Angle d’attaque et épaisseur des copeaux en fraisage

L'angle d'attaque (KAPR) est l'angle entre l'arête de coupe principale des plaquettes et la surface de la pièce. Il a une influence sur la formation des copeaux, les forces de coupe et la durée de vie de l'outil.

Les angles d'attaque les plus courants sont 90°, 45° et 10° ainsi que ceux des plaquettes rondes.

La réduction de l'angle d'attaque réduit l'épaisseur de copeau h_ex à une avance donnée, f_z. Cet effet d'amincissement des copeaux répartit la quantité de matière sur une portion plus importante de l'arête de coupe.

Un angle d'attaque plus petit permet une entrée en coupe plus progressive, ce qui réduit la pression radiale et protège les arêtes de coupe. Mais les forces axiales plus élevées augmentent la pression sur la pièce.

Fraisage avec un angle d'attaque de 90°

L'application principale des fraises à 90° est le dressage d'épaulements.

Avec les fraises à 90°, les forces de coupe sont principalement radiales, dans le sens de l'avance. La surface usinée ne subit pas de pression axiale élevée, ce qui est intéressant notamment lors de l'usinage de pièces à structure fragile ou à parois minces et de pièces à bridage instable.

Fraisage avec un angle d'attaque de 45°

Les fraises à 45° sont le premier choix pour le surfaçage général. Elles offrent un bon équilibre entre les forces radiales et axiales et consomment moins de puissance machine.

Ce type de fraise est bien adapté aux matières à copeaux courts qui s'effritent facilement si l'effort de coupe radial est important en fin de coupe lorsqu'il reste peu de matière à enlever.

L'entrée en coupe douce limite les risques de vibrations en cas de fraisage avec long porte-à-faux ou d'attachement de petite taille.

La formation d'un copeau plus fin permet une productivité plus élevée dans de nombreuses applications en raison de la possibilité d'augmenter l'avance de la table tout en conservant une charge modérée sur les arêtes.

Fraisage avec un angle d'attaque de 60 – 75 degrés

Ces fraises sont des fraises à surfacer spécialisées qui autorisent des profondeurs de coupe plus importantes que les fraises à surfacer générales. Les forces axiales sont inférieures à celles des fraises à surfacer à 45° et les arêtes sont plus résistantes que celles des fraises à 90°.

Fraisage avec un angle d'attaque de 10°

Les fraises avec un angle d'attaque de 10° servent au fraisage à grande avance et au tréflage. Les copeaux sont fins, ce qui permet une très grande avance à la dent, f_z, avec une faible profondeur de coupe, et, par conséquent une avance de table v_f très élevée.

La force de coupe axiale dominante est dirigée vers la broche et la stabilise. Ceci est particulièrement avantageux en cas de montage faible de l'outil ou de grand porte-à-faux car les risques de vibration sont réduits.

Ce type de fraise est efficace pour le perçage de trous en utilisant 3 axes, pour le tréflage et pour les applications qui nécessitent un outil long.

Fraises à plaquettes rondes et fraises à grand rayon d'angle

Les fraises à plaquettes rondes sont des outils généralistes et elles sont efficaces dans les opérations d'ébauche.

Le rayon d'angle rend les arêtes de coupe très résistantes et les copeaux produits sont fins, ce qui permet d'appliquer de grandes avances de table. L'effet d'amincissement des copeaux permet d'usiner le titane et les superalliages réfractaires avec ces fraises.

En fonction des variations de la profondeur de coupe, a_p, l'ange d'attaque varie de 0 à 90°, et la direction de l'effort de coupe se déplace le long du rayon ainsi que la pression de coupe.

Épaisseur maximum des copeaux en fraisage

L'épaisseur maximum des copeaux est le paramètre le plus important pour obtenir un process de fraisage productif et fiable. Pour que la coupe soit efficace, la valeur h_ex doit être adaptée à la fraise utilisée.

• Si les copeaux sont fins et la valeur de h_ex trop faible, les performances sont mauvaises et la productivité est basse. La durée de vie d'outil peut être réduite et la formation des copeaux mauvaise.
• Si l'épaisseur des copeaux h_ex est trop importante, la surcharge sur les arêtes de coupe peut provoquer leur rupture.

L'amincissement des copeaux autorise une augmentation de l'avance.

L'avance à la dent peut être augmentée dans les trois situations suivantes en raison de l'effet d'amincissement des copeaux :

1. Fraise à arêtes rectilignes avec angle d'attaque inférieur à 90°.
2. Fraise à plaquettes rondes, ou avec grand rayon d'angle, et faible profondeur de coupe a_p.
3. Contournage avec petit engagement radial, a_e/D_e.

Calcul de l'épaisseur des copeaux pour des plaquettes à arêtes rectilignes

Avec les fraises à 90°, l'avance à la dent est égale à l'épaisseur maximum des copeaux (f_z=h_ex). Si l'on réduit l'angle d'attaque, l'avance doit être augmentée pour conserver la même épaisseur de copeau.

KAPR=90°

KAPR=45°

KAPR=10°

Exemple :
Si l'épaisseur de copeau maximum h_ex = 0.1 mm et KAPR = 45°
Avance recommandée, f_z = 1.4 x 0.1 = 0.14 mm/dent

Notez la grande augmentation de l'avance à la dent avec la fraise grande avance à 10 degrés. Ceci est rendu possible par l'amincissement des copeaux qui est presque 6 fois plus important.

Calcul de l'épaisseur de copeau pour les fraises à plaquettes rondes ou à grand rayon

Avec les plaquettes rondes, l'épaisseur des copeaux (h_ex) est variable. Elle dépend de l'angle d'attaque. Il est possible d'augmenter l'avance, lorsque le ratio a_p/iC est faible, pour augmenter l'épaisseur des copeaux.

On obtient les meilleures performances avec un angle d'attaque inférieur à 60° et avec une profondeur de coupe inférieure ou égale à 25% du diamètre des plaquettes. Pour les grandes profondeurs de coupe, il est préférable d'utiliser des plaquettes carrées à 45°.

L'épaisseur maximum des copeaux est plus élevée avec les plaquettes rondes qu'avec des arêtes rectilignes en raison de leur plus grande robustesse et de la longueur de coupe plus importante.

Les plaquettes rondes sont uniques en raison du fait que l'épaisseur des copeaux change en fonction de la profondeur de coupe. Avec les petites profondeurs de coupe, il faut augmenter l'avance pour obtenir une épaisseur de copeau correcte.

Calcul de l'épaisseur des copeaux pour le fraisage périphérique

La valeur de h_ex varie en fonction du diamètre de la fraise et de son engagement radial, a_e/DC. Quand l'engagement est inférieur à 50 %, l'épaisseur maximum des copeaux réduit proportionnellement à f_z.

L'avance peut être augmentée en appliquant les coefficients du tableau ci-dessous en fonction du ratio a_e/DC.

Exemple :
DC 20 mm – a_e = 2 mm, a_e/DC = 10%
h_ex = 0.1 mm, f_z = 0.17 mm/dent