Cette méthode d’usinage éprouvée reste un procédé moderne largement utilisé.
Le fraisage est un type d’usinage dont les origines remontent à la préparation des aliments. À l’origine, les humains broyaient les grains en farine à l’aide de meules : un ensemble composé d’une pierre plate fixe et d’une pierre rotative percée en son centre. Les grains étaient introduits dans l’ouverture, broyés par la pierre rotative (un moulin rudimentaire à main) et ressortaient sous forme de farine. Bien que très primitif, ce mécanisme marque le point de départ de toutes les machines rotatives. Aujourd’hui, le terme « moulin » désigne les machines-outils à outils rotatifs utilisées pour usiner le bois, le métal, les plastiques et la pierre.
Fraisage en usinage
L’industrie manufacturière utilise principalement le fraisage pour découper des matériaux d’une pièce brute et produire une grande variété d’articles de différentes tailles et formes. Les fraiseuses sont extrêmement précises et offrent des tolérances très serrées. Cette précision est essentielle dans des secteurs où l’exactitude est primordiale, comme l’aéronautique. Ce domaine exige fréquemment des pièces légères et complexes pour ses produits d’ingénierie de vol. Des composants tels que les structures d’avions, les systèmes de commande, les éléments de moteurs à réaction et à fusée, ainsi que les actionneurs des surfaces de vol, sont tous issus du fraisage. De même, la capacité à traiter des matériaux à la fois biodégradables et facilement stérilisables fait du fraisage le choix privilégié pour la fabrication d’outils chirurgicaux et d’implants médicaux.
Le fraisage permet de créer toutes sortes de formes et de contours dans des matériaux qui seraient autrement difficiles, voire impossibles, à usiner avec d’autres méthodes. Une grande variété de matériaux est compatible avec le fraisage, notamment des métaux comme l’aluminium, l’acier, le laiton et le cuivre ; des plastiques tels que l’acrylique, le Kevlar, le polycarbonate, le nylon et le Delrin ; des matériaux composites comme la fibre de verre, ainsi que des bois durs, des bois tendres, des céramiques, des cermets, du graphite et du verre, pour n’en nommer que quelques-uns.
La polyvalence des matériaux n’est qu’un des nombreux avantages du fraisage, auxquels s’ajoutent la taille, la qualité et la précision qu’il offre. Ce procédé est extrêmement rapide et génère peu de déchets. Il est également économique et facile à automatiser. Cependant, le fraisage n’est pas idéal pour découper des matériaux durcis, et les coupes plus profondes prennent naturellement plus de temps. Bien que ces machines soient incontestablement utiles, leur utilisation peut s’avérer complexe, et elles sont sujettes à l’usure. De plus, elles produisent une quantité significative de chaleur, de vibrations et de bruit (ou « chatter »).
Comment fonctionne le fraisage
Au niveau le plus élémentaire, un outil de coupe en acier trempé ou en matériau exotique tourne contre la pièce à usiner pour retirer de la matière. Généralement, l’outil se déplace sur un axe fixe X-Y, mais il peut également être ajusté pour se déplacer sur l’axe Z. Une fraiseuse 3 axes, comme celle décrite ici, est l’option la plus basique, mais il existe des machines à 4, 5, voire 7 axes.
Le processus commence par le chargement des pièces à usiner, qui sont ensuite fixées à la table à l’aide d’un étau ou d’un système similaire. Cela permet d’éviter les découpes décalées, les déplacements involontaires ou les dommages aux pièces pendant le travail. Ensuite, on sélectionne l’outil approprié en fonction du matériau et du projet. Vient alors la configuration de la machine, incluant des réglages tels que la vitesse de rotation de la broche et la profondeur de coupe. Une fois tout cela prêt, le fraisage peut commencer. Le processus peut être automatisé ou manuel, mais dans les deux cas, il nécessite soin et attention pour obtenir un produit fini optimal.
La première étape consiste à dégrossir le matériau en réalisant des coupes profondes qui retirent de grandes sections inutiles, permettant ainsi à la pièce de commencer à prendre la forme souhaitée. Ensuite, on procède à une finition intermédiaire avec des coupes plus lentes, moins profondes et plus précises, avant de passer à la finition complète.
Une fois le fraisage terminé, il faut décharger la pièce à usiner. À ce stade, il est courant de nettoyer la machine. Après avoir déchargé la pièce, vérifiez que les dimensions et la qualité de la surface correspondent aux attentes. Enfin, il est nécessaire de réaliser des étapes de post-traitement, comme l’ébavurage, les traitements thermiques, les revêtements de surface ou encore le stockage.
Méthodes de fraisage courrantes
Le fraisage en avalant et le fraisage en opposition sont les deux méthodes les plus utilisées dans l’industrie manufacturière.
Le fraisage en avalant (parfois appelé « down milling ») fait tourner l’outil dans le sens opposé au mouvement de la pièce, de sorte que l’outil se déplace dans la même direction que l’avance du matériau, grimpant ainsi sur la pièce à usiner. Cette méthode permet d’obtenir des surfaces lisses avec très peu de déviation du matériau. Elle limite également la surchauffe et l’usure rapide des outils. Idéal pour les pièces de haute qualité et les sections plus fines, ce procédé facilite également la gestion des copeaux.
Le fraisage en opposition (ou « up milling ») fait tourner l’outil dans la même direction que la pièce à usiner, ce qui fait avancer l’outil en sens inverse de l’alimentation du matériau. Cette méthode est plus adaptée aux matériaux malléables et permet un usinage plus rapide. Cependant, elle produit une finition plus rugueuse, une précision réduite et une usure accrue des outils.
Précautions sur le chantier de fabrication pour le fraisage
Il est impératif de suivre rigoureusement les règles de sécurité lors de l’utilisation d’une fraiseuse. Un programme de maintenance strict vous permettra de rester vigilant et de repérer les potentiels dangers, tels que les dommages, les pièces détachées et l’usure générale. En haut de votre liste de contrôle, assurez-vous que toutes les fonctionnalités de sécurité, comme les boutons d’arrêt, fonctionnent correctement, et que vous — ainsi que tout le monde utilisant la machine — savez précisément où ils se trouvent et comment les utiliser. Tous les techniciens doivent être bien formés, notamment en matière d’opération, de procédures de sécurité et des dangers possibles. Il va sans dire, mais ne contournez pas les barrières et les dispositifs de verrouillage — ils sont là pour votre sécurité.
La première chose à inclure dans votre liste de tâches pour le fraisage doit être l’équipement de protection individuelle. Cela inclut des lunettes de sécurité, des bouchons d’oreilles, des gants, etc. Votre espace de travail doit être propre, bien rangé et bien éclairé. Les réglages, y compris la vitesse de coupe et l’avance, doivent être ajustés en fonction du type, de la taille et de l’épaisseur du matériau sur lequel vous travaillez. La pièce à usiner doit être fixée de manière sécurisée pour qu’elle ne bouge pas pendant le processus. Gardez les mains et les cheveux éloignés des parties mobiles en tout temps, et lorsque vous changez d’outils, assurez-vous d’éteindre la machine d’abord.
Fraisage vs. Découpe en usinage
En général, tout fraisage implique la découpe avec des outils rotatifs qui passent sur une pièce. Cela retire précisément des morceaux de matière au fur et à mesure que les dents de l’outil coupent à travers la barre pour « extraire » la pièce souhaitée à partir d’une plaque brute. La découpe, en tant que processus autonome, implique généralement un mouvement de type broche, où les dents passent sur la surface de la pièce en mouvement linéaire pour créer un encoffrement allongé sur toute la longueur de la pièce, résultant en une fente qui sépare la matière en deux parties.
Ce mouvement peut être réciproque, comme une lame de scie qui utilise une séquence de coupe et de retour, ou bien continu. La découpe continue peut provenir d’une lame de scie à ruban qui passe le matériau dans une seule direction, ou elle peut être effectuée par une scie circulaire / roue qui déplace la pièce de manière linéaire pendant qu’elle tourne. La distinction entre fraisage et découpe n’est pas toujours très claire, car les fraiseuses sont souvent utilisées pour des tâches de découpe simples. Cela dit, les coupeurs linéaires ne sont pas typiquement utilisés dans les opérations de fraisage.
Fraisage vs. usinage Swiss
Les machines Swiss sont, en réalité, des versions précoces des centres d’usinage à multiples axes, développées pour la production en série d’horloges et de montres au 19ème siècle. L’ajout de la rotation de l’outil, pouvant fonctionner seul ou en combinaison avec la rotation de la pièce dans le mandrin, a permis de produire des caractéristiques plates et carrées sur des pièces cylindriques autrement, fixées dans le mandrin et découpées par le mouvement des fraises rotatives. Ce n’est qu’à partir des années 1970 que les tours ont commencé à intégrer ces types de fonctionnalités combinées, et il a fallu le développement de machines CNC à 6 axes pour véritablement rivaliser avec la fonctionnalité des machines Swiss.