Brevet FR2894497A3 — publié le 20070615

FR 2894497 A3 20070615 FR 0553781 A 20051208 "Procédé de fraisage d'une surface plane et outil pour la mise en oeuvre d'un tel procédé" L'invention concerne un procédé de fraisage d'une surface plane et un outil pour la mise en ceuvre d'un tel procédé. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de fraisage d'une surface plane au cours duquel une fraise, dont l'axe de rotation est perpendiculaire à la surface à usiner, est déplacée selon une direction parallèle au plan de la surface, du type dans lequel une opération unique d'usinage est réalisée au io moyen d'une fraise unique, et du type comportant : - une première étape d'ébauche au cours de laquelle la surface à usiner est fraisée pour éliminer une surépaisseur d'ébauche de manière à obtenir une première hauteur axiale d'ébauche ; et is - une seconde étape de finition au cours de laquelle la surface à usiner est fraisée pour éliminer une surépaisseur de finition de manière à obtenir une deuxième hauteur axiale de finition. La présente invention concerne notamment un procédé 20 d'usinage de pièces dont le matériau les expose au problèmes d'arrachement de matière, ou d'écaillage, lors de l'usinage par fraisage. Ce problème d'écaillage touche notamment les pièces en fonte grise, comme certains carters de moteurs à combustion, 25 dont la face supérieure est usinée par fraisage à grande vitesse pour enlever une surépaisseur et obtenir une surface usinée, par exemple au moyen d'une fraise en nitrure de bore cubique. Afin d'éviter ou de limiter un tel problème d'écaillage, il est nécessaire de limiter la profondeur de passe, ou encore 30 l'épaisseur de matière enlevée lors du passage de la fraise, à un incrément axial maximum de quelques dixièmes de millimètres, par exemple approximativement deux dixièmes de millimètres pour un carter en fonte grise. Une telle limitation de la profondeur de passe par rapport à la sut-épaisseur de matière à enlever implique de réaliser l'usinage de la surface supérieure du carter selon un procédé d'usinage comportant plusieurs étapes. Concernant le carter de moteur, les étapes habituelles du procédé d'usinage sont : - une étape d'ébauche au cours de laquelle est réalisée une surface d'ébauche ; - une étape de semi finition au cours de laquelle est réalisée une surface de semi finition ; io - une étape de finition au cours de laquelle est réalisée la surface de finition. Cependant, l'objectif des fabricants est de minimiser les coûts de production en minimisant les temps d'usinage des pièces, en minimisant le nombre d'étapes du procédé d'usinage, is tout en respectant un cahier des charges garant de la qualité des pièces réalisées. A cet effet, il est connu d'utiliser un procédé comportant une étape d'ébauche et une étape de finition qui sont réalisées à l'aide d'une fraise dite "étagée" au cours d'une opération unique 20 de fraisage, faisant ainsi l'économie d'une étape d'usinage. Une telle fraise "étagée" comporte un axe de rotation perpendiculaire à la surface à usiner, une rangée supérieure d'arêtes de coupe réparties circonférentiellement de manière régulière et une rangée inférieure d'arêtes de coupe réparties circonférentiellement de 25 manière régulière. Ces rangées d'arêtes de coupe sont coaxiales et sont décalées axialement et radialement entre elles, par rapport à l'axe de rotation de la fraise. Ainsi, au cours de l'opération d'usinage selon ce procédé, la fraise "étagée" peut permettre de réaliser l'étape d'ébauche et 30 l'étape de finition, par exemple, en usinant la surface du carter à deux hauteurs axiales différentes au cours d'une opération unique d'usinage. Cependant, selon ce procédé de fraisage, la profondeur de passe est limitée à la valeur de deux incréments axiaux, soit environ quatre dixièmes de millimètres dans l'exemple de l'usinage de la face d'un carter. s Par conséquent, ce procédé d'usinage n'est adapté qu'à certains usinages de pièces dont la surépaisseur à enlever est relativement faible. Pour compenser cette limitation de la profondeur de passe, on peut envisager d'équiper la fraise d'un "étage" supplémentaire. io Mais une telle solution n'est pas acceptable car elle est très coûteuse compte tenu du nombre d'arêtes de coupe ou de plaquettes nécessaires à la conception de l'outil. Par ailleurs, il est envisageable de faire l'économie d'une étape d'usinage au moyen d'une fraise dite "escargot", dont l'axe is de rotation est perpendiculaire à la surface à usiner. Une fraise "escargot" comporte une pluralité d'arêtes de coupe qui sont décalées entre elles d'un écart radial et d'un écart axial de manière régulière par rapport à l'axe de rotation de la fraise. Lors de l'usinage, chaque arête de coupe usine une portion de la pièce 20 à une hauteur axiale différente. Ainsi, une fraise "escargot" permet de répartir la profondeur de passe totale entre les différentes arêtes de coupe et d'augmenter la surépaisseur enlevée au cours d'une étape d'usinage par rapport à une fraise "conventionnelle" ou une fraise 25 "étagée", notamment en usinant la surface par incréments lors de l'étape d'ébauche. Cependant, une fraise "escargot" est peu ou pas adaptée à l'étape de l'usinage de finition ou de semi finition, car l'extrémité axiale inférieure de la fraise "escargot", en vis-à-vis de la pièce à 30 usiner, ne comporte qu'une seule arête de coupe et cette dernière arête d'extrémité réalise à elle seule l'étape de finition ou de semi finition, ce qui n'est pas ou peu envisageable. En effet, les étapes d'ébauche et de finition d'une surface ne présentent pas les mêmes contraintes techniques. De manière générale, l'étape de finition nécessite un plus grand nombre de passages de la ou des arêtes de coupe sur la surface à usiner que pour l'étape d'ébauche, ou nécessite une avance radiale plus lente de la fraise, dans le but d'obtenir un meilleur état de surface que pour l'étape d'ébauche. De ce fait, une fraise "escargot" n'est pas adaptée à un procédé de fraisage comportant une étape de finition. io Par conséquent, l'invention vise à proposer un nouveau procédé et un outil de mise en ceuvre de ce procédé, notamment pour l'usinage des faces supérieures des carters de moteur à combustion, qui est apte à réaliser une étape d'ébauche et une étape de finition ou de semi finition au cours d'une même is opération d'usinage et apte à enlever une surépaisseur supérieure à la profondeur de passe enlevée avec le procédé réalisé au moyen d'une fraise étagée. Dans ce but, l'invention propose un procédé d'usinage du type de celui précédemment décrit, caractérisé en ce que l'étape 20 d'ébauche comporte une pluralité de sous étapes successives au cours desquelles la surépaisseur d'ébauche est usinée par incréments axiaux successifs à différentes hauteurs selon l'axe de rotation de la fraise. L'invention propose aussi un outil pour la mise en ceuvre 25 du procédé selon l'invention, caractérisé en ce que l'outil est une fraise cylindrique comportant : - un premier jeu comportant une pluralité d'arêtes de coupe réparties angulairement de manière régulière et décalées entre elles d'un incrément axial et d'un décrément radial par rapport à 30 l'axe de rotation de la fraise, pour réaliser la première étape d'ébauche comportant lesdites sous étapes ; et - un second jeu comportant une pluralité d'arêtes de coupe réparties angulairement de manière régulière, toutes à la même hauteur axiale et à la même distance radiale par rapport à l'axe de rotation de la fraise, pour réaliser la seconde étape de finition. Selon d'autres caractéristiques de l'outil selon l'invention : - l'incrément axial et le décrément radial entre les arêtes s de coupe adjacentes du premier jeu sont réguliers et constants ; - le second jeu d'arêtes de coupe fait saillie axialement par rapport au premier jeu d'arêtes de coupe ; - les arêtes de coupe du second jeu sont radialement plus rapprochées que les arêtes de coupe du premier jeu, selon l'axe io de rotation de la fraise; et - les arêtes de coupe appartiennent à des plaquettes amovibles agencées dans des logements du corps ou de la tête de la fraise. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention is apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de dessus de la face supérieure d'un carter de moteur et d'une fraise selon l'invention ; 20 -la figure 2 est une vue de dessus en coupe partielle de la fraise de la figure 1 ; - la figure 2a est une vue de détail en coupe à plus grande échelle d'une portion de la fraise de la figure 2, illustrant l'agencement réciproque des plaquettes de coupe ; 25 - la figure 3 est une vue de côté en développé d'une portion de la fraise de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue schématique illustrant le profil ou plan radial médian des plaquettes de coupe de la fraise de la figure 1 dans un même plan radial ; 30 - la figure 5 est une vue de côté en section d'une portion d'une plaquette de coupe de la fraise usinant une face du carter de la figure 1 à plus grande échelle. Dans la description qui va suivre, les éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. Dans la description et dans les revendications, pour en faciliter la compréhension, on utilisera à titre non limitatif les expressions telles que "supérieur" et "inférieur", "axial" et "radial", ainsi que les directions en référence aux figures selon le trièdre L, V, T de la figure 1. La figure 1 représente la surface ou face supérieure 10 io d'un carter 12 de moteur à combustion (non représenté), et une fraise 14 dont l'axe de rotation A est perpendiculaire à la surface à usiner, ici la face supérieure 10 du carter 12. Le carter 12, dont le brut ou ébauche est obtenu par fonderie, comporte du fait de ce procédé de fabrication, une is surépaisseur "s" de matière à sa face supérieure 10. Par conséquent, la face supérieure 10 du carter 12 est usinée par fraisage pour éliminer la surépaisseur "s", représentée à la figure 5, dans le but d'obtenir un état de surface et/ou une planéité répondant aux exigences requises. 20 A cet effet, le procédé de fraisage selon l'invention consiste en une opération unique d'usinage réalisée au moyen d'une fraise 14 unique du type qui comporte une première étape dite d'ébauche au cours de laquelle la face supérieure 10 du carter 12 est usinée d'une première surépaisseur "s1" et du type 25 qui comporte une seconde étape dite de finition au cours de laquelle la face supérieure 10 du carter 12 est usinée d'une seconde surépaisseur "s2", illustrée à la figure 5. L'opération unique d'usinage consiste ici en un déplacement longitudinal de la fraise 14 unique selon la direction 30 de la flèche F, représentée aux figures 1 et 5, au cours duquel la fraise 14 tournante usine la face supérieure 10 pour enlever les sut-épaisseurs "si" et "s2". Avantageusement, la fraise 14 présente un diamètre "d" supérieur à la largeur transversale "I" de la face supérieure 10, de manière à usiner la face supérieure 10 sur toute sa largeur transversale en une seule passe, ou une seule opération, d'usinage. L'étape d'ébauche et l'étape de finition sont ainsi réalisées au cours de la même opération d'usinage. Conformément à l'invention, l'étape d'ébauche comporte une pluralité de sous-étapes successives au cours desquelles la io surépaisseur d'ébauche "si" est usinée par incréments axiaux "il" successifs à différentes hauteurs ou cotes axiales selon l'axe de rotation A de la fraise 14 de manière à obtenir une hauteur ou cote axiale d'ébauche "h1" et de manière à réaliser une surface d'ébauche 22, comme le montre la figure 5. is Les incréments axiaux "i1" sont égaux et chacun représente une portion de la surépaisseur d'ébauche "sr. Selon le mode de réalisation représenté, l'étape d'ébauche est réalisée en douze incréments axiaux "i1" et donc en douze sous-étapes. Au cours de l'étape de finition, la surépaisseur de finition 20 "s2" est usinée de manière à obtenir une hauteur axiale de finition "h2" et de manière à réaliser une surface de finition 24, comme le montre la figure 5. Afin de mettre en ceuvre le procédé d'usinage précédemment décrit, l'invention concerne aussi la fraise 14, 25 décrite ci-dessous et représentée aux figures 2, 2a et 3. La fraise 14 selon l'invention est cylindrique et comporte un premier jeu "j1" d'arêtes de coupes 16 qui réalise la première étape d'ébauche, et un second jeu "j2" d'arêtes de coupe 16 qui réalise la seconde étape de finition du procédé d'usinage. 30 Chaque jeu "j1" et "j2" est composé d'une pluralité d'arêtes de coupe 16 qui sont réparties circonférentiellement et angulairement de manière régulière par rapport à l'axe de rotation A de la fraise 14. Selon ce mode de réalisation, les arêtes de coupe 16 du premier jeu "j1" et du second jeu "j2" sont intercalées radialement de manière alternée. Chaque arête de coupe 16 est ici agencée sur une plaquette de coupe 18 et elle s'étend selon une direction sensiblement radiale. Les plaquettes de coupe 18 sont au nombre de douze par jeu "j1", "j2" d'arêtes de coupe 16 et sont par exemple en nitrure de bore cubique. Chaque plaquette de coupe 18 est agencée dans un io logement 20 formé dans la tête 26 de la fraise 14, comme le montre notamment les figures 2 et 2a. Les arêtes de coupe 16 du premier jeu "j1", destinées à réaliser l'étape d'ébauche, sont radialement plus éloignées que les arêtes de coupe 16 du second jeu "j2", destinées à réaliser is l'étape de finition. Plus précisément, les jeux "j1" et "j2" sont écartés radialement d'un écart "e1" représenté à la figure 4. De même, le second jeu "j2" d'arêtes de coupe 16 fait saillie axialement par rapport au premier jeu "j1". Le premier jeu 'Il" est axialement plus haut que le second jeu "j2". Plus 20 précisément, les jeux "j1" et "j2" sont écartés axialement d'un écart "e2", représenté à la figure 4. Ainsi, la face supérieure 10 du carter 12 est d'abord usinée par le jeu 'Il" d'arêtes de coupe 16 de la première surépaisseur d'ébauche "si", en réalisant la surface d'ébauche 22. Ensuite la 25 surface d'ébauche 22 du carter 12 est usinée par le second jeu "j2" d'arêtes de coupe 16 de la surépaisseur de finition "s2", en réalisant ainsi la surface de finition 24. Les arêtes de coupe 16 du premier jeu "j1" sont écartées entre elles de manière régulière d'un incrément axial "il" et d'un 30 décrément radial "i2". L'arête de coupe inférieure 16a, qui est agencée le plus bas axialement, est aussi l'arête de coupe agencée radialement la plus à l'intérieur, c'est-à-dire au plus près de l'axe A. De même, l'arête de coupe supérieure 16b qui est agencée le plus haut axialement est aussi l'arête de coupe qui est agencée radialement la plus à l'extérieur. Ainsi, au cours de l'étape d'ébauche de l'usinage, chaque arête de coupe 16 du premier jeu "j1" usine successivement, et à une hauteur axiale différente, la face supérieure 10 du carter 12. Les arêtes de coupe 16 du second jeu "j2" sont agencées de manière identique aux arêtes de coupe 16 d'une fraise "conventionnelle". Toutes les arêtes de coupe 16 sont à la même io hauteur axialement et radialement. Les différents écarts "e1", "e2", l'incrément "il" et le décrément "i2" définissant la géométrie de la fraise 14 selon l'invention et l'agencement des arêtes de coupe 16 sont avantageusement définis par l'homme de métier de manière à is obtenir un compromis entre la qualité des surfaces réalisées, la durée de vie de l'outil, la surépaisseur "s" à enlever, le mieux adapté à la pièce à usiner et aux exigences requises. De manière non limitative, l'invention s'adapte aux fraises 14 ne comportant pas de plaquettes 18, mais comportant par 20 exemple des arêtes de coupe 16 intégrées dans la tête 26 de la fraise 14. De même, la fraise 14 selon l'invention s'adapte à toutes faces ou surfaces planes, et à différents matériaux. La fraise 14 et le procédé d'usinage selon l'invention 25 permettent, en fonction de la surépaisseur à enlever de la surface à usiner, d'économiser une étape d'usinage, la semi-finition par exemple. De plus, les incréments axiaux "il", qui "séparent" les arêtes de coupe 16 du jeu "j1", permettent de répartir la 30 surépaisseur "si" enlevée au cours de l'étape d'usinage. Ainsi, par rapport à une fraise "étagée", la durée de vie des arêtes de coupes 16 ou des plaquettes 18 est mieux maîtrisée et/ou l'état io de surface de la pièce usinée est de meilleure qualité, pour un nombre d'arêtes de coupe similaire. REVENDICATIONS 1. Procédé de fraisage d'une surface (10) plane au cours duquel une fraise (14), dont l'axe de rotation (A) est perpendiculaire à la surface à usiner (10), est déplacée selon une direction parallèle au plan de la surface, du type dans lequel une opération unique d'usinage est réalisée au moyen d'une fraise (14) unique, et du type comportant : - une première étape d'ébauche au cours de laquelle la surface à usiner (10) est fraisée pour éliminer une surépaisseur io d'ébauche (si) de manière à obtenir une première hauteur axiale d'ébauche (h1), et - une seconde étape de finition au cours de laquelle la surface à usiner (10) est fraisée pour éliminer une surépaisseur de finition (s2) de manière à obtenir une deuxième hauteur axiale is de finition (h2), caractérisé en ce que l'étape d'ébauche comporte une pluralité de sous étapes successives au cours desquelles la surépaisseur d'ébauche (si) est usinée par incréments axiaux (i1) successifs à différentes hauteurs selon l'axe de rotation (A) de la fraise (14). 20 2. Outil (14) pour la mise en ceuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil (14) est une fraise (14) cylindrique comportant : - un premier jeu (j1) comportant une pluralité d'arêtes de coupe (16) réparties angulairement de manière régulière et 25 décalées entre elles d'un incrément axial (i1) et d'un décrément radial (i2) par rapport à l'axe de rotation (A) de la fraise (14), pour réaliser la première étape d'ébauche comportant lesdites sous étapes ; et - un second jeu (j2) comportant une pluralité d'arêtes de 30 coupe (16) réparties angulairement de manière régulière, toutes à la même hauteur axiale et à la même distance radiale par rapport à l'axe de rotation (A) de la fraise (14), pour réaliser la seconde étape de finition. 3. Outil (14) pour la mise en ceuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'incrément axial (il) et le décrément radial (i2) entre les arêtes de coupe (16) adjacentes du premier jeu (j1) est régulier et constant. 4. Outil (14) pour la mise en ceuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second jeu (j2) d'arêtes de coupe (16) fait saillie axialement par rapport au premier jeu (j1) d'arêtes de coupe (16). 5. Outil (14) pour la mise en ceuvre du procédé selon la io revendication 2, caractérisé en ce que les arêtes de coupe (16) du second jeu (j2) sont radialement plus rapprochées que les arêtes de coupe (16) du premier jeu (j1), selon l'axe de rotation (A) de la fraise (14). 6. Outil (14) pour la mise en ceuvre du procédé selon les is revendication 2 à 5, caractérisé en ce que les arêtes de coupe (16) appartiennent à des plaquettes amovibles (18) agencées dans des logements (20) du corps (26) ou de la tête (26) de la fraise (14).