Le fraisage par plongée est un procédé d’usinage par enlèvement de matière où l’outil pénètre dans la pièce le long de l’axe Z (axe vertical, perpendiculaire à la surface de la table de la machine-outil) par mouvements de descente successifs, plutôt que par des déplacements latéraux (fraisage latéral, où l’outil se déplace parallèlement à la surface de la pièce). Contrairement au fraisage latéral, qui est adapté à l’enlèvement de matière sur des surfaces planes ou des parois, le fraisage par plongée excelle dans l’ébauche de cavités profondes — c’est-à-dire des zones de la pièce où la profondeur est supérieure à la largeur ou à la longueur de la zone à usiner.
Les propriétés qui définissent son utilité pour l’ébauche de cavités profondes sont :
Lors d’une opération de fraisage par plongée, l’outil enlève de la matière par une succession de coupes intermittentes : chaque dent de l’outil pénètre dans la matière, enlève un copeau, puis se dégage avant de pénétrer à nouveau. Ce comportement diffère du fraisage latéral sur plusieurs points clés :
Les forces de coupe se décomposent en trois composantes :
Ce profil de forces explique pourquoi le fraisage par plongée est moins sensible à la déflexion : la force axiale est absorbée par la rigidité de l’axe Z de la machine, du porte-outil et de l’outil, qui sont généralement plus rigides que les axes X et Y. Par exemple, sur la machine GA-MV856 (centre d’usinage vertical), la rigidité de l’axe Z est conçue pour supporter des forces axiales importantes, ce qui en fait un choix adapté au fraisage par plongée.
La chaleur générée lors de la coupe est principalement évacuée par les copeaux, comme dans tous les procédés d’usinage par enlèvement de matière. Cependant, en fraisage par plongée, la chaleur est répartie plus uniformément sur les dents de l’outil que dans le fraisage latéral. En effet, chaque dent est en contact avec la matière pendant une durée plus courte, et la rotation de l’outil permet à chaque dent de se refroidir entre deux coupes. Ceci réduit la température de l’outil et augmente sa durée de vie.
Les copeaux générés par le fraisage par plongée sont généralement plus courts et plus faciles à évacuer que ceux du fraisage latéral. En effet, la plongée de l’outil crée des copeaux qui se détachent de la matière et sont évacués par les canaux de l’outil vers l’extérieur de la cavité. Ceci est particulièrement important pour les cavités profondes, où une mauvaise évacuation des copeaux peut causer un réusinage des copeaux (l’outil coupe les copeaux déjà formés, ce qui augmente l’usure et la chaleur).
L’usure de l’outil en fraisage par plongée est principalement due à l’abrasion (frottement des copeaux sur les dents) et à l’adhésion (collage de matière sur les dents). Contrairement au fraisage latéral, l’usure par écaillage (cassure partielle des dents) est moins fréquente car les forces latérales sont faibles. L’usure se manifeste principalement par un émoussement des arêtes de coupe, qui augmente progressivement la force axiale nécessaire pour plonger.
Les paramètres de fraisage par plongée dépendent du matériau de la pièce, de la machine-outil et de la géométrie de l’outil. Voici des plages de paramètres pour des matériaux courants (acier doux, acier allié, aluminium) et les compromis associés :
La vitesse de coupe est la vitesse linéaire de la dent de l’outil par rapport à la pièce, exprimée en mètres par minute (m/min). Elle est calculée par la formule : Vc = (π × D × N) / 1000, où D est le diamètre de l’outil (mm) et N est la vitesse de rotation du broche (tr/min).
| Matériau | Plage de Vc (m/min) | Compromis |
|---|---|---|
| Aluminium | 150-300 | Vitesse élevée = productivité, mais risque de formation de bavures |
| Acier doux | 80-150 | Vitesse modérée = réduction de l’usure, mais productivité plus faible |
| Acier allié | 50-100 | Vitesse faible = protection de l’outil, mais temps de cycle plus long |
La vitesse de rotation du broche est limitée par les spécifications de la machine. Par exemple, la GA-DV750 (centre d’usinage vertical à broche électrique haute vitesse) a une vitesse maximale de 30 000 tr/min, ce qui permet d’atteindre des vitesses de coupe élevées pour des outils de petit diamètre. La GA-MV856, quant à elle, a une vitesse maximale de 12 000 tr/min, ce qui est adapté à des outils de plus grand diamètre.
L’avance par dent est la distance parcourue par l’outil pendant que chaque dent effectue une rotation, exprimée en millimètres par dent (mm/dent). Elle détermine la quantité de matière enlevée par chaque dent.
| Matériau | Plage de fz (mm/dent) | Compromis |
|---|---|---|
| Aluminium | 0.1-0.3 | Avance élevée = productivité, mais risque de casse d’outil si trop haute |
| Acier doux | 0.08-0.2 | Avance modérée = équilibre entre productivité et usure de l’outil |
| Acier allié | 0.05-0.15 | Avance faible = protection de l’outil, mais temps de cycle plus long |
L’avance par dent est limitée par le couple du broche. En effet, une avance plus élevée augmente la force de coupe, qui sollicite le couple du broche. Par exemple, la GA-MV856 a un couple de broche de 95.5 Nm à basse vitesse, ce qui permet d’utiliser des avances plus élevées que la GA-DV750, qui a un couple de seulement 12.15 Nm.
La profondeur de plongée est la distance que l’outil descend le long de l’axe Z à chaque plongée, exprimée en millimètres (mm). Elle est généralement limitée à 1-2 fois le diamètre de l’outil pour éviter une usure excessive et une déflexion de l’outil.
Compromis : Une profondeur de plongée plus élevée réduit le nombre de plongées nécessaires pour atteindre la profondeur de la cavité, ce qui augmente la productivité. Cependant, elle augmente la force axiale et l’usure de l’outil. Pour des cavités très profondes, il est préférable d’utiliser des profondeurs de plongée plus faibles pour réduire la déflexion.
La géométrie de l’outil est un facteur clé pour la performance du fraisage par plongée. Les outils adaptés à ce procédé ont les caractéristiques suivantes :
Le fraisage par plongée est un procédé robuste, mais il peut présenter des défaillances si les paramètres ou la configuration ne sont pas adaptés. Voici les modes de défaillance les plus courants :
Reconnaissance : Erreurs de cote sur la profondeur de la cavité, parois inclinées, bavures importantes. Causes : Porte-à-faux trop important, paramètres de coupe trop agressifs, machine insuffisamment rigide. Solutions :
Reconnaissance : Augmentation progressive de la force axiale, bavures, qualité de surface dégradée. Causes : Vitesse de coupe trop élevée, avance par dent trop faible, matériau de l’outil non adapté au matériau de la pièce. Solutions :
Reconnaissance : Arrêt brutal de la machine, bruit anormal, outil cassé. Causes : Paramètres de coupe trop agressifs, copeaux mal évacués, défaut de l’outil. Solutions :
Reconnaissance : La profondeur de la cavité est supérieure ou inférieure à la cote demandée. Causes : Déflexion de l’outil ou de la machine, usure de l’outil, erreur de programmation. Solutions :
Le fraisage par plongée est un procédé très efficace pour l’ébauche de cavités profondes, mais il présente des limites importantes :
| Paramètre / Problème | Valeur / Cause possible | Solution |
|---|---|---|
| Vitesse de coupe aluminium | 150-300 m/min | Réduire si bavures, augmenter si productivité insuffisante |
| Vitesse de coupe acier allié | 50-100 m/min | Réduire si usure excessive, augmenter si temps de cycle trop long |
| Avance par dent aluminium | 0.1-0.3 mm/dent | Réduire si casse d’outil, augmenter si productivité insuffisante |
| Déflexion de l’outil | Porte-à-faux trop grand | Utiliser un outil plus court ou une machine plus rigide (ex: GA-MV856) |
| Usure excessive de l’outil | Vitesse de coupe trop haute | Réduire la vitesse ou utiliser un outil revêtu |
| Casse d’outil | Copeaux mal évacués | Augmenter le débit de liquide de coupe ou utiliser un outil à canaux larges |
Avant de lancer une opération de fraisage par plongée, vérifiez les points suivants :
Quelle est la différence entre le fraisage par plongée et le perçage ? Le perçage est un procédé qui crée un trou cylindrique par un outil qui tourne autour de son axe et pénètre dans la pièce le long de l’axe Z. Le fraisage par plongée, quant à lui, permet d’enlever de la matière sur une zone plus large que le diamètre de l’outil, en déplaçant l’outil latéralement après chaque plongée. Il est donc adapté à l’ébauche de cavités, tandis que le perçage est adapté à la création de trous.
Peut-on utiliser le fraisage par plongée pour des matériaux durs ? Oui, mais avec des paramètres de coupe adaptés. Pour des matériaux durs (dureté supérieure à 30 HRC), il est nécessaire de réduire la vitesse de coupe et l’avance par dent, et d’utiliser des outils en carbure monobloc revêtu. Pour des matériaux très durs (dureté supérieure à 45 HRC), le fraisage par plongée est moins adapté, et des procédés comme le fraisage par électroérosion sont préférés.
Quelle machine choisir pour l’ébauche de cavités profondes dans l’acier ? Pour l’ébauche de cavités profondes dans l’acier, il est préférable de choisir une machine avec un couple de broche élevé et une rigidité de l’axe Z importante. La GA-MV856 est un choix adapté, avec un couple de broche de 95.5 Nm et une rigidité de l’axe Z conçue pour supporter des forces axiales importantes. Pour des opérations de grande taille, la GA-GF4028 (centre d’usinage à portique) est adaptée, avec un couple de broche de 700 Nm.
Comment réduire la rugosité du fond de la cavité après fraisage par plongée ? La rugosité du fond de la cavité est principalement due aux marques de plongée. Pour la réduire, vous pouvez :
Envoyez-nous votre pièce, la taille des séries et votre port de destination. Nous répondons avec une configuration, un délai ferme et une comparaison du coût total.
Demander un devis →