Comment l’usinage CNC à cinq axes résout-il cinq grands défis de l’usinage complexe de surface dans la fabrication de moules ?

Comment l’usinage CNC à cinq axes résout-il cinq grands défis de l’usinage complexe de surface dans la fabrication de moules ?

Dans l’industrie de la fabrication de moules, l’usinage de surfaces complexes a toujours été un défi technique. Les machines-outils CNC traditionnelles à trois axes nécessitent souvent plusieurs configurations et procédés lorsqu’il s’agit de formes géométriques complexes telles que des cavités profondes, des sous-découpes et des structures irrégulières, ce qui entraîne une faible efficacité et des problèmes potentiels de précision en raison d’erreurs cumulatives. L’avènement de la technologie d’usinage CNC à cinq axes a révolutionné ce domaine. En tant qu’équipe d’ingénierie professionnelle chez Brightstar Prototype CNC Co., Ltd, nous avons profondément expérimenté l’impact transformateur de l’usinage à cinq axes dans la fabrication de moules à haute précision dans des secteurs tels que l’aérospatiale, l’automobile et les dispositifs médicaux.

Cet article explorera comment l’usinage CNC à cinq axes répond efficacement aux cinq principaux défis de l’usinage complexe de surface dans la fabrication de moules, en mettant en valeur ses avantages techniques à travers des études de cas réelles.

1. Usinage de moules en cavité profonde : éviter les interférences d’outils et améliorer l’efficacité de la coupe

Les structures à cavité profonde se retrouvent couramment dans les moules de panneaux automobiles, les grands moules d’injection, etc., caractérisées par une profondeur significative et des flancs raides. Sur les machines à trois axes, en raison des limitations de longueur de l’outil, l’usinage de cavités profondes entraîne souvent des vibrations, une déviation de l’outil, voire une casse, ce qui entraîne une mauvaise qualité de surface.

Les machines CNC à cinq axes ajustent dynamiquement l’angle de l’outil pour éviter les interférences des pièces tout en maintenant le point de contact de coupe optimal. Par exemple, lors de l’usinage d’un moule de pare-chocs automobile, Brightstar Prototype CNC Co., Ltd utilise la technologie de fraisage latéral simultané à cinq axes, garantissant que l’outil s’engage toujours au meilleur angle, réduisant les forces de coupe radiale et améliorant la stabilité de l’usinage. Selon une étude publiée dans l’International Journal of Machine Tools and Manufacture, l’usinage à cavité profonde sur cinq axes peut réduire l’usure des outils de plus de 50 % et augmenter les taux d’élimination des matériaux de plus de 30 % par rapport à l’usinage à trois axes (Source : IJMTM, 2021).

2. Usinage en zone de sous-découpe : formage en une seule étape et réduction de l’usure des électrodes

Les structures sous-découpées sont courantes dans les moules en plastique et les moules de moulage sous pression. Les méthodes traditionnelles reposent sur l’usinage à décharge électrique (EDM), qui nécessite des électrodes personnalisées, entraînant des coûts élevés et de longs délais de livraison. Les machines à cinq axes utilisent le contrôle vectoriel par axe d’outil pour aborder la pièce sous différents angles, permettant un fraisage direct des zones de sous-découpe et réduisant significativement les procédés de la DEV.

Par exemple, un dispositif médical nécessitait un moule d’articulation du genou avec des sous-découpes internes complexes. Utiliser une machine à trois axes nécessiterait de diviser le moule en plusieurs pièces pour l’assemblage. Cependant, l’équipe Brightstar a adopté une stratégie d’usinage simultané sur cinq axes, complétant l’ensemble du moule en une seule opération. Cela a non seulement raccourci le délai de livraison, mais a également amélioré les performances d’étanchéité et la durée de vie du moule.

3. Usinage de surface libre : polissage manuel à lissage et réduction haute précision

Les surfaces libres sont courantes dans les pièces extérieures automobiles et les moules d’électronique grand public haut de gamme. Les méthodes d’usinage traditionnelles laissent souvent des traces visibles d’outils, nécessitant un polissage manuel approfondi, qui est long et incohérent.

Les machines CNC à cinq axes utilisent le mouvement de trajet continu (CPM) pour maintenir l’outil perpendiculaire à la surface normale, assurant une coupe uniforme. Par exemple, lors de l’usinage du moule de calandre d’une marque de voiture de luxe, Brightstar a utilisé une stratégie de finition à cinq axes à grande vitesse, atteignant une rugosité de surface de Ra 0,4μm avec presque aucune politure post-usinage requise. Selon les Annales CIRP, l’usinage de surface libre sur cinq axes peut réduire le temps de finition manuelle de 80 % (Source : CIRP, 2022).

 4. Usinage de pièces à paroi mince : minimiser les risques de déformation et améliorer la stabilité dimensionnelle

Les moules à paroi fine (par exemple, les cadres de smartphones, les boîtiers de drones) sont sujets à la déformation ou même à la recyclage lors de l’usinage en raison des forces de coupe. Les machines à trois axes, avec leurs mécanismes d’alimentation rigides, peinent à s’adapter aux exigences flexibles des pièces à paroi fine.

L’usinage à cinq axes utilise des stratégies de coupe à angle variable pour ajuster dynamiquement les directions d’avance, répartissant les forces de coupe de manière uniforme. Par exemple, lors de l’usinage d’un composant aérospatial à paroi fine en alliage de titane, Brightstar utilisait un fraisage trochoïdal combiné à un usinage simultané sur cinq axes, contrôlant la déformation à 0,02 mm d’environ — dépassant largement la tolérance requise par le client.

5. Usinage de structures composites multi-angles : réduction des montages et amélioration de la précision du positionnement

Les moules haut de gamme (par exemple, pales de turbine, boîtes de vitesses de précision) présentent souvent des géométries composites multi-angles. Les méthodes traditionnelles nécessitent plusieurs configurations, ce qui entraîne des inefficacités et des erreurs potentielles dues aux décalages de référence. La fonction RTCP (Point central d’outil rotationnel) des machines à cinq axes permet un usinage complet dans une seule configuration en faisant pivoter la table de travail.

Par exemple, un grand moule d’hélice énergétique avec 12 canaux d’écoulement à différents angles, avec des erreurs de consistance ≤0,03 mm. Brightstar utilisait la technologie de transformation dynamique des systèmes de coordonnées sur une machine à cinq axes, complétant toutes les fonctionnalités en une seule configuration et évitant les erreurs de repositionnement. L’inspection finale a donné un taux de réussite de 100 %.

Les avantages de l’usinage à cinq axes de Brightstar Prototype CNC Co., Ltd

En tant que prestataire professionnel de services d’usinage CNC à cinq axes, Brightstar Prototype CNC Co., Ltd possède une vaste expérience dans la fabrication de moules. Nos centres d’usinage DMG MORI à cinq axes sont équipés de tables rotatives de haute rigidité et de systèmes anticollision intelligents, capables de relever les défis les plus complexes des moules. De plus, notre équipe d’ingénierie utilise des logiciels avancés de FAO comme Hypermill et PowerMill pour optimiser les parcours d’outils, garantissant des résultats d’usinage efficaces et précis.

Si vous recherchez une solution fiable d’usinage de moules à cinq axes, contactez l’équipe Brightstar pour des services personnalisés !

Références:  

1. International Journal of Machine Tools and Manufacture (2021), « Optimisation du parcours d’outil dans l’usinage 5 axes des cavités profondes »  

2. CIRP Annals (2022), « Stratégies avancées de finition pour surfaces libres »  

(Cet article est original par l’équipe technique de Brightstar Prototype CNC Co., Ltd. Veuillez indiquer la source pour la republication.)