LE SERRAGE DE L’OUTIL EST CRUCIAL, MAIS LE CHOIX N’EST PAS SIMPLE

Tendances et points d’attention

Quiconque investit dans une nouvelle machine CNC, a tout intérêt à examiner les mandrins. Car quelles que soient la puissance ou la précision, si l’interface entre l’outil et la broche n’est pas ajustée à la machine et au matériau de la pièce, on ne parviendra jamais à maximiser les possibilités du centre d’usinage. De plus, un mandrin erroné porte préjudice à la tenue d’outil et à la durée de vie de la broche.

IMPORTANCE DES MANDRINS

Il est compréhensible que certains ne dis­tinguent plus l’orée du bois lors de la sélection des mandrins. Le choix est grand à l’heure actuelle. Cependant, ceci ne doit pas être une raison pour ne pas envisager l’investissement dans une nouvelle machine CNC. Peut-être pouvez-vous encore le comparer le mieux au changement de pneu dans une course de F1, le récent GP d’Allemagne étant très évocateur à ce propos. Le bolide de F1 a besoin d’une autre interface avec le revêtement sur une piste mouillée que sur une piste sèche. L’usinage sur une machine à 3 axes standard demande un autre support que l’utilisation de fraises à grande vitesse sur un centre d’usinage à 5 axes. Le fraisage de chambres profondes dans une matrice exige également des supports différents de ceux utilisés pour l’ébauche d’une pièce forgée Inconel. La précision du faux-rond est un facteur qui compte, mais la force de serrage et le couple que supporte le mandrin, sont également importants. Si la force de serrage est suffisante, l’arête de la fraise entrera dans le matériau de façon uniforme. Mais si celle-ci est trop faible, l’outil tournera dans le support et se détachera dans le pire des cas. Naturellement, ceci peut causer de gros dégâts. Dans la pratique, les supports à serrage mécanique ont toutefois une marge de sécurité si grande que les problèmes sont rares. La fiabilité du processus est donc élevée.

DIFFERENTS SYSTEMES

On distingue trois groupes de mandrins, chacun ayant ses avantages et désavantages: mandrins frettés, mandrins hydrauliques, man­drins mécaniques (mandrins à pinces ER et Weldon).

MANDRINS MÉCANIQUES

Le mandrin Weldon est le mandrin de fraise traditionnel. Celui-ci est très flexible et le risque de voir la fraise se détacher du mandrin est faible, grâce au couple élevé que supporte le mandrin. Le mandrin Weldon est peu à peu tombé en disgrâce à cause de la précision de faux-rond médiocre. Tout est lié au boulon de serrage placé perpendiculaire à un plan normalisé. Mais ceci rend ce type de mandrin tout indiqué pour le pré-usinage, quand il s’agit de réaliser un maximum de copeaux et quand la précision ne joue pas encore un grand rôle. Comme les exigences de précision pour les usinages sont de plus en plus élevées, ceci pénalise toutefois les mandrins Weldon, dès qu’il s’agit d’usinage de précision. Les mandrins hydrauliques et les mandrins frettés font mieux sur ce point. Et les mandrins à pinces ER font mieux également que le mandrin Weldon. C’est pourquoi le mandrin à pinces ER est une assez bonne solution allround pour le perçage et les fraisages légers.

Mandrins frettés

S’il s’agit d’une précision supérieure, les mandrins frettés et les mandrins hydrauliques sont la solution indiquée. L’utilisation des mandrins frettés est un peu moins pratique, parce qu’il faut des appareils de chauffage et parce qu’il faut un autre mandrin fretté pour chaque diamètre. La rétraction proprement dite doit se faire avec précision, parce qu’autrement, le mandrin et l’outil subissent des dommages.

Mandrins hydrauliques

A l’heure actuelle, les mandrins hydrauliques (Hydro-dehn) disposent d’une force de serrage suffisante pour être également engagés dans l’ébauche, quand la fraise est lourdement sollicitée. La nouvelle génération de mandrins Hydro-dehn peut même être utilisée quand de grands volumes sont usinés. Des couples jusqu’à 900 Nm (diamètre 20 mm) peuvent être transmis à l’outil. Dans ce type d’usinage, il est important de veiller à la rigidité radiale du système d’outil total. Les mandrins Hydro-dehn peuvent justement bien supporter ces forces. Plus la rigidité radiale est élevée, plus l’alimentation et l’amorce peuvent être élevées. Un avantage complémentaire de ce type est que l’huile dans le mandrin a un effet amortissant. Le risque de vibrations est ainsi plus faible. Le concept se prête bien à l’accueil des forces axiales. Comme la précision est élevée et que leur utilisation est relativement simple, la popularité de ce type de mandrin augmente ces dernières années. La plus grande flexibilité en termes de diamètre d’outil par rapport au mandrin y contribue également. Des douilles de réduction permettent d’utiliser plusieurs diamètres de queue, sans porter atteinte à la précision du faux-rond.

IMPRESSION 3D

Les différentes techniques de serrage ont chacune leurs avantages et inconvénients, parfois le choix est faible. Les mandrins frettés se prêtent, par exemple, fort bien aux longs outils minces. Le mandrin Hydro-dehn est trop grand en soi pour être utilisé, par exemple, dans l’usinage de matrices de précision. Certains producteurs solutionnent ceci par l’impression 3D partielle de la nouvelle génération de mandrins. Ce faisant, les avantages du mandrin fretté – minceur et grande précision du faux-rond – sont combinés avec ceux d’un mandrin Hydro-dehn.

Grâce à l’impression 3D métal, la partie supérieure du mandrin peut être mince et avoir une réduction interne. La partie qui assure le serrage de la fraise, se situe à l’avant dans la queue. Ceci induit un meilleur serrage et une précision de faux-rond élevée, du fait que le serrage se produit près de la partie qui ressort du mandrin. Une telle construction ne peut pas être réalisée de façon mécanique; ceci n’est possible qu’avec l’impression 3D. Un avantage com­plémentaire est que les fabricants peuvent réduire le poids grâce à la technologie additive. Ceci profite aux propriétés dynamiques.

AMORTISSEMENT ACTIF

Les développements ne s’arrêtent pas non plus sur les mandrins pour ciseaux de tournage. Ici, les fabricants cherchent notamment des solutions pour combattre les vibrations des longs outils. La solution est l’amortissement passif et actif. Passif signifie que la vibration est combattue par une conception qui maximise la rigidité du système. Parfois, on utilise même du béton pour remplir les creux, parce que ceci a de bonnes propriétés d’amortissement.

Souvent, l’amortissement passif ne suffit plus; d’une part en raison des exigences sur la pièce, d’autre part à cause de l’engagement d’outils de plus en plus longs dans le tournage. C’est pourquoi il existe aussi l’amortissement actif, en plus de l’amortissement passif. Un élément amortissant préalablement mis sous tension réagit à la vibration dans le système d’outil en initiant un contre-mouvement. Les deux amplitudes se compensent, de sorte que l’outil de coupe proprement dit est stable. Cet élément d’amortissement se situe dans la barre de perçage et est suspendu dans des éléments élastiques, afin de pouvoir vibrer librement si nécessaire. En plaçant l’élément à l’avant, près de l’outil de coupe, l’outil réagit directement aux vibrations.

NUMERISATION

La numérisation est une autre tendance qui se manifeste petit à petit dans les mandrins. Ceci joue déjà depuis plus longtemps sur les outils d’alésage, mais entre-temps, il existe aussi des mandrins pour outils entraînés sur des tours CNC avec capteurs intégrés. Ces capteurs Bluetooth Low Energy collectent en continu des données pendant l’usinage. Le but est d’utiliser ces données pour laisser des algorithmes effectuer des prévisions sur l’entretien. D’autres fabricants d’outils recourent à la technologie de mesure pour donner à l’opérateur une idée de certains facteurs sur l’arête de l’outil. Ceci permet également de valider le processus.