Fraise

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Certaines bases sont nécessaires au bon choix de notre fraise, c'est pourquoi nous procéderons en 3 étapes.

Dans un premier temps on verra les propriétés des différentes fraises d'un point de vue théorique, après on ajoutera les implications du matériau à usiner et enfin on choisira notre fraise parmis celles disponibles à plateforme C.

Principe du choix de la fraise

En premier lieu la fraise est l'outil tranchant qui va donner la forme de notre usinage, en tournant, ainsi ça lame va venir couper de petit copeaux à la suite. Suivant comment la lame est positionnée sur la fraise, on aura différentes forme en sortie d'usinage. Aussi chaque fraise possède des caractéristiques propres, il convient donc de bien choisir notre fraise parmi l'ensemble des choix possibles.

Caractéristiques des fraises

Forme

C'est ici principalement un choix esthétique, cela conditionnera simplement la forme finale. C'est généralement le premier choix, il n'a que peu d'incidence pour la suite.

On ne parlera pas des nombreuses fraises ayant des formes particulières (fraises de défonceuses ...) la liste étant trop longue.

A Plateforme C nous en avons 5 types:

• Carré
• Hémisphérique, on notera qu'elle permet une finition meilleur que la carré pour les ébauches en 3D.
• Sphérique (modela uniquement)
• Conique ou gravure
• Surfacer, comme sont nom l'indique elle ne sert que pour des opérations de surfaçage.

_img x5 (galerie)

Diamètre

C'est un paramètre très important, puisqu'il conditionne la Vitesse de coupe admissible, en effet plus le diamètre est gros plus on pourra avoir des vitesses de coupe élevé, mais aussi des profondeurs de passes plus grandes.

On choisira donc le diamètre le plus gros possible

On notera que le diamètre affecte le besoin de puissance lors de l'usinage, il est donc utile de chercher cette puissance maximum, avec des gros diamètres, elle est de 1,4 kW lors d'une rotation à 21 000 tr/min avec Sentier Battu.

• Pour la Modela, les diamètres varient de 0,3 à 5 mm
• Pour Sentier Battu cela varie de 6 à 12mm (avec des 3mm pour les finitions)
• Et diamètre 35mm pour la fraise à surfacer

Nombre de Dents

_img 1, 2 et 3 dents ensemble thumb

Le nombre de dent est très importants

• Un petit nombre de dent sert pour les usinages enlevant beaucoup de matières, en effet peu de dents implique des espaces plus grand pour dégager les copeaux, donc un meilleur débit. C'est pourquoi les fraises 1 dent sont particulièrement adaptée pour les découpes et particulièrement pour les matériaux peu dense.
• Un grand nombre de dent est nécessaire pour les matériaux denses ou les finitions, cela implique des copeaux plus petit, mais moins de débit possible, ainsi les avances sont plus faibles qu'avec peu de dents.

On notera aussi que les fraises avec plus de dents sont plus résistantes à la flexion et aux vibrations, ainsi elle permettent plus de souplesses dans le paramétrage de la machine.

Matériau de la fraise

Globalement on en a 3, les aciers rapides (HSS), les carbures et les diamants.

A part quelques fraises en HSS pour la modela, on a surtout des carbures.

Carbures

Il existe plusieurs type de carbure, principalement ce sont des mélange de tungstène, cobalt et/ou titane.

Si la fraise est 100% en carbure, ils ont l'appellation générale de carbure Monobloc. De ça on pourra avoir un revêtement en carbure de titane ou nitrure de titane ou d'alumine, pratique pour l'usinage des métaux, mais arrondissant l’arrête de coupe, ce qui est particulièrement problématique pour les bois.

L’affûtage des carbures ce fait avec des fraises en diamants uniquement, en effet ça dureté est telle, que seul les carbures et le diamants peuvent le rayer.

Par la présence de métaux lourds il est nécessaire de ce laver les mains après contact cutané.

Pour les propriétés on a:

• Très bonne tenu à la chauffe, ce sont des outils qui résiste à des températures de 600°, néanmoins une surchauffe pourra lui être fatale.
• Très résistant à l'abrasion, la durée de vie de l'outil est très grande (surtout par rapport aux HSS), on l’affûtera avec des fraises en diamants.
• Très résistant à l'oxydation, évite donc l'usure électrochimique de l'outil et donc plutôt adapté pour les bois.
• A un comportement très fragile. De plus ils sont peu résistant aux chocs, en faire tomber une au sol, suffit généralement à la casser.

Une norme K avec un nombre de 01 à 40 indique le niveau de résistance à l'usure des outils carbure, et plus la résistance à l'usure est grande, moins il est résistant aux chocs. (Notre fournisseur nous fournis des K10/K20 ce qui est au milieu des deux gammes.

Diamants

On en a très peu, globalement ce sont des fraises avec des micro grains de diamants incrustées. Il est dans le même esprit que les carbures mais en mieux. Sauf que les diamants n'ont pas d’arêtes tranchante a proprement parlé mais des grains sur les arêtes.

On les recommandera principalement pour les composites (carbone, kevlars ...) et les céramiques (roches, ...).

Angles

Plusieurs angles sont caractéristiques des fraises. on en retrouve 3 très importants qui sont l'angle de coupe et l'angle de dépouille.

Angle de coupe

_img 2 ensemble thumb

Par défaut on parlera de l'angle axial, puisque sur les fraise hélicoïdal l'angle radial est imposé.
Une autre terminologie utilisée quand on parle d'angle positif ou négatif pour les fraises hélicoïdale est le sens de l'hélice, à droite ou positive et à gauche négative.

Il est remarquable puisqu'on l’aperçois en regardant les hélices des fraises par rapport à l'horizontal, il peu varier de 0 à 75°.
0° étant les fraises à dents verticales et 75° des fraises avec des hélices beaucoup plus "horizontales", généralement elles font plus de tour autour de la fraise que celles avec des angles faibles.

Dans la plus part des cas on a des angles de 0 à 30°.

Au fablab on a des fraises dont les angles sont: 0°, 16° et -16°, 30°

• Un angle positif signifie que l'outil va "soulever" le copeau pour l'éjecter vers le haut. Aussi, cette géométrie est très adaptée dans tout les cas sauf pour les matériaux au comportement "fragile" (PMMA, PLA...). Il a aussi l'avantage de réduire les vibrations.
• Un angle négatif signifie que l'outil va "tasser" le copeau avant de l'éjecter par le bas. Aussi il permet des usinages plus rapide avec une bonne profondeur de coupe, néanmoins elle nécessite plus de puissance pour une bonne utilisation c'est pourquoi on essayera de se placer le plus proche de la zone des 21 000 tr/min avec Sentier Battu.

Implication de l'angle:

• Plus il est grand plus il renforce l'effort axiale, et réduit l’effort tangentielles.
• Donc il réduit le besoin en puissance de la machine (à hauteur de 1,5% x l'angle).
• On préférera les angles faibles pour le bois, ce qui permet au copeaux de se former plus facilement en compression (cf Formation des copeaux pour le bois)
• Un angle faible réduit aussi l'usure de la fraise.

Angle de dépouille

_img sur une dent en linéaire thumb

C'est l'angle entre le matériau et le petit plat au dos d'une dent appelée face de dépouille, sa fonction première est d'éviter les frottements lors de l'usinage. Il varie généralement entre 5 et 25°.

Globalement c'est un angle qui a peu d'incidence, sur l'usinage a part que si il est trop faible on risque suivant le matériaux d'avoir des frottements, en effet la plus part des coupes se font par compression du matériau et donc juste après la coupe le matériau se dilate pouvant frotter sur la face de dépouille.
Aussi un angle trop grand limite l’épaisseur à l'arrière de l’arrête de coupe, diminuant la répartition de la contrainte sur l’arrête de coupe, dé-affûtant l'outil prématurément.

_Voir ce que l'on a à PFC

Sens de rotation

_img thum 3 (sens de rot et hélice gauche)

On retrouve des fraises qui sont pour des sens de rotation à droite ou a gauche.

• La rotation a droite est celle de la CNC
• La rotation a gauche ne servirais uniquement si on arrive à inverser le sens de rotation de la CNC. D'un point d'usage de la fraiseuse, il n'y a pas d’intérêt.

Autres

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• Brise-copeaux: Le brise copeaux est une particularité sur certaines fraises, l’arrête de coupe est ornée de petit arc de cercle. Cela a plusieurs avantages, d'abord il génère des coefficients de contraintes locaux dans le copeau le forçant à ce casser, facilitant son évacuation. Il a aussi tendance, a réduire le besoin en puissance de l'usinage et a réduire la tendance aux vibrations de l'outil.
• Fraises Lime: Il existe des fraises dont les arrêtes de coupes sont très nombreuses, donc avec beaucoup beaucoup de dent. Ici afin que cela fonctionne il faudra mettre une vitesse de rotation maximale. On l'interdira pour les bois (poussières)

Données matériaux

Ici on resserrera les paramètres liée à la fraise recommandée pour les matériaux.

(nom, densité, angle de coupe, dépouille, vitesse de coupe)

Bois

Pour les bois on utilisera des fraises en carbures sans revêtement (le revêtement limite la coupe). Ces outils sont plus adaptés à tout type de bois (avec une très légère préférence pour les bois dur).

On cherchera a utiliser les angles de coupes les plus faibles possibles.

L’affûtage des outils est important pour le bois, il est important de le vérifier en effleurant la lame avec son doigt, plus cela accroche plus c'est affûté. On notera aussi que si un outil chauffe anormalement lors de l'usinage (trace noircie sur les bords) il est probablement mal affûté.

Diamètre (mm)	Vitesses de coupe admissibles (m/min)
3	220-265
6	420-480
8	460-580
10	560-700
12	600-750

Phénomènes d'usure

L'usure est le phénomène qui progressivement rend l'outil inutilisable, au fur et a mesure de sont utilisation. Pour le bois elle a les effets suivants:

• Augmentation des efforts de coupe
• Diminution de la qualité de l'état de surface
• Trace de brûlure, d'éclat ou d'écaillages sur les bords usiné
• État de surface irrégulier ou pelucheuse

Liée aux bois on remarquera 4 causes d'usures:

• La température trop élevée, dû à un outil mal affûté ou de mauvaise condition de coupe (avance trop faible et rotation trop grande)
• L'usure mécanique, les bois contiennent régulièrement des molécules de SiO2, qui localement viennent arracher quelques atomes de la fraise. Réduisant l'affûtage du bord de coupe. Les carbures y sont particulièrement sensible.
• L’électro-érosion, ici les frottements de l'outil génèrent des concentrations de charges électrique, ce qui provoque des micro arc électrique sur l'outil, ce qui abîme l'outil.
• L'usure physico-chimique, les bois étant naturellement des acides, ils favorise l'oxydation des métaux, ici seul les outils en acier rapide sont impacté.

Dans une optique de réduction de l'usure on pourra:

• Réduire la taille du copeaux
• Réduire la vitesse de coupe
• Travailler avec des bois moins denses
• Avoir un angle de coupe plus faible

Polymères (plastiques)

les fraises en carbures conviennent très bien aux polymères.

Abréviation	Nom	Densité (g/cm^3)	Angle de coupe (°)	Angle de dépouille (°)	Vitesse de coupe (m/min)
PMMA	Polyméthylméthacrylate ou Acrylique	1.2	0-5	2-10	200-4500
ABS	Acrylonitrile Butadiène Styrène	1.05	5-10	10	< 1000
PC	Polycarbonate	1.2	0-15	5-20	100-500
PVC*	Polychlorure de vinyle	1.35	5-20	5-20	300-1000
PS	Polystyrène	1.05	5-15	10-20	> 200
PE	Polyéthylène	0.95	0-15	5-20	1000
PP	Polypropylène	0.9	0-15	5-20	1000
PUR	Polyuréthane	1.2	5-20	15-30	> 300
POM*	Polyoxyméthylène	1.4	0-15	5-15	200-500
PET	Polyéthylène Terephtalate	1.4	5-15	0-15	150-1000
PBT	Polybutylene Terephtalate	1.4	5-15	0-15	150-1000
PETG/PCTA/PCTG	Polyester Thermoplastiques	1.4	5-15	0-15	150-1000
PA	Polyamides	1.1	5-15	5-30	200-1000
PTFE*	Polytétrafluoroéthylène	2.15	15-20	5-15	200-1000
PVDF*	Polyvinylidène de Fluorine	1.8	0-15	5-15	200-1000
PSU	Polysulfone	1.25	0-15	5-15	200-400
PES	Polyesthersulfone	1.4	0-15	5-15	200-400
PEI	Polyetherimide	1.3	0-15	5-15	200-400
PEEK	Polyetheretherketone	1.3	0-15	5-15	200-400

• Plastique pouvant dégager du gaz toxique (Chlore, fluor, formol ..) si échauffement, généralement une aspiration suffit a évacuer le gaz correctement. Néanmoins a plateforme C l'aspiration n'est pas vers l’extérieur, ces matériaux sont donc à bannir.

Fibres(composites)

Ici on ne parlera que des fibres sur les composites.
En effet les matrices à base de polymères sont usinables, les autres (métalliques, carbonée, ...) ne sont pas usinable a plateforme C

Pour l'arramide/kevlar, il nécessite des fraises exclusivement faites pour, les fibres ne se cassent pas, il y a un gros risque autant pour l'opérateur que pour la machine. On interdira les usinages de kevlar à plateforme C. De plus le process reste très dangereux sur ce qu'il dégage et la difficulté d'usiner les pièces. C'est pourquoi les fibres de verres et carbones ne seront pas autorisé à plateforme C.

Il reste seulement les composites cellulosiques. Dont l'usinage ne pose pas de problème théoriquement. Même si on restera très prudents, et on le considérera comme un polymères très dense.

Nom	Type d'outil	Densité	Angle de coupe (°)	Angle de dépouille (°)	Vitesse de coupe (m/min)
Cellulosique	Carbure grosse dent	1.1-1.5	5-15	5-15	50-300
Verre	Carbure multi dents / Diamants	2.54	7-10	12-15	200
Carbone	2 Dents en diamant	1.4-2	-	-	400

Pour Sentier-Battu

Nous avons pour sentier battu, un choix de fraises diverses

Liste fraises et caractéristiques

Pour les types d'opération on ira sur la page Sentier battu Type d'opération

!Référence	Matériaux	Opération	Forme	Diamètre (mm)	Nombre de dents	Angle de coupe (°)	Angle de dépouille (°)	Longueur utile (mm)	Longueur Totale (mm)	Disponibilité
011-0600-40-02	Tout	Gravure	V	0-6	1	40	-	8	57	1
142-0600	Tout	Ébauche	Hémisphérique	6	2	+30?	?	12	60	1
142-1200	Tout	Ébauche	Hémisphérique	12	2	+30?	?	26	84	1
521-0300	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	3	1	-16?	?	10	39	1
521-0300-D	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	3	1	-16?	?	20	60	1
531-0300	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	3	1	+16?	?	10	39	1
531-0300-A	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	3	1	+16?	?	10	39	1
531-0300-B	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	3	1	+16?	?	15	50	3
531-0300-D	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	3	1	+16?	?	20	60	2
531-0600-D	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	6	1	+16?	?	30	80	0
531-1000	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	10	1	+16?	14	30	75	1
531-1200-A	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	12	1	+16?	?	50	100	0
802-0600	Plastiques, Bois	Ébauche	Carré	6	2	+16	?	22	60	2
802-1200-A	Plastiques, Bois	Ébauche	Carré	12	2	+16	20	52	110	1
812-0300	Plastiques, Bois	Ébauche	Carré	3	2	-16	?	12	60	3
812-0600	Plastiques, Bois	Ébauche	Carré	6	2	-16	?	22	60	0
833-1000-B	Plastiques, Bois	Ébauche	Carré	10	3	+16	?	52	110	1
843-1000-B	Plastiques, Bois	Ébauche	Carré	10	3	-16	?	52	110	1
P29-531-001	Plastiques, Bois	Découpe	Carré	3	1	+16?	?	15	100	3
580-035	Tout	Surfaçage	Carré	35	6	0	?	8	43	1

Dernière mise à jours: 30/06/2016

Inventaire

On retrouvera la liste de nos fraises en ods: Fichier:Inventaire Fraises.ods.zip

Sources

Site d'un très gros fabricant européen

Un catalogue de fraise de défonceuse On retrouve la même chose en fraisage CNC