Le cuivre pur paraît simple jusqu'à ce qu'il soit intégré à la machine.
Il est doux. Il conduit bien la chaleur. Il n'est pas abrasif comme l'acier inoxydable ou le titane. Sur le papier, cela devrait être facile.
Puis le couteau le touche.
Au lieu de copeaux propres, on obtient de longs rubans brillants. Ils s'enroulent autour de la fraise. Ils traînent sur le fond de la poche. Ils collent à la cannelure. Parfois, ils forment un véritable nid de cuivre avant même que l'opérateur ait le temps d'arrêter le cycle.
C'est là le véritable casse-tête de l'usinage CNC du cuivre pur malléable . Le problème ne réside pas seulement dans la découpe du matériau, mais aussi dans la maîtrise des copeaux avant qu'ils n'altèrent la finition, n'encrassent l'outil ou ne laissent des bavures partout.
Cela a une grande importance pour des pièces comme les barres omnibus, les bornes de batterie, les connecteurs RF, les plaques de transfert thermique, les blocs de mise à la terre et les composants électriques à haute conductivité. Ces pièces nécessitent souvent des surfaces propres, des dimensions précises et un faible niveau de bavures, et non pas une simple pièce grossière découpée dans du cuivre.
Pour les projets nécessitant un usinage CNC sur mesure du cuivre , le contrôle des copeaux doit être planifié avant la programmation. Une fois que le cuivre pur commence à s'étaler et à s'enrouler, la correction en fin de processus est généralement plus longue et plus coûteuse.
Pourquoi le cuivre pur refuse de casser les copeaux proprement
Le cuivre pur ne s'écaille pas comme le laiton.
Le laiton se fracture généralement en petits copeaux plus faciles à manipuler. Le cuivre pur, lui, s'étire, se plie et s'étale. Il a tendance à rester en une longue bande si l'outil ne le force pas à être cisaillé correctement.
Ce comportement est dû à la ductilité du cuivre. Les cuivres C101 et C110, de haute pureté, sont connus pour leur tendance à s'encrasser sous le tranchant. Le manuel d'usinage en cuivre pur de Boona décrit ce même problème rencontré en atelier : le cuivre a tendance à s'étaler, à former des bavures et à créer des rebuts lorsque l'outil frotte au lieu de couper.
Dans l'usinage quotidien, les signes sont faciles à reconnaître :
| Ce que tu vois | Ce que cela signifie habituellement |
|---|---|
| De longs rubans de cuivre semblables à des cheveux | L'alimentation est trop légère ou les copeaux sont trop fins. |
| Le cuivre était collé à la flûte. | Chaleur, adhérence ou lubrification insuffisante |
| Bavures le long du bord | La pression de l'outil est trop élevée ou le tranchant est émoussé. |
| Rayures sur la surface finie | Les copeaux sont en cours de recoupe. |
| Finition de poche médiocre | Des copeaux sont coincés dans la découpe. |
| Variation soudaine de la taille | Le bord accumulé modifie les conditions de coupe |
De nombreux machinistes réagissent en ralentissant la cadence de travail. Parfois, cela fonctionne. Mais avec du cuivre pur, ralentir la cadence peut aussi accentuer le frottement de l'outil de coupe. Et c'est précisément le frottement qui provoque les bavures sur le cuivre.
L'objectif le plus pertinent est le suivant : créer un véritable copeau, lui laisser suffisamment d'espace pour s'échapper et l'empêcher de se souder à l'outil.
La première chose à corriger est généralement l'alimentation, et non la vitesse.
Lorsque le cuivre forme des rubans fins et continus, l'alimentation est souvent trop légère.
Cela paraît paradoxal, car le cuivre pur est mou au toucher. Par prudence, de nombreux programmeurs réduisent excessivement l'avance. La fraise cesse alors de pénétrer le matériau et se met à le polir. Dès lors, la chaleur s'accumule sur le bord, le cuivre devient collant et le contrôle de la puce se dégrade.
Pour le bris de copeaux lors de l'usinage du cuivre pur , le copeau doit être suffisamment épais pour se courber, se déplacer et se séparer de la coupe.
Voici une plage de valeurs pratiques pour le fraisage du carbure :
| Taille de la fraise | Chargement initial des puces | Note pratique |
|---|---|---|
| 3 mm / 1/8 po | 0.0008–0.0015 pouce/dent | Utiliser un engagement léger et une forte évacuation des copeaux |
| 6 mm / 1/4 po | 0.0015–0.0030 pouce/dent | Bon point de départ pour les poches et les profils |
| 10 mm / 3/8 po | 0.0025–0.0045 pouce/dent | Plus stable si le dispositif de maintien de la pièce est rigide |
| 12 mm / 1/2 po | 0.0030–0.0060 pouce/dent | Utile pour le dégrossissage lorsque le montage est solide |
Ces chiffres ne sont pas magiques. Ce sont des points de départ. La valeur optimale dépend de la géométrie de l'outil, du nombre de goujures, de l'engagement radial, du liquide de refroidissement, de la rigidité de la machine et de la forme de la pièce.
Mais le principe est important : il ne faut pas utiliser une avance si faible que l'outil ne fasse que frotter le cuivre.
Si la puce est très fine et filandreuse, augmentez légèrement l'avance avant d'apporter des modifications importantes à l'ensemble du programme.
Utilisez des outils tranchants, ouverts et polis
Le cuivre pur ne pardonne pas les outils émoussés.
Un outil de coupe universel peut convenir pour l'aluminium ou l'acier doux, mais dans le cuivre malléable, il a souvent tendance à repousser la matière au lieu de la couper. Il en résulte un bord irrégulier, de la chaleur, des bavures et d'importantes bavures.
Pour la plupart des opérations d'usinage du cuivre pur, je recommande d'utiliser une fraise en carbure poli à pointe affûtée, conçue pour les métaux non ferreux. Les fraises à deux ou trois dents sont généralement plus faciles à manier que celles à quatre dents, car elles offrent une meilleure évacuation des copeaux.
| Choix de l'outil | Pourquoi cela aide le cuivre |
|---|---|
| Tranchant tranchant | Réduit les frottements et les traces |
| Râtage positif élevé | Permet au cuivre de se cisailler au lieu de se déchirer. |
| Flûtes polies | Réduit l'adhérence des frites |
| Conception à 2 ou 3 cannelures | Donne plus d'espace aux longs copeaux |
| Revêtement DLC ou revêtement de type diamant | Contribue à réduire l'adhérence du cuivre |
| Outil de finition séparé | Protège la surface finale de l'usure par abrasion. |
L'outil doit paraître presque trop tranchant comparé à un outil de coupe d'acier. Un affûtage trop poussé est généralement déconseillé dans ce cas.
Cela est particulièrement vrai pour le C110. Si vous travaillez également avec des pièces en C110, le guide Boona correspondant sur les vitesses et avances CNC du cuivre C110 est une référence interne utile pour choisir une plage de départ sûre avant d'affiner le contrôle des copeaux.
Donnez un endroit où aller à la puce
Le bris des copeaux dépend en partie des paramètres de coupe, mais aussi de l'espace.
Le rainurage pleine largeur du cuivre pur est une opération délicate. L'outil de coupe est enfoncé, le liquide de refroidissement peine à atteindre le bord et les copeaux de cuivre ne peuvent s'évacuer. Une fois les copeaux accumulés dans la rainure, l'outil recommence à les usiner. C'est à ce moment-là que la finition se raye et que les bavures s'accentuent.
Pour le fraisage de poches et l'ébauche, le dégagement adaptatif ou le fraisage trochoidal sont généralement plus stables.
| Style de parcours d'outil | Résultat du contrôle de la puce |
|---|---|
| Emplacement complet | Risque le plus élevé lié à l'emballage des puces |
| enfilage lourd | Les copeaux peuvent rayer et endommager le sol. |
| Compensation adaptative | Un engagement plus constant et une meilleure évacuation |
| Fraisage trochoïdal | Permet d'éviter que l'outil ne soit enterré |
| Passe d'ébauche + passe de finition | Meilleure finition et contrôle des bavures plus aisé |
Une configuration courante pour l'ébauche consiste en un engagement radial de 10 à 25 % avec une profondeur axiale suffisante pour produire un copeau exploitable. Ceci permet de contrôler la pression de l'outil tout en laissant suffisamment d'espace pour l'évacuation des copeaux.
Cela explique aussi pourquoi la conception des pièces est importante. Les rainures profondes et étroites, les angles rentrants serrés et les cavités fermées rendent l'usinage du cuivre beaucoup plus difficile. Sur des pièces comme les blocs électriques, les dissipateurs thermiques en cuivre et les bornes de batterie, une légère augmentation du rayon des angles ou de la largeur des rainures peut considérablement améliorer la stabilité de l'usinage.
Pour plus de contexte sur la conception et la fabrication, ce sujet s'inscrit naturellement dans la page de Boona sur l'usinage CNC de pièces sur mesure en cuivre pur.
Le liquide de refroidissement ne sert pas uniquement au refroidissement, il gère aussi la puce.
Dans le cuivre pur, le liquide de refroidissement remplit trois fonctions.
Cela refroidit la coupure.
Il lubrifie le bord.
Cela permet de sortir les puces de la zone dangereuse.
Si le liquide de refroidissement ne touche que le haut du porte-outil et n'atteint jamais le tranchant, son efficacité est limitée. L'orientation de la buse et du jet d'air est importante. Dans les zones difficiles d'accès, le liquide de refroidissement doit faciliter l'évacuation des copeaux, et non les refouler au fond d'un coin.
| Méthode | Meilleure utilisation | Attention à |
|---|---|---|
| Liquide de refroidissement d'inondation | Fraisage, perçage, tournage général | Doit viser la zone de coupe |
| Liquide de refroidissement haute pression | Trous profonds, tournants, rainurés | Nécessite une assistance machine |
| Jet d'air | Fraisage ouvert et poches peu profondes | Aucune lubrification par elle-même |
| Brume / MQL | Découpes légères et finitions | Puissance de chasse d'eau limitée |
| Huile de coupe | Taraudage, alésage, finition manuelle | Plus lent, mais utile pour la durée de vie des outils. |
Pour le fraisage à ciel ouvert, un puissant jet d'air comprimé est très efficace car il empêche le recoupage des copeaux. Pour le perçage, l'air seul est généralement insuffisant. Les copeaux doivent être évacués du trou, ce qui nécessite généralement un arrosage régulier, un bon cycle de perçage par à-coups ou une géométrie de foret conçue pour faciliter l'évacuation des copeaux.
Perçage du cuivre pur : Veillez à ce que les copeaux ne s’accumulent pas dans le trou.
Le perçage du cuivre pur peut s'avérer particulièrement désagréable.
Une fraise possède un espace libre autour d'elle. Ce n'est pas le cas d'un foret. Le copeau doit remonter la rainure. S'il ne le peut pas, il se bloque dans le trou, raye la paroi, endommage le foret ou casse l'outil.
Pour un contrôle optimal des copeaux lors du perçage du cuivre pur , utilisez un foret affûté avec un espacement suffisant entre les goujures. Les forets paraboliques sont souvent utiles pour les trous profonds. Les forets à arrosage interne peuvent s'avérer utiles lorsque la géométrie de la pièce et la machine le permettent.
| Type de foret | Vitesse de la surface de départ | Gamme d'alimentation | Meilleure utilisation |
|---|---|---|---|
| foret HSS | 100 250 à XNUMX XNUMX pieds cubes par minute | 0.001–0.006 po/tour | trous courts, petits lots |
| Foret en carbure | 200 500 à XNUMX XNUMX pieds cubes par minute | 0.002–0.010 po/tour | Perçages répétables et travaux de production |
| foret parabolique | 150 400 à XNUMX XNUMX pieds cubes par minute | 0.002–0.008 po/tour | Des trous plus profonds et une meilleure évacuation des copeaux |
| Perçage par refroidissement interne | Recommandation du fabricant d'outils | Recommandation du fabricant d'outils | trous profonds ou critiques |
Le perçage par à-coups est utile, mais un excès de perçage peut engendrer des frottements. La mèche doit évacuer les copeaux sans polir sans cesse la même surface de cuivre.
Pour les trous étroits, ne comptez pas sur le foret pour tout faire. Percez légèrement en dessous du diamètre requis, puis alésez, percez ou usinez la pièce si la tolérance est importante.
Tournage du cuivre pur : Utiliser suffisamment de matière de coupe pour que le brise-copeaux fonctionne.
Sur un tour, le cuivre pur permet de réaliser des rubans très longs grâce à la continuité de la coupe. Un mauvais réglage peut toutefois engendrer des copeaux qui s'enroulent autour de la pièce, du mandrin, de l'outil ou de la contre-pointe.
Pour le tournage, utilisez des plaquettes conçues pour les métaux non ferreux : tranchantes, polies, à angle de coupe positif et dotées d’un brise-copeaux efficace sur les matériaux tendres.
Le brise-copeaux nécessite une avance et une profondeur de coupe suffisantes. Si la coupe est trop légère, les copeaux risquent de ne jamais atteindre correctement le brise-copeaux.
| Opération de tournage | Vitesse de surface | Fil d'actualité | Profondeur de coupe | Pointe de contrôle de puce |
|---|---|---|---|---|
| Tournage grossier | 350 700 à XNUMX XNUMX pieds cubes par minute | 0.004–0.012 po/tour | 0.5 – 2.5 mm | Utilisez suffisamment de DOC pour courber la puce |
| Terminer le tournage | 500 900 à XNUMX XNUMX pieds cubes par minute | 0.002–0.006 po/tour | 0.1 – 0.5 mm | Évitez de frotter avec une pression trop légère. |
| Gorges | 200 500 à XNUMX XNUMX pieds cubes par minute | Dépendant de l'outil | Léger à moyen | Maintenir le liquide de refroidissement concentré et direct |
| Séparation | 150 400 à XNUMX XNUMX pieds cubes par minute | Alimentation régulière | coupure totale | Gardez la lame affûtée et d'équerre. |
Pour les bornes, broches, manchons et arbres conducteurs tournés, le lien interne avec les services de tournage CNC est tout à fait naturel, car le contrôle des copeaux est tout aussi important en tournage qu'en fraisage.
Une habitude à prendre en atelier est utile : ne jugez pas le tournage du cuivre uniquement sur l’aspect brillant de la surface. Le cuivre peut paraître brillant même lorsque l’outil frotte. Vérifiez la forme du copeau et le tranchant de l’outil.
Que changer lorsque les choses tournent mal
Lorsque les copeaux de cuivre commencent à se courber, ne modifiez pas dix paramètres à la fois. Apportez une modification, observez le comportement du copeau, puis décidez.
| Problème | Première chose à vérifier | Ajustement pratique |
|---|---|---|
| rubans fins et sans fin | L'aliment est peut-être trop léger. | Augmenter légèrement la charge de la puce |
| Du cuivre collé à l'outil | Adhésion et chaleur | Ajouter du lubrifiant, utiliser un outil poli |
| Chips emballées dans la poche | L'outil est enterré | Réduire l'engagement radial |
| Surface rayée | Recoupe de copeaux | Améliorer le rinçage ou le soufflage d'air |
| Bavure de sortie importante | Bord émoussé ou voie de sortie peu pratique | Utilisez un outil tranchant et ajoutez une passe de chanfrein. |
| Saisie de forets | Des copeaux coincés dans le trou | Améliorer le cycle de piqué ou la géométrie du foret |
| Changements d'arrivée en cours de course | Bord rapporté | Arrêtez-vous et inspectez l'outil |
Cette approche de dépannage est plus utile que la recherche d'une vitesse idéale. Le cuivre pur réagit à l'ensemble du processus, et non à une seule valeur.
Un système de contrôle par puce de cuivre simple qui fonctionne généralement.
Pour de nombreuses pièces en cuivre pur usinées, il s'agit d'une approche de départ fiable :
Utilisez une fraise en carbure poli à 2 ou 3 dents.
Évitez autant que possible le remplissage complet.
Commencez par une vitesse de surface modérée.
Conservez une charge de copeaux suffisante pour éviter les frottements.
Utilisez un arrosage abondant ou un jet d'air comprimé dirigé directement sur l'outil.
Laisser le stock pour une passe de finition séparée.
Utilisez un outil de finition propre pour la surface finale.
Inspectez la première partie avant d'exécuter le traitement par lots.
Cette configuration ne résoudra pas tous les problèmes de cuivre, mais elle augmente considérablement les chances de succès. Elle réduit également le risque de corriger des défauts de finition de surface qui étaient en réalité des problèmes d'évacuation des copeaux.
Pour les pièces en cuivre, du prototype à la production en série, la planification de la fabrication en petites séries prend toute son importance. Un processus efficace pour un prototype peut nécessiter une meilleure évacuation des copeaux, un suivi précis de la durée de vie des outils et un contrôle qualité renforcé avant de pouvoir être appliqué de manière constante à la production en série. La page dédiée aux petites séries de Boona décrit un accompagnement à la production de 1 à 10 000 pièces en métal ou en plastique, ce qui correspond parfaitement à cette transition entre la validation du prototype et la production en série.
Le contrôle des copeaux influe également sur l'inspection
Les problèmes liés aux puces de cuivre ne s'arrêtent pas à la machine.
Les copeaux longs peuvent rayer les surfaces. Les bords rapportés peuvent se déformer. Les bavures peuvent se cacher à la sortie des trous ou sur les bords des cavités. Le cuivre tendre peut également se déformer lors d'un ébavurage agressif.
C’est pourquoi la première pièce doit être soigneusement vérifiée avant la production des autres. Examinez la finition, les bavures, la qualité des bords, l’état des trous et toutes les surfaces de contact ayant une incidence électrique ou thermique.
Pour les pièces en cuivre utilisées dans les applications électriques ou thermiques, le contrôle ne se limite pas aux dimensions. L'état de surface est tout aussi important. La page de contrôle qualité de Boona constitue un lien interne pertinent, car les pièces en cuivre nécessitent souvent un contrôle dimensionnel et un examen visuel de leur surface avant expédition.
Réflexions finales
Le cuivre pur n'est pas difficile à usiner parce qu'il est dur. Il est difficile à usiner parce qu'il est mou, collant et ductile.
Pour une évacuation efficace des copeaux lors de l'usinage du cuivre pur , il est essentiel de ne pas se fier à une seule méthode. Utilisez un outil à angle de coupe positif et bien affûté. Maintenez une avance suffisante pour cisailler la matière. Évitez d'enfoncer l'outil de coupe. Dirigez le liquide de refroidissement ou l'air vers la zone de formation des copeaux. Facilitez l'évacuation des copeaux. Utilisez un outil de finition séparé lorsque la qualité de l'état de surface est importante.
La plupart des problèmes liés aux copeaux de cuivre commencent par de petits défauts. Un léger frottement provoque un bourrelet. Ce bourrelet engendre une finition médiocre. Une mauvaise évacuation des copeaux se traduit par des rayures et des bavures. Au moment du contrôle qualité, le coût est déjà engagé.
Un meilleur processus commence plus tôt.
Pour les ingénieurs concevant des composants à haute conductivité, un meilleur contrôle des puces en cuivre pur se traduit par des surfaces plus propres, moins de bavures, des tolérances plus stables et moins de retouches. Et pour des pièces comme les barres omnibus, les dissipateurs thermiques, les contacts de batterie, les composants RF et les blocs de mise à la terre, cela peut faire toute la différence entre une pièce à l'aspect usiné et une pièce opérationnelle.
