Comment le choix des outils varie-t-il selon les types de plastiques ?
Principes clés de la sélection des outils pour l’usinage des plastiques
La sélection des outils pour l’usinage des plastiques diffère fondamentalement de la coupe des métaux, principalement en raison de la faible conductivité thermique, de la viscoélasticité et du caractère abrasif des plastiques. Les objectifs principaux sont de gérer la génération de chaleur, d’éviter l’adhérence de matière (arête rapportée) et d’obtenir une coupe nette plutôt qu’une action de déchirure ou de fusion. Une mauvaise sélection d’outils conduit directement à une mauvaise finition de surface, à des inexactitudes dimensionnelles, à une fusion ou à un délaminage. Chez Neway, notre service d’usinage de précision applique des stratégies d’outillage spécifiques aux matériaux pour garantir des résultats optimaux sur une large gamme de polymères.
Considérations sur la géométrie et le revêtement des outils selon la catégorie de matériau
Catégorie de matériau | Géométrie d’outil recommandée | Matériau et revêtement de l’outil | Paramètres clés et justification |
|---|---|---|---|
• Angles de coupe positifs élevés (10°–20°) • Arêtes tranchantes et polies • Volumes de goujures importants (2–3) • Angles d’hélice élevés (40°–60°) | • Carbure monobloc non revêtu • Carbure poli • Revêtements diamant nano-cristallins | Justification : Les angles de coupe élevés permettent une coupe nette plutôt qu’un déplacement de matière, réduisant les forces et la chaleur. Les goujures polies et les angles d’hélice importants assurent une évacuation efficace des copeaux, évitant la recoupe et l’encrassement. | |
Plastiques rigides et cassants (ex. : Acrylique (PMMA), Polycarbonate (PC), Polystyrène) | • Angles de coupe nuls ou légèrement négatifs • Arêtes arrondies (petit chanfrein T-land) • Angles d’hélice standards (30°–45°) • Outils O-flute à une ou deux goujures | • Carbure monobloc • Carbure revêtu diamant • Revêtement TiN possible | Justification : Une arête renforcée empêche les microfissures et éclats à la sortie. La géométrie contrôle la fracture pour obtenir une coupe propre. Les outils O-flute sont excellents pour obtenir des finitions optiques sur l’acrylique. |
Plastiques abrasifs et chargés (ex. : remplis de céramique, nylon chargé de verre, PEEK à fibres de carbone) | • Angle de coupe positif mais arête résistante à l’usure • Angles d’hélice modérés • Âme robuste pour la rigidité | • Diamant polycristallin (PCD) • Carbure revêtu diamant • Carbure massif (pour petites séries) | Justification : Les fibres de renfort (verre, carbone) sont très abrasives et usent rapidement le carbure standard. Les outils PCD et revêtus diamant offrent la dureté et la résistance nécessaires pour maintenir le tranchant et la durée de vie. |
Élastomères thermoplastiques (TPE) et PU (ex. : TPE, Polyuréthane (PU)) | • Arêtes extrêmement tranchantes, type lame • Angle de coupe très positif (>15°) • Goujures polies à hélice élevée | • Carbure poli non revêtu • Acier rapide (HSS) affûté pour certaines opérations | Justification : Ces matériaux sont élastiques et sujets à la déchirure. Une arête en forme de lame est nécessaire pour trancher proprement au lieu d’étirer et déchirer la matière. Le polissage élevé évite l’adhérence du matériau. |
Détails par matériau spécifique
• Acrylique (PMMA) et Polycarbonate (PC) : Pour les matériaux transparents nécessitant une clarté optique, un outil O-flute (spirale à une goujure) est idéal. Il produit un copeau continu et une finition polie sur les arêtes. Les outils diamantés sont utilisés pour la production en série afin de maintenir le tranchant et d’éviter le ternissement.
• Nylon et Acétal (POM/Delrin) : Ces matériaux semi-cristallins sont collants. Une fraise à 2 ou 3 goujures avec une hélice élevée et des cannelures polies est essentielle. La netteté est primordiale : un outil légèrement émoussé provoquera immédiatement fusion et formation de fils, problème fréquent en fraisage CNC.
• PEEK et PEI (Ultem) : Bien que performants, ils peuvent être collants à l’état non chargé. La stratégie est similaire à celle du nylon. Cependant, pour les versions renforcées (verre ou carbone), il faut immédiatement passer à des outils résistants à l’abrasion tels que le PCD pour garantir la durée de vie et la précision en usinage multi-axes de pièces complexes.
• FR-4 et G10 : Ces composites verre-époxy sont extrêmement abrasifs. Les fraises à pointe PCD sont la norme. L’utilisation de carbure entraîne une usure rapide, une perte de précision et une mauvaise qualité de bord due à l’arrachement des fibres.
Résumé des caractéristiques critiques des outils
La règle universelle en usinage du plastique est la netteté. Au-delà, la sélection résulte d’un équilibre entre : • Angle de coupe : contrôle la différence entre cisaillement et labourage. • Angle d’hélice : détermine la fluidité d’évacuation des copeaux. • Nombre et polissage des goujures : assurent le dégagement des copeaux et empêchent l’adhérence de matière. • Revêtement / matériau : dicte la durée de vie de l’outil, en particulier avec les composites abrasifs. Un usinage réussi, qu’il s’agisse de prototypage CNC ou de production à faible volume, repose sur l’adaptation de ces caractéristiques d’outil au comportement spécifique du plastique afin de minimiser la chaleur, les forces et garantir une qualité élevée.
