Si vous décidez que l'opération d'usinage CNC est la méthode dont vous avez besoin pour réaliser votre pièce, alors vous devez savoir que la profondeur de coupe (DOC) est l'un des 3 paramètres les plus importants affectant la qualité du produit usiné.
Cet article vous aidera à comprendre ce que signifie la profondeur de coupe en usinage, pourquoi vous devez la contrôler, quelle est la différence entre l'épaisseur de copeau et la profondeur de coupe, et comment la calculer.
Qu'est-ce que la profondeur de coupe en usinage ?
Dans le processus d'usinage, la profondeur de coupe est simplement la profondeur à laquelle l'outil de coupe pénètre dans une pièce et la coupe pour créer un copeau. Dans un processus de coupe idéal, lorsque l'outil CNC se déplace vers la gauche avec une certaine profondeur à l'intérieur de la surface de la pièce, il crée un copeau. Cette profondeur est appelée profondeur de coupe ou DOC. Si vous cherchez une application simple et similaire, vous pouvez voir comment les curls ou les copeaux de chocolat sont coupés.
processus de tournage montrant l'avance et la profondeur de coupe
Les valeurs de profondeur de coupe sont mesurées en pouces ou en millimètres et varient généralement entre 0,1 et 1 mm.
Pourquoi est-il nécessaire de contrôler la profondeur de coupe en usinage ?
La profondeur de coupe a un effet direct sur le processus d'usinage, tel que :
La chaleur augmente à l'extrémité de l'outil ;
Le taux d'usure de l'outil ;
La résistance du produit traité ;
La qualité de la surface usinée.
Par exemple, il y a une tendance à la formation de l'Arête Encrassée (BUE) avec les métaux annealés plus que ceux travaillés à froid dans le processus de coupe. Le type de copeau BUE consiste en des couches de copeaux qui s'accumulent à l'extrémité de l'outil. Par conséquent, si la profondeur de coupe est trop importante, un BUE non contrôlé affecte également négativement la finition de la surface.
profondeur de coupe en usinage
Comment la profondeur de coupe interagit-elle avec d'autres facteurs d'usinage ?
La profondeur de coupe est l'un des facteurs indépendants affectant le processus d'usinage, ce qui signifie qu'elle est contrôlée par l'opérateur. Cependant, la profondeur de coupe interagit avec d'autres facteurs et influence la surface résultante de la pièce ainsi que ses propriétés.
Profondeur de coupe et fluide de refroidissement
En diminuant la profondeur de coupe, la courbure du copeau diminue et le copeau devient plus frisé. Dans ce cas, et lorsque la chaleur augmente à l'extrémité de l'outil, vous pourriez penser qu'ajouter un fluide de refroidissement améliorera le refroidissement du processus.
Cependant, l'ajout d'un fluide de coupe CNC rend le copeau encore plus frisé, diminue le contact entre l'outil et le copeau, et concentre la chaleur à l'outil, ce qui augmente considérablement l'usure de l'outil. Dans ce cas, un brise-copeaux pourrait être utile.
Profondeur de coupe, angle de dépouille et vitesse de coupe
Un autre exemple peut être trouvé dans l'usinage des thermoplastiques. Les thermoplastiques ont généralement une faible conductivité thermique et un faible module élastique. Cela signifie qu'ils sont fortement affectés par les fluctuations de température à la pointe de l'outil lors de l'usinage. La profondeur de coupe, l'angle de dépouille et la vitesse de coupe doivent tous être ajustés en fonction les uns des autres pour éviter la montée en température et la formation de copeaux gommeux et collants à la pointe de l'outil.
Il est également utile de savoir que la profondeur de coupe est l'un des trois principaux paramètres affectant la durée de vie de l'outil, avec la vitesse de coupe et l'avance.
Comment calculer la profondeur de coupe ?
L'importance d'avoir des relations quantitatives entre différentes variables est évidente lorsque vous avez besoin de calculer la profondeur de coupe, pourquoi la température de l'outil devient-elle élevée ? pourquoi la finition de surface est-elle mauvaise ? pourquoi l'usure de l'outil de coupe est-elle rapide ? Et bien d'autres encore.
Pour calculer la profondeur de coupe, vous devez spécifier les paramètres suivants :
Quel est le procédé d'usinage (Fraisage, Tournage, etc.)
Matériau de la pièce
Propriétés de la pointe de l'outil
Capacités de la machine
Finition de surface requise et tolérance
Profondeur de coupe en tournage
En tournage CNC, la pièce tourne pendant que l'outil enlève une couche de matériau en se déplaçant le long de la longueur de la pièce. La profondeur de coupe peut être la même que l'avance ou la vitesse d'avance, qui est simplement la distance que l'outil parcourt le long de la pièce à chaque révolution dans le temps, et elle a pour unité mm/min.
Par conséquent, la profondeur de coupe peut être simplement définie par l'épaisseur du matériau enlevé et peut être calculée à partir de :
formule de calcul de la profondeur de coupe en tournage
schéma de la profondeur de coupe du processus de tournage
Profondeur de coupe en fraisage
Dans le processus de fraisage CNC, l'outil tourne pendant que la pièce reste stable. La profondeur de coupe est simplement la profondeur à laquelle l'outil coupe dans la pièce en un seul tour. Généralement, la profondeur de coupe est 4 fois le diamètre de l'outil de coupe pour les grands diamètres supérieurs à 20 mm et 10 fois la taille du diamètre pour les diamètres d'outil plus petits.
profondeur de coupe en fraisage
Comparer la valeur de l'épaisseur de copeau et la valeur de la profondeur de coupe
Il est important de différencier l'épaisseur de copeau et la profondeur de coupe car ils NE SONT PAS la même chose et N'ONT PAS la même valeur.
Pour l'expliquer, nous devons examiner plus en détail la Figure 1 du processus de coupe idéal. La valeur de la profondeur de coupe (notons-la avec to) est différente de l'épaisseur de copeau (tc).
processus de coupe idéal
Figure 1 : processus de coupe idéal
Le processus d’élimination du copeau se fait par cisaillement sur un plan de cisaillement bien défini et avec un angle de cisaillement ϕ comme illustré dans la Figure 2 suivante. Cela fait que la valeur de l’épaisseur de copeau est toujours supérieure à celle de la profondeur de coupe.
mécanisme de base de la formation du copeau
Figure 2 : mécanisme de base de la formation du copeau
Rapport de coupe vs. Rapport de compression du copeau
Le rapport entre la profondeur de coupe et l’épaisseur du copeau to/tc est appelé le ratio de coupe ou ratio d’épaisseur de copeau et est noté (r) et peut être calculé comme suit :
rapport profondeur de coupe / épaisseur de copeau r
Il peut également être calculé à partir de l’angle de cisaillement ϕ et de l’angle de dépouille α comme montré dans la Figure 1 comme suit :
formule du coefficient r - angle de cisaillement ϕ et angle de dépouille α
où :
ϕ : angle de cisaillement
α : angle de dépouille
L’inverse de cette valeur est appelé ratio de compression du copeau ou facteur de compression du copeau, ce qui indique à quel point l’épaisseur du copeau est comparée à la profondeur de coupe.
Bonus : Profondeur de coupe versus forces de coupe et puissance
Connaître la force de coupe et la puissance est crucial pour calculer la DOC. Ils peuvent fournir des paramètres importants tels que :
Outils avec les résistances requises pour éviter une usure rapide et assurer la meilleure efficacité et finition de surface.
Supports et fixations de pièce qui peuvent supporter ces forces avec une déformation minimale.
La puissance requise est simplement le produit de la force de coupe multipliée par la vitesse et peut être calculée comme suit :
Formule de calcul de la puissance de coupe
où Fc est la « force de coupe » et est définie comme la force exercée par l'outil pour couper à travers la pièce, et agit dans la même direction que la vitesse de l'outil V.
L'énergie spécifique totale est l'énergie totale requise pour effectuer la force de cisaillement nécessaire pour couper la surface (us), en plus de l'énergie spécifique de friction qui est l'énergie requise pour surmonter la friction entre l'outil et la surface (uf).
L'énergie spécifique de cisaillement et l'énergie spécifique de friction sont liées à la profondeur de coupe et peuvent être calculées comme suit :
La vitesse de l'écrou est liée à la vitesse de coupe comme suit :
formule de calcul pour la profondeur de coupe et l'énergie spécifique de cisaillement
formule de calcul pour la profondeur de coupe et l'énergie spécifique de friction
forces agissant dans la zone de coupe
Par conséquent, il est utile de mentionner que ces formules peuvent être inversées pour calculer la profondeur de coupe si vous disposez de paramètres spécifiques à la machine.
Calcul de la vitesse d'écrou et de la vitesse de coupe
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