Fraiseuses : types et matériaux

Il existe plusieurs catégories de fraiseuses selon leurs arêtes de coupe, leurs formes et les matériaux dont elles sont constituées.

Dans cet article, vous découvrirez les différents types, les matériaux utilisés, leurs applications et bien plus encore.

Structure de base des fraiseuses

Les fraiseuses sont des objets ou des équipements utilisés pour enlever l'excédent de matière d'une pièce afin d'obtenir la forme ou le résultat souhaité.

L'utilisation des fraiseuses est assez simple. Il suffit de monter les outils de coupe sur la fraiseuse, ce qui permet à la fraise de tourner rapidement à grande vitesse et contre la pièce pour réaliser une coupe, un perçage ou un façonnage.

Avant de découvrir les différents types de fraises, il est utile de comprendre leur structure de base. Une fraise comporte trois parties principales : la queue, le corps et l'arête de coupe. Ces parties travaillent ensemble pour réaliser le travail de fraisage.

• La queue est la partie que vous raccordez à la broche de la fraiseuse. Elle maintient l'ensemble en place.
• Le corps est la partie centrale principale. Il relie la queue à la tête et supporte l'outil dans son ensemble.
• L'arête de coupe est la partie qui réalise la coupe proprement dite. Elle comprend la pointe, l'arête de coupe principale et les dents.

Comment les outils de coupe sont-ils utilisés dans les fraiseuses ?

La fraise fonctionne en tournant et en coupant la matière de la pièce. Vous faites avancer la pièce vers la fraise en rotation, qui enlève rapidement le métal ou le plastique. La fraiseuse peut recevoir une ou plusieurs fraises à la fois pour accélérer le processus et créer plus rapidement la forme souhaitée.

Lors du fraisage, il est judicieux de changer d'outil pour obtenir la forme souhaitée.

Importance des fraiseuses

Les fraises sont importantes car elles permettent d'enlever l'excédent de matière de la pièce sur laquelle vous travaillez. Vous constaterez qu'une fraiseuse est très polyvalente. Vous pouvez l'utiliser pour de nombreuses tâches d'usinage différentes et pour créer des pièces de toutes formes et de toutes tailles. La fraise est ce qui vous permet d'effectuer ce travail avec précision et rapidité.

Types d'outils de coupe pour fraiseuses

Il existe plusieurs types de fraiseuses, chacune avec ses fonctions et son fonctionnement spécifiques, son adéquation, ses arêtes de coupe, ses formes et ses tailles. Voici les plus courantes que vous devez connaître.

Surfaçage

Ces outils sont utilisés pour le surfaçage, qui consiste à enlever une partie de la surface d'une pièce. Les arêtes de coupe d'un outil de surfaçage coupent horizontalement, contrairement aux fraises en bout qui coupent verticalement. Ils servent principalement à dresser l'extérieur d'une pièce.

Fraise en bout

Les fraises en bout coupent dans toutes les directions, contrairement aux forets qui ne coupent que vers le bas. Elles servent à diverses tâches de fraisage comme la coupe d'acier à outils, le perçage, le rainurage, etc. Voici quelques types de fraises en bout :

Fraises à bout sphérique : Ces fraises ont un nez rond en forme de boule. Elles sont idéales pour le fraisage de surfaces courbes.

Fraises en bout à bout carré :Elles ont des extrémités plates et servent aux tâches de fraisage générales comme le plongement, le profilage et le rainurage.

Fraises en bout à rayon : Elles ont des coins arrondis qui rendent les coupes plus lisses et plus durables.

Fraises en bout à contre-dépouille : Aussi appelées fraises à sucette, elles sont flexibles et idéales pour l'usinage des contre-dépouilles.

Fraises en bout à arrondir : Elles ont des extrémités solides et arrondies pour le fraisage des bords arrondis.

Fraises en bout à rayon d'angle : Connues pour leurs finitions d'ébauche, ces fraises enlèvent rapidement de grandes quantités de matière.

Fraise cylindrique en bout (fraise à surfacer simple)

Vous utilisez une fraise cylindrique en bout pour couper des surfaces planes sur une fraiseuse horizontale. Lorsque vous travaillez avec des engrenages, vous pouvez les classer selon la forme de leurs dents en engrenages droits et engrenages hélicoïdaux. Vous pouvez également les regrouper selon leur nombre de dents : les engrenages à pas grossier ont moins de dents, et les engrenages à pas fin en ont davantage.

Fraise en bout à trois arêtes

Il s'agit d'un outil de base que vous utilisez sur une fraiseuse horizontale. Il sert principalement à couper des rainures et des épaulements. Comme il possède trois arêtes de coupe, il peut couper sur trois surfaces en même temps.

Fraise à rainure de clavette (fraise à rainure en T)

Cette fraise ressemble à la fraise à surfacer simple, mais elle en diffère par ses deux arêtes de coupe et l'absence de trou central. Elle sert à usiner des rainures de clavette et des gorges, mais n'est pas conçue pour le fraisage de surfaces planes.

Fraise-scie

La fraise-scie possède des dents fines et convient parfaitement à l'usinage de gorges étroites et profondes dans des matériaux peu durs. Lorsqu'elle s'émousse, vous pouvez l'affûter sur une affûteuse et la réutiliser.

Fraise d'angle

Ce type de fraise permet d'usiner des angles et des gorges précis dans différents matériaux. Il en existe deux grandes catégories : les fraises à angle simple et les fraises à double angle. Les fraises à angle simple vont de 18 à 90 degrés d'angle et de 6 à 35 mm d'épaisseur. Les fraises à double angle vont de 30 à 120 degrés et ont une épaisseur de 10 à 45 mm.

Fraise de forme

Les fraises de forme servent à réaliser des surfaces complexes, comme des engrenages ou des contours délicats. Elles existent en diverses formes et sont idéales pour des tâches telles que le chanfreinage et le fraisage de rayons.

Voici quelques types courants de fraises de forme :

Fraises convexes : Elles créent des demi-cercles incurvés vers l'intérieur.

Fraises à arrondir les angles : Utilisées pour arrondir les angles et créer des rayons.

Fraises à plaquettes rapportées : Leurs dents sont en carbure ou en acier à outils et sont fixées sur le corps de la fraise.

Fraise à tailler les engrenages

Cette fraise sert à tailler des engrenages en suivant le profil de la denture. Le procédé est simple et convient bien lorsque vous ne devez fabriquer qu'un seul engrenage ou un petit nombre.

Fraise creuse

Une fraise creuse ressemble à un tube dont l'extérieur porte des dents de coupe. L'intérieur est vide, ce qui permet de la monter sur un arbre. Elle est efficace pour ébaucher rapidement des pièces avant le filetage et vous fait gagner du temps.

Fraise à fileter

Le fraisage de filets consiste à usiner des filets à l'aide d'une machine 3 axes, comme un centre d'usinage. Peu importe le type de filet ou son sens d'hélice : vous pouvez l'usiner dans les deux sens. Cette méthode est précise et flexible.

Fraise à chanfreiner

La fraise à chanfreiner sert à adoucir les arêtes vives en réalisant un chanfrein incliné ou un congé arrondi au lieu d'un angle droit à 90 degrés. La fraise peut comporter une ou plusieurs lames, et vous choisissez la forme et l'angle selon l'aspect souhaité de l'arête.

Matériaux utilisés pour les fraises

Comme mentionné plus haut, les fraises sont fabriquées dans différents matériaux, ce qui les rend adaptées à des besoins et des opérations d'usinage variés. Voici quelques-uns des matériaux utilisés.

Acier rapide

L'acier rapide est généralement reconnu pour sa dureté et sa capacité à supporter des vitesses de coupe élevées. Il résiste aux hautes températures ; toutefois, il ne doit pas dépasser 650 degrés Celsius pour conserver sa dureté.

Considéré comme un matériau plus polyvalent et d'usage général pour les fraises, l'acier rapide convient au fraisage de matériaux comme l'acier et l'aluminium.

Pour augmenter la dureté et la résistance à la température d'une fraise, les fabricants ajoutent souvent du cobalt en faible quantité, ce qui donne un HSCO (acier rapide au cobalt). Cela améliore sa durabilité et le rend idéal pour des opérations d'usinage plus complexes.

Carbure

On parle aussi de carbure cémenté : il s'agit d'une combinaison de carbure de tungstène et d'un liant métallique, le cobalt.

Le carbure est un matériau extrêmement résistant et dur, capable de supporter une forte chaleur et des vitesses de coupe élevées, et de résister à des températures pouvant atteindre 1000 degrés Celsius.

En raison de sa très grande dureté, le carbure cémenté est surtout utilisé pour le fraisage de matériaux durs comme la fonte, l'acier inoxydable, le titane, etc. Il est également durable, mais moins économique que l'acier rapide.

Céramiques

Les céramiques sont nettement plus dures que le carbure ; elles sont toutefois moins tenaces. Elles conviennent aussi à la coupe à grande vitesse et résistent à la chaleur. Les fraises en céramique sont un mélange de nitrure de silicium et d'oxyde d'aluminium. Elles sont idéales pour l'usinage de matériaux comme la fonte, les superalliages, etc.

Bien qu'elles résistent à la chaleur, elles peuvent être fragiles ou se briser en cas de choc ou de mauvaise manipulation. Par ailleurs, elles sont réservées à des opérations plus spécifiques que l'acier rapide, dont l'usage est plus polyvalent.

Acier au carbone

Les matériaux en acier au carbone, contrairement à l'acier rapide, au carbure ou aux céramiques, ont une faible durabilité, ne résistent pas à la chaleur et ne conviennent qu'aux opérations à basse vitesse. Ils ne supportent qu'une température de 200 degrés Celsius et moins, et l'on peut donc dire qu'ils ne sont pas aussi durs que les autres matériaux de coupe.

Diamant polycristallin

C'est l'un des matériaux les plus durs utilisés pour fabriquer des outils de coupe. Ils contiennent des particules de diamant, résistent à une chaleur extrême et conviennent aux vitesses de coupe élevées. Ils servent généralement au fraisage des métaux non ferreux comme l'aluminium et le cuivre.

Grâce à leur résistance à l'usure, ils conservent leurs arêtes vives même après une longue utilisation. Comparés aux autres matériaux, ils sont assez coûteux.

Meilleurs conseils pour les fraises

Voici quelques conseils sur les fraises pour vous aider à faire le meilleur choix :

Taille et diamètre de la fraise

La taille de votre fraise dépend de la profondeur et de la largeur de coupe. Les coupes plus profondes et plus larges nécessitent des fraises plus grandes. Les diamètres standard des fraises vont de 16 mm à 630 mm.

Si vous fraisez une grande surface, utilisez une fraise de plus petit diamètre : idéalement, 70 % des arêtes de la fraise doivent être engagées dans la coupe.

Le diamètre de la fraise dépend aussi de la taille de la broche de la machine. Une bonne règle est D = 1,5d, où D est le diamètre de la fraise et d le diamètre de la broche.

Lors du fraisage de trous, assurez-vous que la fraise n'est ni trop grande ni trop petite par rapport à la taille du trou, car cela pourrait endommager l'outil ou la pièce.

Corps de l'outil de fraisage

Le nombre de dents influence les performances. Les fraises à dents serrées (plus de dents) offrent une coupe plus douce, tandis que les fraises à dents grossières (moins de dents) conviennent mieux à l'ébauche.

Les fraises à dents grossières réduisent aussi le frottement grâce à des goujures plus larges. À avance égale, les fraises à dents serrées subissent des charges plus faibles par dent.

Puissance de la fraise

Tenez compte à la fois de la puissance de coupe et de la taille de la pièce. Lors du choix d'une fraise à surfacer, assurez-vous que ses besoins en puissance correspondent aux capacités de la fraiseuse.

Pour les fraises en bout de petit diamètre, vérifiez que la machine peut atteindre la vitesse de coupe minimale requise, soit au moins 60 m/min.

Plaquette de l'outil de fraisage

Utilisez des plaquettes de rectification pour des coupes nettes et précises. Pour l'ébauche, les plaquettes pressées sont moins chères et plus efficaces. Si vous utilisez des plaquettes en carbure, choisissez celles à angles vifs pour les petites coupes et les faibles avances afin de prolonger leur durée de vie.

Différence entre la fraise en bout et la fraise à surfacer

Lorsque vous choisissez entre une fraise à surfacer et une fraise en bout, voici quelques points clés à considérer :

Forme

Une fraise en bout possède une tête de coupe ronde (parfois sphérique) et un corps plus fin. Une fraise à surfacer possède une tête de coupe large et plate ainsi qu'un corps plus épais et plus robuste.

Quand les utiliser

Utilisez une fraise en bout pour réaliser des formes détaillées, de petites rainures ou des arêtes comme des chanfreins. Utilisez une fraise à surfacer pour enlever beaucoup de matière ou aplanir une grande surface plane.

Puissance de coupe

Les fraises en bout conviennent aux coupes petites et soignées. Les fraises à surfacer peuvent gérer des coupes plus importantes et plus rapides et sont efficaces sur les grandes surfaces.

Mode de coupe

Une fraise en bout coupe davantage selon l'axe de l'outil (de haut en bas). Une fraise à surfacer coupe en travers de la surface (d'un côté à l'autre).

Qualité de finition

Les fraises en bout offrent des finitions lisses et des arêtes nettes, idéales pour les travaux détaillés. Les fraises à surfacer ne laissent pas la surface la plus lisse, mais elles enlèvent la matière rapidement et couvrent une plus grande surface.

Conclusion

Les fraises sont un élément majeur du processus de fraisage. Vous les montez sur une fraiseuse pour couper ou mettre en forme des matériaux selon les travaux. Il existe de nombreux types d'outils de fraisage, et chacun convient mieux à une tâche spécifique. Si vous n'êtes pas sûr de celui à utiliser, il est judicieux de demander conseil à un professionnel.

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