Nombre de dents
Il existe un autre paramètre important sur la fraise, dont on peut également dire qu'il se reflète principalement dans la vue de la face d'extrémité, c'est-à-dire le nombre de dents de la fraise.
Il existe plusieurs combinaisons du nombre total de dents et du nombre de dents qui traversent le centre de la fraise, comme illustré dans la Figure 3-14 de gauche à droite : fraise à une dent, fraise à 2 dents - 2 dent sous-centrée, fraise à 2 dents - 1 dent sous-centrée, fraise à 3 dents - 1 dent sous-centrée, fraise à 4 dents - 2 dent sur-centrée et fraise à plusieurs dents - 0 dent sous-centrée. Le nombre de dents de la fraise est lié à l'efficacité de fraisage, et la rigidité de la fraise est liée au diamètre du noyau de la fraise. La Figure 3-15 est un diagramme simplifié de la relation entre le nombre de dents dentées de la fraise et la rigidité et la capacité de copeaux de la fraise.
La fraise à dents (rainures) 2-se caractérise par un grand espace d'évacuation des copeaux et une rigidité insuffisante, ce qui convient aux matériaux à copeaux longs.
La fraise à dents (rainures) 3-se caractérise par un grand espace pour les copeaux, une bonne rigidité, une efficacité de coupe élevée et une bonne polyvalence.
La fraise à dents (rainure) 4-se caractérise par un léger manque d'espace d'enlèvement de copeaux, mais la fraise a une bonne rigidité, ce qui convient à une finition efficace et à une bonne qualité de surface de la pièce.
La fraise à dents (fente) 6-se caractérise par un très petit espace d'enlèvement de copeaux, mais la fraise a une excellente rigidité, cette fraise est très adaptée à la finition, à l'usinage efficace, à l'usinage à haute dureté et la qualité de surface d'usinage est très bonne.
Bien entendu, il est possible d'augmenter l'espace entre les copeaux avec le même nombre de dents, mais cela entraînera une diminution de la rigidité. Cette géométrie (voir la figure 3-16) convient à l'usinage de matériaux non ferreux à faible résistance, tels que l'aluminium et le cuivre. D'une part, comme la résistance de ce type de métal est faible, la force de coupe de l'outil est faible et la force requise par l'outil est également faible, et la résistance inférieure est toujours compétente pour une telle tâche de fraisage ; d'autre part, ce type de matériau a une faible chaleur de coupe en raison de sa faible force de coupe.
Cependant, c'est précisément parce que la force de coupe et la chaleur de coupe de ce type de matériau sont faibles et que la quantité de coupe peut être augmentée après l'augmentation de la capacité de rétention des copeaux, mais l'augmentation de la quantité de coupe augmente la force de coupe, de sorte que la rigidité de l'outil doit être améliorée, c'est pourquoi il faut utiliser la fraise à double diamètre de noyau comme illustrée sur la figure 3-17. La fraise illustrée ici est la Jabro-Solid de Seco Tools en couleur, tandis que la Proto·max TM tG de Walter Tools est représentée en gris. La conception du double diamètre de noyau offre un certain équilibre entre la capacité de rétention des copeaux et la rigidité de l'outil.
La figure 3-18 est un schéma du fond de rainure d'une fraise spécialement modifiée. Dans ce cas, la rigidité de la fraise modifiée est bien supérieure à celle du fond de rainure par défaut normal, et la déformation des copeaux lors de la décharge est intensifiée, et les copeaux sont plus serrés.
Il existe une structure différente pour le même nombre de dents, c'est-à-dire des dents inégales. La figure 3-19 est un schéma de deux types de fraises inégales. Les dents de fraise inégales peuvent produire des fréquences de coupe alternées pendant la coupe, ce qui n'est pas facile à faire résonner avec la machine-outil et supprime les vibrations de l'outil pendant le fraisage.
Outre le nombre de dents, la capacité de copeaux de la fraise est également liée aux paramètres géométriques des dents circonférentielles, et les dents circonférentielles de la fraise sont décrites ci-dessous.
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Dents circonférentielles
Les dents de coupe situées sur le cercle extérieur de la fraise sont appelées dents circonférentielles. La dent circonférentielle est la partie principale de la fraise utilisée pour le fraisage des parois latérales.
◆ Angle d'hélice
Le premier paramètre de la circonférence de la dent à discuter est l'angle d'hélice, qui est l'angle entre la ligne tangente du tranchant hélicoïdal de la fraise et l'axe de la fraise, comme illustré dans la Figure 3-20.
Dans la théorie de la coupe, l'angle d'hélice est également l'angle de coupe axial au niveau du cercle extérieur de l'outil (veuillez vous référer à la Figure 1-33 pour l'angle de coupe axial et le texte associé).
Les principaux effets des différents angles d'hélice des fraises sur les performances de coupe sont illustrés dans la figure 3-21. Comme vous pouvez le voir sur la figure, la fraise à cannelure droite (angle d'hélice 8-0 degré) du côté droit a une force de coupe axiale nulle en raison de l'angle de coupe axial nul, et toute la force de coupe est dans la direction radiale avec la rigidité la plus faible, elle est donc sujette au broutage. D'autre part, les fraises à cannelure hélicoïdale gauche et centrale sont divisées en directions axiales en raison d'une partie de la force de coupe (la direction axiale est la direction avec la meilleure rigidité de la fraise), et la charge radiale est réduite, et le broutage n'est pas facile à se produire.
En revanche, le flux de copeaux de la fraise à rainure droite est transversal, ce qui peut facilement être perturbé par la zone de coupe de la pièce et former une coupe secondaire, et les performances d'évacuation des copeaux sont médiocres. Les copeaux de la fraise à rainure en spirale sont évacués de la zone de coupe perpendiculairement au tranchant, et les performances d'évacuation des copeaux sont grandement améliorées.
La figure 3-22 montre l'effet du nombre de dents de fraise et de l'angle d'hélice sur la composante axiale de la longueur totale de coupe. Pour la tâche de coupe d'une fraise de 10 mm de diamètre avec une largeur de coupe (également appelée « profondeur de coupe radiale ») de 10 mm et une profondeur de coupe (également appelée « profondeur de coupe axiale ») de 15 mm, la projection axiale de la longueur totale du bord de contact de la fraise à 2 fentes et un angle d'hélice de 30 degrés est d'environ 17 mm ; lors de l'utilisation d'une fraise à hélice à 30 degrés à rainures 3-, la projection axiale de la longueur totale du bord de contact augmente à environ 25 mm. Lorsqu'une fraise à hélice à 30 degrés à rainures 4- est utilisée, la projection axiale de la longueur totale du bord de contact est augmentée à environ 30 mm, et enfin lorsqu'une fraise à hélice à 60 degrés à rainures 6- est utilisée, la projection axiale de la longueur totale du bord de contact peut être augmentée à environ 47 mm. Ces données montrent qu'avec l'augmentation du nombre de dents de la fraise, le nombre d'arêtes de coupe en contact avec la pièce augmente également, la projection axiale de la longueur totale des arêtes de contact augmente et l'effet de l'augmentation de l'angle d'hélice est similaire. Avec l'augmentation de la projection axiale de la longueur totale des arêtes de contact, la charge par unité de longueur de dent est réduite et l'efficacité de coupe peut être améliorée sous réserve que la charge des dents reste la même.
La figure 3-23 montre quatre combinaisons de différentes directions de coupe et de directions de rotation de rainure en spirale, la plus courante étant la direction de coupe droite de la dent hélicoïdale droite. De manière générale, la direction de coupe de la fraise est principalement déterminée par la direction de rotation de la broche de la fraiseuse, et une fois la direction de coupe déterminée, l'hélice détermine la direction de la force de coupe axiale.
La figure 3-24 montre une fraise JS840 avec une direction à double hélice. Cette fraise est utilisée pour usiner les bords latéraux des panneaux composites en fibre de carbone. Étant donné que les panneaux composites en fibre de carbone sont constitués de plusieurs matériaux différents, il est difficile d'éviter le délaminage avec des fraises conventionnelles. Les avantages de la fraise JS840 sont les suivants : la force de coupe dans la direction opposée est divisée en pression vers le bas et force centrale : l'espace de copeaux est grand, ce qui est propice à l'élimination des copeaux : la zone de contact de coupe est petite, ce qui produit moins de chaleur de coupe et de force de coupe : seule la force de cisaillement est générée sur la fibre, et il n'y a pas de torsion au milieu.
La figure 3-25 montre la fraise anti-vibration de type GSXVL de Sumitomo Electric. Cette fraise utilise non seulement des dents inégales comme celles illustrées dans la figure 3-19, mais améliore également la protection contre les vibrations lors de l'usinage du côté avec des angles d'hélice inégaux.
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