Efforts d'usinage sur bois et dérivés

[TranquilleHydrau]

Bonjour,

Pour essayer de concevoir une CNC cohérente, il me semble que définir les efforts d'usinage auxquels nous allons être confrontés est capital. Mon cahier des charges fonctionnel est très simple : je dois pouvoir découper le bois et ses dérivés (MDF, contreplaqué) "facilement".

La littérature abonde de calcul d'efforts d'usinage pour les métaux mais en ce qui concerne le bois, c'est plus rare. Il est vrai que les paramètres sont plus difficile à définir : type, densité, taux d'humidité, direction de coupe par rapport aux fibres ... J'ai un technique de l'ingénieur à décortiquer sur ce sujet, je vous dirai ce qu'il en ressort.

J'en appelle alors à votre expérience pour essayer de définir des efforts de coupe maximum pour être à l'aise dans tous les dérivés du bois.

Une autre approche que j'ai trouvée intéressante sur ce forum est de le faire à l'envers : partir de la puissance de la broche ou de la transmission pour définir les efforts sur la structure et sur le guidage. Mais nous ne savons toujours pas si cela est suffisant pour l'usinage.

Tranquille

 

[antoinebeniste]

Quand on utlise une defonceuse ou broche hf ou autre, on a jamais les memes efforts sur du mdf ou mela ou bois suivant le diametre de la fraise et la profondeur de passe donc vaut mieux voir gros tout de suite, et donc peu d'interet a calculer l'effort dans ta situation (tu cherches pas usiner de l'acier non plus). Une decoupe d'un materiau epais genre mdf 19 mm se coupe en plusieurs passes, ta machine doit etre le plus rigide possible pour pouvoir encaisser les plus grosses passes possible mais en mettant des rails ronds chinois ou du igus tu ne feras jamais de tres grosses passes, c'est assez limité quand meme. Pour ça, faudra passer sur du rail prismatique qui lui est ultra rigide (et ultra cher aussi ) quand le chassis de la cn suit bien entendu.
Antoine

 

Bonsoir,
Oui, en effet, il n'y a rien à calculer. Ta machine doit être rigide. Le résultat de la rigidité dépendra de ton budget, ou possibilité de récup'. De toute façon, une machine n'est JAMAIS ASSEZ RIGIDE. Perso, je coupe du chêne de 22mm d'épais en 1 passe à 2m/min avec une ELTE 2000W à 18000tr/min fraise deux dents. Dans le mdf c'est encore plus rapide, jusqu'à 5m/min, pour pas cramer les fraises.
a+

 

[TranquilleHydrau]

Il est vrai que ta remarque Christian sur le fait qu'une machine n'est jamais assez rigide doit être largement justifiée dans le monde de la CNC amateur. Mais du point de vue technique, cela ne me satisfait pas car j'ai besoin de savoir avant la réalisation ce que je pourrait attendre d'une machine.

Après lecture de quelques articles sur le sujet, voilà quelque chose qui pourrait être intéressant :

Pour une coupe transversale (cas le plus défavorable) dans du hêtre à 12% d'humidité, un copeau de 0,2 mm d'épaisseur, un angle de coupe de 30°et un outil usé à 50%, on a un effort de coupe d'environ 200 N.

Si on veut passer à une autre essence, il y a un coefficient correcteur à appliquer dépendant de la densité :
Bois Massif
- Balsa : 0.5
- Peuplier : 0.7
- Sapin : 0.8
- Hêtre : 1 (référence)
- Chêne : 1.4
Dérivés
- Contreplaqué : 1.2 à 1.5
- Panneau de particules : 1.2
- Panneau de fibres : 2.5
- Panneau compact laminé : 2.7

Par rapport à mon cahier des charges, l'effort de coupe à prendre en compte est donc :
Effort de référence : 200 N
Coefficient correcteur maximum pour les dérivés : 2.7
Coefficient de sécurité : 1.4
Bilan : 200 x 2.7 x 1.4 = 756 N

Ce qu'implique cet effort sur la structure, les guidages et les transmissions, ça je l'ignore mais c'est tout de même un début.

Ce qui est intéressant également, c'est qu'il me semble que l'épaisseur du copeau est défini avec le type de fraise, la vitesse de rotation de la broche, l'avance et la profondeur de passe. On pourra donc guider les choix d'usinage à postériori.

Si quelqu'un est intéressé par les références, no problem.

Cordialement,
Tranquille

 

[dh42]

Salut,

Très intéressantes ces infos, merci à toi.

J'ai l'habitude d'usiner du métal et j'ai moi aussi quelque difficultés à évaluer les efforts de coupe générés. Aux réactions de la machine (vibrations) il semble qu'il y ai quand même une grosse différence entre du bois, même dur et de l'alu par exemple.

Un truc qui me parait bizarre par contre c'est les valeurs pour les panneaux de fibres ; je suppose que c'est le MDF ? C'est pourtant très tendre à usiner par rapport a du chêne.

Dans le massif, par contre il y a le même problème qu'avec une simple machine à bois, quand tu tombe sur un nœud ça peu mal se passer, c'est dur ces truc la !

++
David

 

Chacun ses choix.

Certains s'amusent à usiner avec une machine rigide.
D'autres s'amusent à calculer comment usinera leur éventuelle machine...

En attendant tout le monde s'amuse. C'est le plus important.
Et si tu souhaites que je fasses des mesures avec mes CN pour valider tes calculs, no souci.

 

[TranquilleHydrau]

Salut David,

Ta remarque m'a mis la puce à l'oreille. En effet, je n'ai pas d'expérience d'usinage avec le MDF mais cela semble plus facile à usiner que le chêne. L'erreur vient du fait que j'ai aggrégé une force de coupe maximum dans du bois massif avec un coefficient correcteur de densité. Cette valeur est obtenue pour un usinage perpendiculaire aux fibres. Pour un usinage dans le sens des fibres, c'est beaucoup plus faible. Le MDF n'ayant pas de direction privilégiée, partir de la force de coupe maximum n'a pas vraiment de sens et mon calcul est sûrement largement sur-estimé. Mais je ne cherche pas la précision mais plutôt l'ordre de grandeur.

Mon résultat d'environ 800 N me semble énorme surtout pour la broche. Je vais voir si je ne peux pas le faire diminuer en jouant sur l'épaisseur du copeau et donc sur les paramètres d'usinage.

Bien sûr tout ceci ne prend pas en compte les éventuels défaut du bois massif (noeuds, ...), c'est pour cela que j'ai rajouté un coefficient de sécurité de 1.4.

Cordialement,
Tranquille

 

[TranquilleHydrau]

Christian,

C'est vrai, je m'amuse mais je n'ai trouvé que ça pour avancer dans mon projet n'ayant pour l'instant ni l'outillage ni la place pour commencer la réalisation.

Je te remercie pour ta proposition, peut être un jour.

Cordialement,
Tranquille

 

Ta remarque m'a mis la puce à l'oreille. En effet, je n'ai pas d'expérience d'usinage avec le MDF mais cela semble plus facile à usiner que le chêne. L'erreur vient du fait que j'ai aggrégé une force de coupe maximum dans du bois massif avec un coefficient correcteur de densité. Cette valeur est obtenue pour un usinage perpendiculaire aux fibres. Pour un usinage dans le sens des fibres, c'est beaucoup plus faible. Le MDF n'ayant pas de direction privilégiée, partir de la force de coupe maximum n'a pas vraiment de sens et mon calcul est sûrement largement sur-estimé. Mais je ne cherche pas la précision mais plutôt l'ordre de grandeur.

Lorsque je découpe un cercle dans du chêne, aucun changement de conso en fonction de la direction de coupe par rapport aux fibres...
Par contre, les noeuds, ok, sa consomme plus, parfois le double.

 

[TranquilleHydrau]

Christian,

Si c'est ce que tu as mesuré sur ta machine, je dois m'incliner mais je ne trouve pas ça logique du tout. Pour moi, usiner dans le sens du fil doit être plus facile que perpendiculairement au fil. D'autres paramètres qui m'échappent doivent être déterminants. Je sèche...

Tranquille

 

[dh42]

Salut,

Pour ce qui est de l'usinage à la fraise en travers du fil, je n'ai pas vraiment l'impression non plus que ça change grand chose par rapport à l'usinage dans le sens du fil, excepté l'état de surface médiocre du champ et les bavures en plus . Par contre avec la scie circulaire par exemple, ça fait une très grosse différence.

Je n'utilise que des petites fraises pour le bois (2 à 20mm maxi), c'est peut être l'explication ..

Si ça peut de donner une idée, sur ma petite machine de 35Kg avec une simple Kress de 1050 W, une passe de 20 mm avec une fraise de 3mm dans du hêtre n'a pas demandé plus de 200W à la broche. Avec une fraise de 20mm en rainurage sur 5mm (en une passe, CP) la Kress était encore très loin de son maxi de conso. ... elle ne l'a atteins que lorsque j'ai chopé une vis à agglo traitée qui passait par la

Pense aussi que la puissance d'usinage est liée à la section du copeau, pas seulement à son épaisseur ( avance/dent x prof de passe) mais aussi au type d'usinage (% d'engagement de la fraise).

++
David

 

[seb55]

Bonjour,
Les fraises helicoidales demandent beaucoup moins d'efforts et dans toutes les directions!

 

[carlos78]

Il est vrai que ta remarque Christian sur le fait qu'une machine n'est jamais assez rigide doit être largement justifiée dans le monde de la CNC amateur. Mais du point de vue technique, cela ne me satisfait pas car j'ai besoin de savoir avant la réalisation ce que je pourrait attendre d'une machine.

Après lecture de quelques articles sur le sujet, voilà quelque chose qui pourrait être intéressant :

Pour une coupe transversale (cas le plus défavorable) dans du hêtre à 12% d'humidité, un copeau de 0,2 mm d'épaisseur, un angle de coupe de 30°et un outil usé à 50%, on a un effort de coupe d'environ 200 N.

Si on veut passer à une autre essence, il y a un coefficient correcteur à appliquer dépendant de la densité :
Bois Massif
- Balsa : 0.5
- Peuplier : 0.7
- Sapin : 0.8
- Hêtre : 1 (référence)
- Chêne : 1.4
Dérivés
- Contreplaqué : 1.2 à 1.5
- Panneau de particules : 1.2
- Panneau de fibres : 2.5
- Panneau compact laminé : 2.7

Par rapport à mon cahier des charges, l'effort de coupe à prendre en compte est donc :
Effort de référence : 200 N
Coefficient correcteur maximum pour les dérivés : 2.7
Coefficient de sécurité : 1.4
Bilan : 200 x 2.7 x 1.4 = 756 N

Ce qu'implique cet effort sur la structure, les guidages et les transmissions, ça je l'ignore mais c'est tout de même un début.

Ce qui est intéressant également, c'est qu'il me semble que l'épaisseur du copeau est défini avec le type de fraise, la vitesse de rotation de la broche, l'avance et la profondeur de passe. On pourra donc guider les choix d'usinage à postériori.

Si quelqu'un est intéressé par les références, no problem.

Cordialement,
Tranquille

Bonjour Tranquille,
J'aimerais connaitre les références