Fabrication de moules : Questions fréquemment posées

Méthode de formation – Deux types de matériaux de base peuvent être choisis :

A) Acier à outils de travail à chaud, qui peut résister aux températures relativement élevées de la coulée sous pression, du forgeage et de l'extrusion.

B) Acier à outils de travail à froid, utilisé pour le découpage et le cisaillement, la mise en forme à froid, l'extrusion à froid, le forgeage à froid et le moulage par poudre.

Plastiques – Certains plastiques produisent des sous-produits corrosifs, tels que le PVC.

La corrosion peut également se produire en raison de facteurs tels que la condensation due à un temps d'arrêt prolongé, des gaz corrosifs, des acides, le refroidissement/le chauffage, l'eau ou les conditions de stockage.

Dans ces cas, l'acier inoxydable pour moules est recommandé.

Taille du moule – Les grands moules utilisent souvent de l'acier pré-durci. L'acier durci solide est souvent utilisé pour les petits moules.

Cycles d'utilisation des moules – Les moules destinés à un usage à long terme (>1 000 000 cycles) doivent être fabriqués en acier à haute dureté avec une dureté de 48-65 HRC. Les moules destinés à un usage modéré à long terme (100 000 à 1 000 000 cycles) doivent être en acier pré-durci avec une dureté de 30-45 HRC.

Utilisation à court terme (Rugosité de surface – De nombreux fabricants de moules en plastique s'intéressent à une bonne rugosité de surface. Bien que l'ajout de soufre améliore l'usinabilité des métaux, la qualité de surface diminue. Les aciers à forte teneur en soufre deviennent également plus cassants.)

La composition chimique de l'acier est importante.

Plus la teneur en alliage de l'acier est élevée, plus il est difficile à usiner.

À mesure que la teneur en carbone augmente, la machinabilité des métaux diminue.

La structure de l'acier est également très importante pour l'usinabilité des métaux.

Différentes structures incluent : forgées, coulées, extrudées, laminées et usinées. Les forgés et les coulées ont des surfaces très difficiles à usiner.

La dureté est un facteur important affectant l'usinabilité des métaux. La règle générale est que plus l'acier est dur, plus il est difficile à usiner. L'acier rapide (HSS) peut être utilisé pour usiner des matériaux ayant une dureté allant jusqu'à 330-400 HB ; l'acier rapide avec un revêtement en nitrure de titane (TiN) peut usiner des matériaux ayant une dureté allant jusqu'à 45 HRC ; et pour les matériaux ayant une dureté de 65-70 HRC… Par exemple, des carbures cémentés, des céramiques, des cermets et du nitrure de bore cubique (CBN) doivent être utilisés.

Le dopage non métallique a généralement un impact négatif sur la durée de vie des outils. Par exemple, Al2O3 (alumine), une céramique pure, possède de fortes propriétés abrasives.

Enfin, la contrainte résiduelle peut causer des problèmes de performance lors de l'usinage des métaux. Un soulagement de la contrainte est souvent recommandé après l'ébauche.

En gros, la répartition des coûts est la suivante :

Usinage 65%

Matériau de la pièce 20%

Traitement thermique 5%

Assemblage/réglage 10%

Cela démontre clairement l'importance d'une bonne performance de coupe des métaux et d'excellentes solutions de coupe globales pour la production économique de moules.

En général, on peut dire que : Plus la dureté et la résistance de la fonte sont élevées, plus ses performances de coupe métallique sont faibles, et plus la durée de vie attendue des plaquettes et des outils est courte.

La fonte utilisée pour la production de coupe de métal a généralement de bonnes performances de coupe de métal pour la plupart des types d'applications. L'usinabilité des métaux est liée à leur structure ; la fonte perlitique plus dure est plus difficile à usiner.

Le graphite en flocons en fonte et la fonte malléable ont une excellente usinabilité, tandis que la fonte ductile est plutôt médiocre.

Les principaux types d'usure rencontrés lors de l'usinage de la fonte sont l'abrasion, l'adhésion et l'usure par diffusion. L'abrasion est principalement causée par des carbures, des inclusions de sable et une peau de coulée dure.

L'usure par adhésion avec des bords construits se produit à des températures et des vitesses de coupe faibles. La portion de ferrite de la fonte se soude le plus facilement à l'outil de coupe, mais cela peut être surmonté en augmentant la vitesse et la température de coupe.

D'autre part, l'usure par diffusion dépend de la température et se produit à des vitesses de coupe élevées, en particulier lors de l'utilisation de nuances de fonte à haute résistance.

Ces grades ont une haute résistance à la déformation, entraînant des températures élevées. Cette usure est liée à l'interaction entre la fonte et l'outil de coupe, ce qui nécessite l'usinage de certaines fontes à des vitesses élevées avec des outils en céramique ou en nitrure de bore cubique (CBN) pour obtenir une bonne durée de vie de l'outil et un bon fini de surface.

Les propriétés typiques des outils généralement requises pour l'usinage de la fonte sont : une haute dureté thermique et une stabilité chimique sont souhaitables, mais celles-ci dépendent également du processus, de la pièce à usiner et des conditions de coupe ; le tranchant doit posséder de la ténacité, une résistance à l'usure par fatigue thermique et une résistance de tranchant. La satisfaction lors de la coupe de la fonte dépend de l'évolution de l'usure du tranchant : un émoussement rapide signifie la formation de fissures thermiques et de notches entraînant une rupture prématurée du tranchant, des dommages à la pièce à usiner, une mauvaise qualité de surface et une ondulation excessive. L'usure normale du flanc, maintenant un tranchant équilibré et aiguisé, est généralement ce qui doit être atteint.

Le processus de découpe doit être divisé en au moins trois types de processus : ébauche, semi-finition et finition, et parfois même super-finition (principalement pour des applications de découpe à grande vitesse). Le fraisage résiduel est, bien sûr, effectué après la semi-finition pour préparer la finition. Il est crucial de s'efforcer de laisser une tolérance uniformément répartie pour le processus suivant dans chaque processus. Si la direction du chemin d'outil et la charge de travail changent rarement rapidement, la durée de vie de l'outil peut être prolongée et devenir plus prévisible. Si possible, les processus de finition doivent être effectués sur des machines-outils à usage spécial. Cela améliore la précision géométrique et la qualité du moule dans un temps de débogage et d'assemblage plus court.

Roughing : Fraises à plaquette circulaire, fraises à bout sphérique et fraises à bout avec un grand rayon de pointe.

Semi-finition : Fraises à plaquettes circulaires (fraises à plaquettes circulaires avec des diamètres allant de 10 à 25 mm), fraises à bout sphérique.

Finition : Fraises à bout circulaire, fraises à bout sphérique.

Moulinage de matériau résiduel : fraises à bout circulaire, fraises à bout sphérique, fraises à bout droit.

L'optimisation du processus de coupe en sélectionnant des tailles d'outils spécifiques, des formes de cannelures et des combinaisons de grades, ainsi que des paramètres de coupe et des stratégies de fraisage appropriées, est cruciale.

L'un des objectifs les plus importants dans le processus de découpe est de créer une réserve d'usinage uniformément répartie pour chaque outil dans chaque processus.

Cela signifie que des outils de diamètres différents (du plus grand au plus petit) doivent être utilisés, en particulier dans les processus d'ébauche et de semi-finition. La norme principale à tout moment doit être d'approcher la forme finale du moule aussi près que possible à chaque opération.

Fournir une marge d'usinage uniformément répartie pour chaque outil garantit une productivité constamment élevée et un processus de coupe sûr.

Lorsque la ap/ae (profondeur de coupe axiale/profondeur de coupe radiale) reste constante, la vitesse de coupe et le taux d'avance peuvent également être maintenus de manière constante à un niveau élevé.

Cela entraîne une variation minimale de l'action mécanique et de la charge de travail sur le tranchant, générant ainsi moins de chaleur et de fatigue, augmentant ainsi la durée de vie de l'outil.

Si les opérations ultérieures sont des opérations de semi-finition, en particulier toutes les opérations de finition, alors un usinage sans pilote ou partiellement sans pilote peut être effectué.

L'usinage de réserve constant est également une norme fondamentale pour les applications de coupe à grande vitesse.

Un autre effet bénéfique d'un jeu d'usinage constant est un impact minimal sur les composants de la machine-outil : les guides, les vis à billes et les roulements de broche.

Si une fraise à shoulder carrée est utilisée pour l'usinage grossier d'une cavité, une grande quantité de réserve de coupe en escalier doit être éliminée à l'étape de semi-finition.

Cela entraînera des changements dans les forces de coupe, conduisant à une flexion de l'outil. Le résultat est des tolérances d'usinage inégales lors de la finition, affectant la précision géométrique du moule.

L'utilisation de fraises à épaules carrées (avec des inserts triangulaires) ayant une faible résistance à la pointe produit des effets de coupe imprévisibles.

Les inserts en forme de triangle ou de diamant génèrent également des forces de coupe radiales plus importantes et sont des outils de dégrossissage moins économiques en raison du nombre réduit de bords de coupe.

D'autre part, les inserts ronds peuvent fraiser dans divers matériaux et dans diverses directions. Leur utilisation entraîne des transitions plus douces entre les parcours d'outils adjacents et laisse des tolérances d'usinage plus petites et plus uniformes pour le semi-finition.

Une caractéristique des inserts ronds est qu'ils produisent une épaisseur de copeaux variable. Cela leur permet d'utiliser des vitesses d'avance plus élevées que la plupart des autres inserts.

L'angle principal de la lame de coupe des inserts ronds varie de presque zéro (coupes très peu profondes) à 90 degrés, ce qui entraîne une action de coupe très douce. À la profondeur de coupe maximale, l'angle principal de la lame de coupe est de 45 degrés, et lors de la coupe de contours le long d'un mur droit avec un cercle extérieur, il est de 90 degrés.

Cela explique également pourquoi les outils à insert rond ont une grande résistance : la charge de coupe augmente progressivement. Pour l'ébauche et la semi-ébauche, des fraises à bout rond avec inserts ronds doivent toujours être utilisées. Avec une programmation appropriée, les fraises à bout rond avec inserts ronds peuvent largement remplacer les fraises à bout sphérique.

Les inserts ronds avec un faible désalignement, combinés avec des inserts finement meulés, des angles de coupe positifs et des profils de cannelures légères, peuvent également être utilisés pour des opérations de semi-finition et certaines opérations de finition.

Dans le découpage, le calcul de base de la vitesse de coupe effective par rapport au diamètre réel ou effectif est toujours crucial.

Puisque l'avance de la table dépend de la vitesse de broche à une vitesse de coupe donnée, si la vitesse effective n'est pas calculée, l'avance de la table sera mal calculée.

Si la valeur du diamètre nominal (Dc) de l'outil est utilisée lors du calcul de la vitesse de coupe, la vitesse de coupe effective ou réelle sera beaucoup plus basse que la vitesse calculée lorsque la profondeur de coupe est faible.

Cela s'applique à des outils tels que les inserts ronds (en particulier dans la plage de petits diamètres), les fraises à bout sphérique et les fraises avec un grand rayon de pointe. Par conséquent, la vitesse d'avance calculée est également beaucoup plus basse, ce qui réduit considérablement la productivité. Plus important encore, les conditions de coupe de l'outil sont en dessous de ses capacités et de la plage d'application recommandée.

Lors de l'exécution d'une coupe 3D, le diamètre de coupe varie et est lié à la géométrie du moule.

Une solution à ce problème consiste à définir les régions à parois abruptes du moule et les régions à géométrie peu profonde de la pièce. Un bon compromis et un bon résultat peuvent être obtenus en développant des programmes CAM spécialisés et des paramètres de coupe pour chaque région.