Décalage est un procédé de usinage sophistiqué qui trouve ses racines dans les techniques de usinage chimique. À l'origine, cette méthode impliquait l'utilisation d'agent de gravure chimique pour pénétrer latéralement dans les matériaux, formant une cavité en retrait sous la surface, connue sous le nom de décalage. En passant de moyens chimiques à mécaniques, l'usinage par décalage utilise aujourd'hui des outils mécaniques pour creuser ces cavités spécialisées.
Cet article vise à éclairer les subtilités du processus d'usinage par décalage, y compris son évolution, ses différentes méthodologies et ses applications pratiques.
Qu'est-ce que l'usinage par décalage ?
Les outils de coupe droits standard coupent efficacement à travers la couche supérieure pour former une cavité souhaitée. Cependant, ils ne conviennent pas pour créer des cavités adjacentes ou en dessous de ces surfaces en raison de leur mouvement linéaire et de leur forme. Cette limitation nécessite une technique de coupe spécialisée pour réaliser ces types de coupes.
Usinage par décalage en T
Usinage par décalage est un procédé d'usinage particulier pour créer des surfaces en retrait à l'intérieur de composants mécaniques. Ces pièces usinées CNC avec décalages ont généralement une surface qui s'étend sur une autre.
Pour comprendre les décalages, imaginez la forme d'une rainure en T. La partie horizontale du “T” représente le décalage. Bien que le haut de la rainure soit facilement accessible et puisse être usiné avec des outils standard, le décalage horizontal — s'étendant vers l'intérieur et parallèle à la surface — ne peut pas être atteint directement de dessus.
Les décalages peuvent être externes ou internes. Les décalages externes, souvent trouvés dans les moules, sont relativement plus faciles à usiner car ils sont plus accessibles. En revanche, les décalages internes sont cachés à l'intérieur des composants et sont plus difficiles à créer. On les trouve couramment dans les moyeux d'engrenages, où une partie de la surface s'enfonce sous une autre.
Comment fonctionne l'usinage par décalage
L'usinage par décalage CNC est un processus difficile qui nécessite des processus personnalisés et des outils spécialisés.
comment les fraises à bout d'acier réalisent des décalages
Voici une note détaillée sur la façon dont les machinistes peuvent créer un décalage en usinage :
Étape 1 : Comprendre la géométrie
La première étape consiste en une analyse approfondie de la géométrie du composant. Examiner le profil pour déterminer si le décalage est interne ou externe. Documenter les stratégies d'usinage nécessaires et la séquence dans laquelle elles doivent être appliquées pour réaliser la conception souhaitée.
Étape 2 : Choisir les bons outils
Il n'existe pas d'outil universel pour l'usinage par décalage ; chaque tâche exige un outil CNC spécifique pour décalage. Choisir les outils en fonction du matériau et du profil ainsi que de la profondeur requise.
Étape 3 : Préparer la machine CNC
Préparer la machine CNC en saisissant les spécifications de conception détaillées via le logiciel CAD. Fixer la broche spécialement conçue pour l'usinage par décalage et fixer solidement le matériau sur la table de travail.
Étape 4 : Processus d'usinage
L'ajout de l'outil et le serrage de la pièce sont cruciaux, la machine CNC se charge du reste. Elle coupe automatiquement le matériau selon le trajet défini.
Étape 5 : Contrôle Qualité
La dernière étape du processus consiste en une inspection complète de la pièce usinée. Vérifiez que toutes les dimensions respectent les tolérances spécifiées et la plage souhaitée. Ce contrôle qualité garantit que l'encoche répond à toutes les exigences de conception et que la pièce fonctionne comme prévu.
Importance de l'encoche dans la fabrication moderne
Dans la plupart des cas, nous souhaitons éviter l'utilisation de l'encoche dans la conception. Cependant, lorsque nous voulons atteindre des objectifs fonctionnels et de conception, leur utilisation devient inévitable. Par exemple, les encoches sont essentielles pour permettre l'assemblage emboîté et sans couture des composants, notamment dans les conceptions nécessitant des mécanismes de verrouillage sécurisés sans recourir à des fixations externes.
De plus, les encoches contribuent également à la réduction du poids, en particulier dans l'industrie aéronautique, où chaque gramme compte pour l'efficacité du carburant et la capacité de charge utile. Cette technique permet de créer des cavités internes qui maintiennent la résistance tout en éliminant le matériau inutile ailleurs.
Les encoches font également partie de la plupart des systèmes hydrauliques. Elles servent de voies essentielles pour les fluides, créant des canaux et des espaces nécessaires au mouvement guidé des liquides ou des gaz.
Dans certains cas, notamment en tournage CNC, des encoches apparaissent à l'extrémité de la section filetée d'un arbre pour offrir un dégagement à l'outil de coupe lors de la transition vers une section transversale plus faible.
Types courants d'encoches en usinage
L'encoche est généralement une surface enfoncée ou recessée dans une pièce usinée. Elle peut avoir différents profils selon les applications. En fonction de ce profil géométrique, il existe plusieurs types d'encoches :
Encoche en T
Une encoche en T a une forme de ‘T’. Une telle cavité est généralement réalisée pour maintenir des pièces ensemble avec un dispositif en forme de T. La tête de la vis entre dans la rainure et peut glisser le long de la longueur pour la fixation.
L'encoche en T est réalisée en deux étapes. Initialement, une fraise à bout standard crée une rainure. Ensuite, un outil spécialisé (fraise en T) forme la forme en T. La fraise en T possède un arbre vertical appelé manchon et une lame de coupe perpendiculaire au manchon. Cette lame commence à partir de la section transversale de la rainure précédente et coupe l'encoche en horizontal. La fraise en T est généralement personnalisée par tournage CNC selon la nature du travail. Cependant, les largeurs d'outil disponibles varient généralement entre 3 et 35 mm.
Encoche d'un seul côté
Une encoche d'un seul côté cible spécifiquement une surface d'une pièce. Ces encoches sont destinées aux scénarios où un composant nécessite une rainure de précision d'un côté pour accueillir des assemblages spécifiques, notamment des joints ou des anneaux de retenue.
Une fraise à lollipop, qui coupe d'un seul côté, est utilisée pour réaliser une encoche d'un seul côté. Ce lollipop est fixé à une CNC multi-axes qui déplace l'outil autour de la périphérie de la pièce, là où la coupe est requise.
Encoche en queue d'aronde
Une encoche en queue d'aronde est purement destinée à l'assemblage de deux composants. Elle présente une conception de lame inclinée avec deux parties : une section en coin et une autre en creux. L'assemblage en coin se verrouille solidement dans la partie creuse, assurant la fixation des deux pièces.
Cette encoche est très courante dans l'industrie du bois. Ici, l'outil de coupe possède des bords légèrement coniques, avec des angles compris entre 45° et 60°.
Undercut effilé
Un undercut effilé possède une surface inclinée qui se réduit d’un côté à l’autre. Ce type d’undercut est particulièrement avantageux dans les applications où vous avez besoin d’un ajustement serré et frictionnel entre deux pièces, comme dans les assemblages mécaniques, ou lorsque l’esthétique d’une surface à dégradé fluide ajoute de la valeur au produit final.
L’usinage d’undercuts effilés implique l’utilisation de fraises à bout effilé, conçues pour tailler précisément la pente progressive de l’undercut.
Undercut taraudé
Les undercuts taraudés comportent des filetages internes, comme dans les vis et les boulons. Ils sont essentiels pour les pièces nécessitant un vissage. Des fraises à fileter et des tarauds spécialisés sont utilisés pour ajouter des filetages aux pièces à undercut. Les fraises à fileter tracent le chemin du filet en mouvement hélicoïdal et conviennent aussi bien pour le filetage interne qu’externe.
Undercut sphérique
Ces undercuts ont une surface courbe en 3D ressemblant à une sphère. Les undercuts sphériques apparaissent dans les pièces nécessitant un mouvement rotatif, comme les articulations sphériques ou les roulements.
Les fraises à bout boule facilitent l’usinage de ces formes d’undercut courbées. Ces fraises ont une extrémité arrondie qui permet de couper efficacement des profils courbes via un chemin CNC programmé.
Undercut à rainure de clavette
Les undercuts à rainure de clavette ont une fonction spécifique : accueillir une clavette qui verrouille deux pièces mécaniques ensemble et empêche leur rotation indépendante. Nous usinons ces undercuts dans des arbres ou d’autres composants rotatifs transmettant du couple. Un système d’engrenages en est un exemple parfait.
Les machinistes utilisent des alésoirs ou des fraises à rainure de clavette pour créer ces rainures. Un alésoir est un outil avec une série de dents de taille progressive, utilisé pour enlever la matière par un mouvement linéaire, créant une rainure ou une clavette précise en un seul passage. Une fraise à rainure de clavette est similaire à une fraise en T. Elle est insérée dans une fraiseuse, où elle tourne pour enlever la matière et former la rainure.
Undercut de décharge
Un undercut de décharge est souvent créé autour des roulements ou des arbres. Ici, une petite rainure ou cavité est taillée dans les pièces pour réduire les concentrations de contrainte ou offrir un dégagement.
Les fraises à bout d’undercut standard ou les fraises à rainurer peuvent usiner ces profils d’undercut. La fraise se déplace le long du chemin prédéfini autour des roulements ou des arbres, en enlevant la matière pour créer une rainure. Cette opération peut nécessiter plusieurs passes pour atteindre la profondeur et la forme exactes.
Undercut de gorge pour joint torique
Cette rainure est spécifiquement taillée pour accueillir un joint torique, créant ainsi un joint étanche entre les deux pièces. Des fraises spécialisées pour rainure de joint torique garantissent des dimensions précises et un placement exact de la rainure. Elles aident à prévenir les fuites dans diverses applications.
Aperçus techniques des différents undercuts
Obtenons quelques détails techniques sur ces types d’undercuts, et explorons leurs principales applications, outils, et défis.
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