Outils de coupe de tour pour le tournage CNC : types, géométrie et caractéristiques

Outils de coupe de tour
Jack Lie Expert en usinage CNC

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Les outils de coupe de tour jouent un rôle déterminant dans la production de pièces tournées avec un machine à tour et façonner les matériaux à la forme souhaitée, ce qui en fait un aspect crucial de Usinage CNC. Pour maximiser les avantages de ces outils, il est essentiel de comprendre les différents types d'outils de tour nécessaires pour effectuer différentes opérations. Cet article fournit un guide sur la gamme variée d'outils de tour utilisés dans le tournage CNC et explique comment sélectionner celui qui convient.

Qu'est-ce qu'un outil de coupe de tour ?

En règle générale, les outils de coupe utilisés sur les tours ont un bord aiguisé qui est appliqué contre une pièce en rotation pour enlever le matériau au niveau souhaité. Ces outils peuvent être placés sur un porte-outil pour les tours à métaux ou sur un porte-outil pour les tours à bois, et peuvent être ajustés à la main, par des volants ou par la technologie CNC.

Types d'outils de coupe

Les types courants d'outils de coupe de tour se répartissent en quatre grandes catégories de classification : matériaux, opérations, structure et sens d'alimentation.

Basé sur le matériel

Les outils de coupe de tour peuvent être classés dans les catégories suivantes en fonction du matériau dont ils sont faits :

1. Outils en acier rapide (HSS)

Outil de tour HSS

Ces outils sont fabriqués en acier rapide et peuvent couper à grande vitesse sans perdre leur dureté. Ils sont le plus souvent utilisés pour couper des métaux tels que l'acier, l'aluminium et fonte, créant des résultats exceptionnels pour l'usinage d'ébauche et de semi-finition. Les outils HSS sont faciles à affûter et ont une longue durée de vie.

2. Outils en carbure

Outil de tour au carbure

Ces outils de tour sont très durs et résistants à l'usure. Ils sont compatibles avec presque tous les matériaux avec la capacité de couper des métaux durs tels que l'acier inoxydable et le titane, ainsi que des matériaux abrasifs tels que bois ou composites. Les outils en carbure peuvent fonctionner à des vitesses élevées et ont une durée de vie plus longue que les outils HSS.

3. Outils diamantés

Outil de tour au diamant

Ces outils sont fabriqués à partir de matériaux diamantés synthétiques et sont utilisés pour couper des matériaux extrêmement durs, tels que le verre ou céramique. Les outils diamantés peuvent fonctionner à des vitesses élevées et ont une longue durée de vie. Néanmoins, ils sont si coûteux qu'ils limitent leur utilisation dans des applications industrielles.

4. Outils revêtus spéciaux

Comme son nom l'indique, ce sont généralement des outils HSS revêtus de matériaux spéciaux tels que la céramique, le nitrure de bore cubique (CBN), le carbure de tungstène, etc.

Outil de tour en céramique
  • Outils en céramique : Ces outils sont faits de matériaux céramiques et sont utilisés pour couper les métaux durs, tels que la fonte et les alliages résistants à la chaleur. Ils sont idéaux pour la coupe à grande vitesse et offrent une excellente finition de surface. Les outils en céramique sont très durs et résistants à l'usure.
  • Nitrure de bore cubique : Ce type d'outil est extrêmement dur et possède de nombreuses qualités souhaitables telles que la durabilité, la résistance à l'abrasion et est bien adapté à l'usinage grossier et aux tâches de coupe intermittentes, en particulier lorsque vous travaillez avec des matériaux en fonte.

Basé sur les opérations

1. Outil de tournage

Il existe deux principales catégories d'outils de coupe de tournage qui sont utilisés à des fins différentes : outils de tournage ébauche et outils de tournage finition.

  • Les outils de tournage rugueux sont utilisés pour retirer rapidement de grandes parties d'une pièce. Ils sont équipés d'un angle de coupe capable de résister aux pressions les plus élevées et de faciliter le démontage.
  • Les outils de tournage de finition sont utilisés pour enlever de plus petites sections d'une pièce. Comme leur nom l'indique, ils sont conçus pour créer des surfaces lisses et précises comme produit final. L'angle est conçu de manière appropriée pour atteindre ce résultat.
Outil de coupe tournant

2. Outil de chanfreinage

Les arêtes de coupe d'un outil de tournage droit réglé à un angle de chanfrein peuvent également fonctionner comme un outil de chanfreinage. Pour les tâches nécessitant des travaux de chanfreinage fréquents, un outil de chanfreinage spécialisé avec des arêtes de coupe latérales réglées à l'angle du chanfrein est utilisé.

Outil de chanfreinage

3. Outil de tournage d'épaule

Un épaulement carré est façonné par un outil de tournage à lame de couteau ou un outil de surfaçage, tandis qu'un outil de tournage droit avec un rayon de nez nul et un angle d'arête de coupe latéral est approprié pour un épaulement biseauté. Lorsqu'il s'agit d'un épaulement fileté, un outil de tournage droit est choisi, en tenant compte du rayon de bec correspondant de la pièce.

Outil de tournage d'épaule

4. Outil de coupe de fil

Les outils de filetage sont utilisés pour couper les fils sur une pièce de tour, avec deux types courants : filetage intérieur et filetage extérieur. Dans le filetage extérieur, le mandrin maintient ou centre la pièce, tandis que le filetage intérieur nécessite un mandrin pour saisir la pièce lorsque l'outil, enlevant les copeaux de la pièce, se déplace sur celle-ci selon un schéma linéaire.

Outil de coupe de fil

5. Outil de parement

Un outil de dressage est une machine-outil utilisée pour couper une surface perpendiculaire à l'axe de rotation d'une pièce. Il est maintenu par le porte-outil sur le chariot du tour pendant le processus, ce qui lui permet d'avancer perpendiculairement.

Outil de parement

6. Outil de rainurage

Des rainures peuvent être réalisées sur des surfaces cylindriques à l'aide de ces outils, la forme de la rainure étant déterminée par la forme de la machine-outil du tour. Les outils de coupe carrés et en forme de V sont des formes courantes.

Outil de rainurage

7. Outil de formage

Un outil de formage est un type d'outil qui combine un outil de tournage avec un outil de rainurage. Ces outils permettent de créer des formes complexes en une seule passe. Alors qu'un outil de tournage peut également être utilisé pour le formage, un outil de formage conçu avec précision peut améliorer la précision et réduire le temps de cycle.

Outil de formage

8. Outil ennuyeux

L'outil de forage est utilisé pour agrandir les trous en élargissant leur diamètre. Ces outils sont insérés dans des trous préexistants.

Outil ennuyeux
Outil ennuyeux

9. Outil de contre-alésage

Un outil d'alésage ordinaire peut effectuer une opération de contre-alésage, laissant un épaulement après le tournage, tandis qu'un contre-alésage à plusieurs arêtes de coupe est couramment utilisé.

Outil de contre-alésage

10. Outil de sous-cotation

L'outil de contre-dépouille ou de rainurage a une arête de coupe similaire à la forme de rainure requise, avec angles de dégagement de tous les côtés. L'avance longitudinale est utilisée pour l'arête de coupe de la rainure d'évidement et l'angle de dégagement avant dépend de l'alésage de travail.

Outil de sous-cotation

11. Outil de séparation

L'outil de tronçonnage est un outil étroit utilisé pour enlever le minimum de métal d'une pièce, généralement forgé pour être utilisé comme mèches pour les outils à pointe de carbure cémenté.

Outil de tronçonnage

12. Outil de moletage

Les outils de moletage ont deux rouleaux métalliques ou plus avec des motifs en relief dessus, souvent utilisés pour créer des empreintes pour augmenter l'adhérence sur la pièce.

Outil de moletage

Basé sur la structure

1. Type intégral

Ces outils sont de petite longueur et sont créés en façonnant une seule pièce de métal avec un bord tranchant d'une taille et d'une forme spécifiques. Cette construction offre une résistance qui permet à l'outil de résister à des forces de coupe élevées sans se casser.

2. Type de soudage

Le processus de soudage relie la tête de coupe et la tige, qui sont composées de différents matériaux. Un insert en carbure est intégré sur la tige, ce qui donne une structure compacte et facile à produire. Cet outil convient à divers outils de tournage, avec un avantage particulier pour les petits outils.

3. Type de pince

Fabriqués avec différents matériaux, la tête de coupe et la tige contiennent un mécanisme fixation pour fixer la lame insérée à la barre de coupe. Cet outil est couramment utilisé dans un tour CNC et la barre de coupe peut être réutilisée après le remplacement de la lame en raison de sa matité.

Basé sur la direction d'alimentation

1. Outil de droite

Les outils fonctionnent en enlevant des matériaux de droite à gauche, et ils ressemblent à des mains humaines dans leur conception. Le pouce droit indique la direction de l'avance et le tranchant principal se trouve sur le côté gauche de l'outil.

2. Outil gauche

Contrairement à la version droite, l'outil de coupe gauche enlève de la matière lors du déplacement de gauche à droite. Lorsque vous utilisez une main humaine gauche, le pouce représente la direction de l'alimentation et le tranchant principal se trouve du côté droit de l'outil.

3. Outil à nez rond

Les outils à bec rond ont une forme spécifique qui manque d'angles de coupe latéraux et arrière. Cette conception leur permet d'être utilisés pour les opérations de gauche à droite et de droite à gauche. Ils sont parfaits pour les travaux de finition où une surface lisse est nécessaire.

Outils de coupe de tour avec sens d'alimentation différent

Géométrie de l'outil de coupe du tour

Les machines-outils de tour sont disponibles dans une variété de géométries, et chaque géométrie diffère par ses performances, son efficacité et son efficacité dans l'opération de coupe donnée. Voici quelques-unes des pièces les plus courantes :

  • Angle de pointe: L'angle de pointe est l'angle formé entre les deux tranchants à la pointe de l'outil. Cet angle est généralement compris entre 60 et 120 degrés et est choisi en fonction du matériau à couper et de la finition de surface souhaitée.
  • Géométrie flûte: La forme et la taille des cannelures d'un outil de coupe peuvent affecter l'évacuation des copeaux, la durée de vie de l'outil et les efforts de coupe. Les géométries de flûte peuvent être droites, hélicoïdales ou variables, selon les besoins de l'application spécifique.
  • Angle de dépouille: L'angle de dépouille est l'angle entre la face de coupe et une ligne perpendiculaire à l'axe de l'outil. Cet angle affecte la résistance de l'arête de coupe et peut également avoir un impact sur l'évacuation des copeaux.
  • Angle de coupe: L'angle de coupe est l'angle entre la surface supérieure de l'outil de coupe et une ligne perpendiculaire à l'axe de l'outil. Un angle de coupe positif peut améliorer les performances de coupe, mais il peut également augmenter les forces de coupe et générer plus de chaleur.
  • Angle de coupe: C'est l'angle entre le tranchant et une ligne perpendiculaire à la surface à couper. Un angle d'arête de coupe plus petit crée une arête de coupe plus nette, mais augmente également les forces de coupe et le risque de rupture d'outil. Un angle d'arête de coupe plus grand diminue les forces de coupe mais peut produire une finition plus rugueuse.
  • Angle de dégagement: L'angle de dégagement est l'angle entre le flanc de l'outil et la surface de la pièce. Un angle de dégagement plus grand peut augmenter le flux de copeaux et réduire les efforts de coupe, mais il peut également affaiblir l'arête de coupe.

Choisir le bon outil pour le travail

Lors du choix d'un outil de coupe de tour, il est essentiel de connaître les aspects spécifiques de l'outil. Voici quelques facteurs critiques dont vous devez tenir compte.

Considérations relatives au matériel

1. Métaux mous

Lors de la coupe de métaux mous comme l'aluminium, le laiton et le cuivre, le matériau de l'outil doit avoir une résistance élevée à l'usure pour éviter l'émoussement et les arêtes accumulées résultant du collage du métal sur les arêtes de coupe. La ténacité est également importante pour éviter les bris dus aux longs copeaux produits par les métaux mous. L'outil de coupe doit également avoir une bonne résistance à la chaleur pour supporter les températures élevées créées lors de la coupe de métaux mous. Les matériaux ayant ces propriétés tels que l'acier rapide, l'acier rapide traité thermiquement, le carbure de tungstène et l'acier rapide avec du cobalt ajouté sont préférés.

2. Métaux durs

La coupe de métaux durs comme l'acier ou le titane nécessite l'utilisation d'outils capables de résister à des pressions et des températures élevées lors de l'usinage. En termes de dureté, le matériau de coupe doit être plus dur que la pièce à usiner. La céramique ou le nitrure de bore cubique (CBN) sont utilisés pour couper les métaux durs. La ténacité est également importante, car les métaux durs créent des copeaux courts et abrasifs qui peuvent endommager les arêtes de coupe. Les outils de coupe fabriqués avec des matériaux à haute ténacité tels que le carbure ou l'acier rapide peuvent résister aux forces abrasives et durer plus longtemps. De plus, les outils de coupe en acier rapide à haute teneur en cobalt ou en carbure avec ajout de carbure de tungstène ou de cobalt offrent une meilleure résistance à la chaleur.

3. Plastiques

Les propriétés anti-adhésives sont nécessaires pour les outils de coupe afin d'éviter que le plastique ne colle au bord et ne provoque une dégradation de la finition de surface. De plus, les outils de coupe avec des matériaux à haute conductivité thermique sont préférés pour une coupe efficace des plastiques en raison de leur faible conductivité thermique. Les outils fabriqués avec des matériaux tels que revêtus de diamant ou revêtus de PCD peuvent avoir des propriétés anti-adhésives. L'acier rapide et les alliages de cobalt moulés sont de bons choix pour les matériaux à conductivité thermique élevée. Les fraises en carbure sont excellentes pour les propriétés de rétention de la netteté, réduisant le risque de bris d'outil lors de l'usinage du plastique.

Géométrie de l'outil et paramètres de coupe

La direction dans laquelle un outil coupera est déterminée par l'emplacement de son tranchant. La bonne géométrie d'outil dans la coupe au tour, ainsi que les considérations de durabilité et de performance, jouent un rôle important dans l'optimisation du processus de coupe pour la pièce spécifique à usiner.

La forme de pièce souhaitée

Différents types d'outils de tour peuvent être utilisés pour obtenir une forme spécifique. Ainsi, les machines-outils de tour appropriées doivent être sélectionnées en fonction du résultat souhaité. En raison de la nature compliquée de nombreux projets d'usinage CNC, plusieurs outils de coupe peuvent être nécessaires.

Conclusion

Le choix des bons outils de coupe de tour est crucial pour la réussite des opérations de tournage CNC. La sélection appropriée des outils de coupe aura un impact significatif sur l'efficacité et la qualité du produit final. Cet article fournit un guide de base sur les différents outils de tour dans quatre catégories principales, leurs géométries et les considérations clés pour vous aider à déterminer celui qui convient à vos projets.

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