleur état de surface.

· Refroidissement et lubrification : L’utilisation correcte du liquide de refroidissement est d’une importance vitale.

Pour des matériaux tels que l'alliage d'aluminium, une quantité suffisante de liquide de refroidissement peut éliminer les copeaux, éviter les rayures sur la surface usinée et abaisser la température.

Pour l'acier inoxydable, l'alliage de titane et d'autres matériaux, l'utilisation d'un liquide de refroidissement à base d'huile ou d'un liquide de refroidissement haute pression peut lubrifier efficacement, réduire la force de coupe et supprimer les bords accumulés.

III. Compétences pratiques et solutions

Phénomènes problématiques, causes possibles, solutions

Des vibrations régulières apparaissent à la surface de la machine-outil/pièce/outil (battement). 1. Vérifiez et améliorez la rigidité du serrage. 2. Ajustez les paramètres de coupe (réglage précis de la vitesse de rotation ou de l'avance) pour modifier la fréquence de vibration. 3. Raccourcissez le porte-à-faux de l'outil de coupe et utilisez-en un plus épais.

Des matériaux déchirés et des bavures adhèrent à la surface de l'outil, et le bord accumulé est important. 1. Augmenter la vitesse de coupe. 2. Utiliser des outils tranchants avec des rainures de polissage. 3. Augmenter la concentration et le débit du liquide de refroidissement, ou utiliser un liquide de refroidissement avec un meilleur pouvoir lubrifiant.

Rugosité de surface inégale et usure des outils : 1. Inspectez et remplacez les outils usés. 2. Optimisez le chemin de traitement pour éviter que l'outil ne reste longtemps dans le coin.

La valeur Ra ​​cible ne peut être atteinte. La combinaison de paramètres est déraisonnable. 1. Essayez d'abord de réduire l'avance (F). Ensuite, essayez d'augmenter la vitesse de broche (S). 3. Remplacez l'outil par un outil avec un rayon de pointe plus grand (Re).

Problème de programmation du parcours de l'outil pour la différence de rugosité dans des zones spécifiques : 1. Utiliser une distance de pas plus petite (pas) pendant l'usinage de finition (généralement inférieure à 10 % du diamètre de l'outil). 2. Lors de la finition du contour, utiliser des arcs pour l'entrée et la sortie afin d'éviter une pénétration directe dans la pièce.

IV. Stratégies classiques d'ajustement des paramètres (en prenant l'exemple de l'usinage fin)

Pour obtenir une surface plus lisse (comme Ra 0,8), veuillez effectuer les réglages dans l'ordre de priorité suivant :

Premier choix : réduire la vitesse d'avance (F). C'est la méthode la plus directe et la plus efficace.

2. Deuxième choix : Augmenter la vitesse de coupe (Vc/S). Cependant, la vitesse nominale de l'outil de coupe et la capacité de la machine-outil doivent être prises en compte.

3. Encore une fois : Augmenter le rayon de l'arc à la pointe du couteau (Re). Si l'outil et le programme le permettent.

4. Dernier recours : utiliser une lame de polissage. Certains outils de coupe modernes sont équipés de tranchants spécialement polis, permettant d'obtenir une rugosité de surface extrêmement faible, même à des vitesses d'avance élevées.

Enfin, n’oubliez pas :

· Mesure : Évaluez objectivement les résultats à l’aide d’un rugosimètre de surface plutôt que de vous fier uniquement à l’œil nu et au toucher.

· Communication avec les fournisseurs : les fournisseurs d’outils peuvent fournir des suggestions de paramètres pour des matériaux et des types de traitement spécifiques.

· Expérimentez et enregistrez : effectuez des coupes d'essai simples, enregistrez les combinaisons de paramètres réussies et établissez votre propre bibliothèque de paramètres de traitement.

En comprenant systématiquement les facteurs ci-dessus et en appliquant ces techniques de manière flexible, vous serez en mesure de prédire et de contrôler efficacement la rugosité de surface de Usinage CNCet produire des produits de meilleure qualité.