L'usinage CNC à grande vitesse, ou usinage à grande vitesse (UGV, HSM en anglais), est une méthode de travail des pièces dans l'industrie métallurgique qui se caractérise par une efficacité, une précision et une qualité accrues des pièces usinées, par rapport aux procédés conventionnels.
Qu'est-ce que l'usinage à grande vitesse ?
Cette méthode, de plus en plus utilisée dans les ateliers d'usinage, est appréciée pour les grands avantages qu'elle apporte. Outre des pièces plus précises et une efficacité accrue, il est avéré que cette technique réduit les temps de production et ne nécessite pas une forte intervention humaine. Les coûts de production diminuent ainsi considérablement, de même que les délais de livraison.
L'usinage à grande vitesse s'effectue grâce à la technologie de commande numérique par calculateur CNC ; les procédés sont donc automatisés et demandent une intervention minimale des opérateurs. Mais qu'est-ce que la CNC à grande vitesse ? Précisons que l'usinage à grande vitesse peut se faire en une seule opération, mais aussi en combinant plusieurs opérations, selon la machine employée.
Ce terme peut désigner la vitesse de coupe, la vitesse de broche, la vitesse d'avance ou le débit de copeaux. L'usinage à grande vitesse se caractérise par une broche qui atteint de 3 000 à 6 000 tours par minute pour un diamètre de 25 à 30 millimètres ; quant aux vitesses, ces procédés permettent d'usiner avec des vitesses de coupe cinq à dix fois supérieures à celles des méthodes conventionnelles.
Dans ce type d'usinage, la profondeur et la vitesse de coupe, ainsi que l'avance, dépendent des pièces à usiner (forme, matériau, etc.).
Applications de la CNC à grande vitesse
Le type de matériau à usiner joue un rôle très important en métallurgie. Usiner une pièce en aluminium n'est pas la même chose que l'usiner en acier ou en titane ; la dureté du matériau et les dimensions de la pièce entrent aussi en jeu. Mais l'un des grands avantages de la CNC à grande vitesse est qu'elle permet d'usiner tous types de pièces. La polyvalence des machines qui permettent cet usinage a favorisé leur utilisation dans différents secteurs industriels.
Outre la métallurgie, la CNC à grande vitesse est utilisée dans le secteur aérospatial, mais aussi dans la fabrication de matrices et de moules. Dans ces deux secteurs, on travaille des métaux très résistants, comme le titane, l'acier inoxydable et l'aluminium. Rappelons, par exemple, que dans la fabrication de matrices et de moules, il faut produire de grands volumes de ces éléments, c'est-à-dire des fabrications en série et en grandes quantités. C'est pourquoi l'usinage à grande vitesse est très recommandé.
Avantages de l'usinage à grande vitesse
La CNC à grande vitesse présente de nombreux avantages pour l'industrie métallurgique. Pour commencer, elle remplace les passes de grande profondeur à faible vitesse de coupe (courantes en usinage conventionnel) par des passes de moindre profondeur à vitesse plus élevée ; la quantité de copeaux enlevée est ainsi plus importante. La vitesse de coupe élevée réduit également les efforts de coupe et la taille des copeaux.
Comme ces efforts de coupe diminuent, il est possible d'usiner des épaisseurs très minces, à partir de 0,2 millimètre. Ce type d'usinage permet aussi une bien meilleure précision du contour et améliore la qualité de surface de la pièce. La CNC à grande vitesse permet d'évacuer la quasi-totalité de la chaleur produite pendant le processus par les copeaux et réduit le coefficient de frottement entre les copeaux et l'outil de coupe.
Autre avantage de cette technique : elle permet d'usiner des aciers très durs et augmente aussi la durée de vie de l'outil de coupe. Enfin, comme nous l'avons indiqué, les temps de production diminuent, ce qui réduit les délais de livraison ; la présence des opérateurs n'est pas indispensable en permanence, ce qui contribue aussi à réduire les coûts de production.
Quelles caractéristiques pour une machine à grande vitesse ?
Pour tirer pleinement parti de l'usinage CNC à grande vitesse, la machine et ses outils doivent répondre à une série d'exigences. L'équipement doit être capable de répondre aux vitesses requises, ainsi qu'au profil à obtenir. Par ailleurs, la CNC intégrée à la machine doit être capable d'anticiper la modification des trajectoires des outils de coupe ; par exemple, passer très rapidement d'un perçage à un tournage, ou faire pivoter la pièce selon l'angle souhaité.
Les outils de la tête doivent être très résistants à l'usure et adaptés aux opérations réalisées. Enfin, pour que l'usinage à grande vitesse fonctionne, il est indispensable d'utiliser des logiciels de FAO et de CAO capables de créer des conceptions et des stratégies adaptées à ce type d'usinage.