Présentation

Le rayon du nez de l'outil est l'un des paramètres les plus influents de l'usinage, mais sa sélection est souvent traitée comme une réflexion. Le rayon à l'extrémité d'un insert de coupe régit directement la finition théorique de la surface, les forces de coupe, la durée de vie de l'outil et la stabilité du processus. Une compréhension approfondie de cette caractéristique géométrique est essentielle pour optimiser tout tournage, fraisage ou opération ennuyeuse.

Qu'est-ce que le nez de l'outil Radius?

Le rayon du nez de l'outil est le coin arrondi à l'intersection de la pointe principale de l'outil et de la pointe de coupe mineure (fin). Il est habituellement spécifié en millimètres ou pouces. Les rayons du nez de l'insert standard varient généralement de 0,2 mm (0,08 po) pour les finitions fines à 2,4 mm (0,094 po) ou plus pour les rugissements lourds. Le rayon est souvent gravé sur l'emballage de l'insert, comme 0,8 mm ou R0,8.

Sur un insert de tournage typique, le rayon du nez est un arc circulaire qui relie l'angle de coupe latéral à l'angle de coupe final. La géométrie exacte peut varier en insérant la forme (par exemple CNMG, VNMG, TNMG) et par l'angle de clairance de l'insert. Le rayon du nez est distinct du lisière ou de la chanfrein – le rayon du nez définit la macro-forme de l'extrémité de coupe, tandis qu'un bord acajou est une micro-géométrie appliquée aux bords de coupe.

La géométrie du rayon de l'outil et sa relation avec l'alimentation et la profondeur de la coupe

Le rayon du nez interagit avec la vitesse d'alimentation et la profondeur de coupe pour déterminer les caractéristiques géométriques de la surface usinée. Pour une vitesse d'alimentation donnée, un rayon du nez plus grand crée un chemin plus large et plus plat sur la pièce, réduisant la hauteur des pics et des vallées laissés par chaque révolution de coupe.

Dans une opération de virage, le rayon du nez définit également l'angle de plomb effectif lorsque la profondeur de coupe est inférieure au rayon. Pour les petites profondeurs de coupe, le bord de coupe ne s'engage que le long de la partie courbée du nez, créant un angle de plomb variable qui influence l'épaisseur des copeaux et les forces de coupe.

Comment l'outil Le radius du nez affecte le fini de surface

Tendance théorique de la surface

La relation fondamentale entre le rayon du nez, la vitesse d'alimentation et la rugosité théorique de la surface est donnée par:

Toux théorique (Ra) -- (f2) / (32 × R)

où f est le flux par révolution et R est le rayon du nez. Cette équation suppose des conditions idéales sans bord intégré, sans usure de l'outil et une cinématique parfaite. Elle montre que le doublement du rayon du nez réduit la rugosité théorique par un facteur de quatre au même débit d'alimentation. Inversement, réduire de moitié le flux réduit encore plus considérablement la rugosité parce que le terme d'alimentation est carré.

Par exemple, à un aliment de 0,1 mm/rév avec un rayon de 0,4 mm, le Ra théorique est d'environ 0,78 μm. L'utilisation d'un rayon de 1,2 mm au même aliment donne un Ra d'environ 0,26 μm.

Déviations du monde réel

La finition réelle de la surface diffère souvent de la valeur théorique en raison de plusieurs facteurs:

  • Arête de montage (BUE):[ Des vitesses de coupe faibles et des matériaux de pièce adhésive font souder le matériau sur le nez, déchirant la surface et augmentant la rugosité.
  • L'usure de l'outil: L'usure du flans et du nez changent le rayon efficace et créent des motifs de surface irréguliers.
  • La rigidité de l'outil de machine:[ Le bavardage et les vibrations de la rigidité médiocre amplifient les irrégularités de surface.
  • Propriétés du matériau: La dureté, la ductilité et le contenu abrasif influent sur la façon dont le matériau circule autour du rayon.
  • Marques de nourriture et ondulation:[ L'équation théorique ne prédit que la rugosité liée à l'alimentation; on ne saisit pas l'ondulation de basse fréquence à partir d'erreurs de broche ou de diapositive.

Pour ces raisons, le choix d'un rayon du nez uniquement à partir de l'équation théorique conduit souvent à des résultats décevants.

Avantages et inconvénients de différents rayons de nez

Un grand rayon de nez (≥ 0,8 mm)

Avantages:

  • Produit une finition de surface plus fine à une vitesse donnée d'alimentation.
  • Distribue les forces de coupe sur une longueur d'engagement plus longue, réduisant la concentration de contrainte au bord de coupe.
  • Augmente la résistance de l'outil – le rayon plus grand fournit une section transversale plus épaisse à l'extrémité, réduisant ainsi le risque de copeaux.
  • Il permet une meilleure dissipation de la chaleur de la zone de coupe.
  • Réduit la tendance à l'usure des encoches à la ligne de coupe.

Drawbacks:

  • Augmente significativement les forces radiales (flousse), ce qui peut provoquer une déviation partielle ou une poussée de l'outil, en particulier dans les pièces minces ou avec de longs surplombs.
  • Conduis à une consommation de puissance et à un couple plus élevés.
  • Génére des puces plus larges qui peuvent envelopper l'outil ou la pièce de travail, ce qui complique l'évacuation des puces.
  • Moins adapté aux petites profondeurs de coupe où seule la partie du nez est engagée – le grand rayon peut produire un angle de plomb zéro, augmentant les forces de coupe et provoquant des vibrations.
  • Ne peut pas machiner de petits coins intérieurs ou détails fins; limité aux applications avec un dégagement adéquat.

Petit rayon du nez (= 0.4 mm)

Avantages:

  • Faibles forces de coupe dans toutes les directions, idéales pour les pièces à paroi mince, minces ou difficiles à pincer.
  • Peut machiner de petites caractéristiques, des coins serrés, et des profils détaillés.
  • Efficacité pour les opérations de roulage où le fini de surface n'est pas critique et le taux d'enlèvement des matériaux est prioritaire.
  • Moins enclins aux forces radiales qui provoquent des vibrations; mieux pour les configurations instables.

Drawbacks:

  • Nécessite des débits d'alimentation très bas pour obtenir une bonne finition de surface, réduisant la productivité.
  • Pointe faible – le petit rayon est plus sensible aux écaillages et aux chocs thermiques, surtout en cas de coupures interrompues.
  • Une forte concentration de contrainte au bord de la coupe, entraînant une usure plus rapide des flancs.
  • La tendance à laisser des marques d'alimentation distinctes qui peuvent nécessiter une opération de finition secondaire.

Sélection du bon rayon de nez

Le choix du rayon approprié du nez implique l'équilibrage de plusieurs facteurs. Aucun rayon ne fonctionne pour toutes les opérations; chaque application doit être évaluée individuellement.

Matériel de la pièce

  • Les aciers et les fontes:[ Les rayons moyens de 0,4 à 0,8 mm sont communs. Les matériaux plus résistants (au-dessus de 40 HRc) bénéficient de rayons plus grands (0,8 à 1,6 mm) pour réduire les décrochages de bord.
  • Les alliages d'aluminium et non ferreux: Des bords plus pointus (0,2–0,4 mm) peuvent atteindre d'excellentes finitions car le bord bâti est moins problématique à haute vitesse.
  • Les aciers inoxydables et les alliages à haute température:[ Les rayons plus grands (0,8–1,2 mm) aident à répartir la charge thermique et à réduire les encoches à la ligne de la profondeur de coupe.

Type d'opération

  • Toux: Rayons petits à moyens (0,4–0,8 mm) maintiennent les forces à un niveau faible. Le taux d'enlèvement des matériaux est plus important que la finition.
  • semi-finissage:[ Les rayons moyens (0,8–1,2 mm) équilibrent la productivité et la qualité de la surface.
  • Finition : Les grands rayons (1,2–2,4 mm) permettent des débits d'alimentation élevés tout en atteignant des valeurs de Ra faibles. Cependant, pour les finitions très fines (<0,2 μm Ra), les petits rayons avec des flux extrêmement faibles sont parfois préférés parce qu'ils produisent une charge de puce plus uniforme.

Rigidité de la machine et stabilité de la pièce à usiner

  • Machines puissantes et rigides:[ Peut gérer en toute sécurité les rayons nasaux plus grands avec des flux plus élevés et des profondeurs de coupe.
  • Machines de service léger ou plus anciennes:[ Des rayons plus petits empêchent les bavardages et les surcharges.
  • Sveltes ou longs surplombs :[ Utilisez le plus petit rayon qui satisfait aux exigences de finition de surface pour minimiser les forces radiales et la déflexion.

Préparation et revêtement des bords

Les inserts modernes combinent souvent un rayon de nez spécifique avec un T-land, chanfrein ou hone. Un rayon de nez plus grand avec un T-land négatif est typique pour tourner l'acier avec des taux d'alimentation élevés. Pour la finition de l'acier inoxydable, un insert de râteau positif avec un petit rayon de nez et un hone léger fonctionne bien. Consultez toujours la recommandation du fabricant de l'insert pour la géométrie spécifique.

Radius et forces de coupe de l'outil

Le rayon du nez influence directement les trois composantes de la force de coupe : tangentiel (découpe), radial (flût) et axial (alimentation).

  • La force tangentielle (force principale de coupe) augmente légèrement avec des rayons plus grands en raison d'un plus grand engagement des bords et d'un épaississement des copeaux.
  • La force radar augmente considérablement avec le rayon du nez. Par exemple, passer d'un rayon de 0,4 mm à 1,2 mm à la même profondeur et à la même alimentation peut doubler ou tripler la force radiale.
  • La force axiale est moins affectée, mais peut changer si le rayon modifie l'angle de plomb effectif.

Quantification : Dans un essai de tournage sur l'acier AISI 1045 avec une profondeur de coupe de 2 mm et un aliment de 0,2 mm/rév, un rayon de 1,2 mm du nez a produit environ 45 % de force radiale plus forte qu'un rayon de 0,4 mm. La force tangentielle a augmenté d'environ 15 %.

Pour les opérations limitées par la puissance de la broche ou la résistance du porte-outils, le choix d'un rayon plus petit peut permettre des taux d'enlèvement de matériaux plus élevés sans surcharger le système.

Formation et contrôle des puces

Le rayon de la crosse affecte également la forme de la crosse. Avec un rayon plus grand, la section de la crosse devient plus large et plus mince, ce qui entraîne des croustilles plus longues et plus fictives qui peuvent s'enchevêtrer autour de la pièce ou de l'outil.

Les brisures sur l'insert compensent souvent cet effet. De nombreux inserts enduits modernes ont des anciens de puces à géométrie positive conçues pour fonctionner avec des rayons spécifiques du nez. L'utilisation d'un briseur de puces adapté au rayon et à la plage d'alimentation est essentielle pour un contrôle fiable des puces.

En fraisage, le rayon du nez influence la variation de l'épaisseur des puces autour de l'arc de coupe. Un rayon plus grand réduit l'épaisseur maximale des puces pour le même aliment par dent, ce qui peut diminuer les forces de coupe mais peut aussi conduire à frotter au lieu de couper si l'épaisseur des puces devient trop fine.

Le rayon de l'outil dans diverses opérations d'usinage

Tourner

Le virage est l'application la plus courante où le rayon du nez est un paramètre de sélection primaire. Le virage externe, le face et le rainure reposent tous sur les mêmes relations de base. Pour le forage interne, le rayon du nez doit être plus petit que le rayon minimal d'angle interne requis par l'impression de la pièce. De plus, une barre plus grande peut accueillir un rayon d'insertion plus grand, mais le surplomb de la barre doit être considéré – un grand rayon générant des forces radiales élevées sur une longue barre peut causer des discussions sévères.

Fraisage

Pour le broyage et le broyage des épaules, le rayon du nez est équivalent au rayon du coin sur un insert carré de l'épaule ou au rayon sur un insert rond. Pour le broyage, les rayons plus grands (6–12 mm pour les broyeurs de visage) améliorent la finition de la surface et augmentent la durée de vie de l'outil. Pour le finissage, les rayons moyens (0,8–4 mm) sont communs.

Pour les broyeurs à bout de boule, le rayon effectif n'est pas constant – le diamètre réel de coupe varie le long du profil de la boule. Le rayon du nez définit essentiellement la forme de la boule entière. Un rayon de boule plus grand (p. ex. 8 mm vs 4 mm) laisse une hauteur de pétoncle plus lisse pour la même marche arrière dans le traitement multiaxes, mais exige également une plus grande rigidité de la machine.

Considérations pratiques et pratiques exemplaires

  • À partir de la condition de finition de surface:[ Utilisez l'équation de rugosité théorique pour estimer un rayon de nez de départ et une combinaison d'alimentation, puis ajustez-vous en fonction des résultats pratiques.
  • Ne pas dépasser le rayon du nez lorsqu'on spécifie la profondeur de coupe: Pour les passages de finition, une profondeur de coupe inférieure au rayon du nez produit souvent une faible finition de surface parce que la coupe n'est effectuée que sur la partie du nez courbé.
  • Un nez usé augmentera la rugosité de la surface. Si la finition se détériore plus tôt que prévu, il faut envisager une qualité plus résistante à l'usure ou un rayon plus grand pour étendre l'usure.
  • Utilisez des inserts d'essuie-glaces lorsque la productivité est primordiale :[ La géométrie de l'essuie-glaces utilise un rayon secondaire spécialement moulu qui aplatit les marques d'alimentation, permettant des débits d'alimentation élevés avec de grands rayons nasaux.
  • Vérifier le catalogue des supports d'empiècement:[ Chaque support d'outil a une forme et une taille maximales d'empiècement.
  • Considérer le coût:[ Les inserts plus grands avec des rayons plus gros du nez sont généralement plus chers par bord, mais peuvent fournir une durée de vie plus longue et une productivité plus élevée. Effectuer une analyse coût-par-partie.

Conclusion

Une sélection générique peut conduire à des résultats sous-optimaux; un choix délibéré basé sur le matériel, le fonctionnement, les capacités de la machine et les objectifs de finition de surface donne des améliorations mesurables. En appliquant les relations théoriques comme point de départ et en s'adaptant aux conditions réelles comme le bord bâti, les vibrations et l'usure des outils, les fabricants peuvent obtenir des finitions de surface cohérentes et de haute qualité tout en maintenant des débits d'alimentation productifs.

Pour plus de détails, consultez les recommandations des principaux fabricants concernant les outils de coupe :