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Vitesse de coupe et vitesse de rotation

Par Karl-Heinz Danger cover

Instruments rotatifs au labo

Un travail efficace avec des instruments rotatifs exige des connaissances fondamentales sur les différentes qualités et comportements des matériaux, des aspects malheureusement souvent négligés au quotidien. Par contre, si l’on tient compte des instructions spécifiées par le fabricant et des différentes caractéristiques des instruments, il est possible de travailler plus efficacement et d’obtenir de meilleurs résultats. Aujourd’hui, l’utilisation efficace et économique de ces outils est de plus en plus importante pour les prothésistes, et ce en raison de la forte progression des coûts de main d’oeuvre. Un objectif facilement accessible, si l’on intègre quelques connaissances plus approfondies sur les instruments, sur leurs vitesses de rotation idéales et sur la pression de contact, c’est l’objet de cet article.

Vitesse de rotation idéale :

La vitesse de rotation d’un instrument / outil rotatif est décisive pour le résultat du travail. La règle veut qu’ un instrument tournant à basse vitesse enlève peu de matériau, alors qu’un instrument tournant plus vite en enlève beaucoup plus, mais ce dernier produit aussi plus de friction et s’use plus rapidement. La vitesse idéale se trouve entre ces deux extrêmes. Pour cette raison, il faut observer quelques aspects fondamentaux si l’on veut utiliser ces instruments correctement. Par exemple, la vitesse de rotation ne doit pas être trop élevée, car la présence de forces centrifuges excessives peut amener à la déformation ou la fracture de l’instrument. La vitesse de rotation maximale permise dépend de plusieurs facteurs, à savoir
  • du diamètre de l’instrument
  • du matériau de la tige
  • de la précision et l’état technique de la pièce-à-main utilisée
  • de l’état de la pince de serrage

Instruments rotatifs au laboratoire :

Pour ces raisons, il est préférable :
  • d’utiliser des instruments avec une tige de gros diamètre
  • d’ insérer les instruments dans la pince de serrage le plus profondément possible
  • de ne pas utiliser les instruments déformés / endommagés (voir photos 1 et 2) ainsi que les pièces-à-main usées ou encrassées
001 Les fabricants déterminent les vitesses maximales de leurs instruments à l’aide d’un procédé très compliqué et coûteux. Le symbole de la vitesse maximale (photo 3) figure dans les catalogues ainsi que sur l’emballage (photo 4) de chaque produit. 002 003 Pour travailler en toute sécurité, on ne doit pas excéder la vitesse maximale et observer les règles de prévention des accidents, tels que le port de lunettes de protection, masques anti-poussière , l’emploi d’un système d’aspiration efficace... Les fraises de gros diamètre et grosse denture présentent un risque particulier : celles-ci ont tendance à sortir de la pince à serrage si l’arête de coupe principale a une torsion à droite. Pour cette raison, il est préférable d’utiliser des fraises coupantes avec arête principale coupante à droite mais avec torsion à gauche (photo 5). 004

Vitesse de coupe :

La vitesse de coupe c’est la vitesse linéaire de arête de coupe pendant l’opération. Elle dépend du diamètre de l’instrument et de la vitesse de rotation, et se calcule à l’aide de formules (photo 6). 005 Pour les instruments coupants et perçants, la vitesse de coupe est habituellement indiquée en m/min, alors que pour les instruments abrasifs, elle est indiquée en m/sec. Ainsi les petits instruments ont une vitesse de coupe inférieure aux gros instruments, bien que tous les deux soient utilisés à la même vitesse de rotation. Autrement dit, pour obtenir la même vitesse de coupe, les petits instruments nécessitent une vitesse de rotation plus haute que les gros. En théorie, cette connaissance est toujours valable. En pratique, il n’est pas toujours possible d’atteindre les vitesses élevées exigées par les petits instruments, car souvent, les instruments dynamiques aux laboratoires ne sont pas du tout conçus pour cette gamme de régimes !

Vitesse de coupe et usure des arêtes de coupe :

En général, l’opinion « Plus ça tourne vite, plus l’enlèvement de matériau se fait vite » et donc plus c’est économique, est une supposition qui se révèle parfois inexacte. Le travail devient même de plus en plus inefficace puisqu’une vitesse de coupe supérieure entraîne aussi une friction élevée entre l’arête de coupe de l’instrument et la pièce à travailler. Or cette friction entraîne une augmentation de température qui ne peut toutefois pas être compensée puisque les travaux courants dans le laboratoire ne permettent pas de générer une réfrigération intensive. Cet échauffement conduit à l’usure prématurée des arêtes de coupe. En plus, on doit considérer un autre aspect important. Les pièces à travailler sont normalement formées sur la base d’un modèle. Plus le modèle sera précis, moins il y aura de matériau à enlever . Pour cette raison, il est souvent recommandé de travailler avec une vitesse de rotation plutôt inférieure afin de ne pas courir le risque d’enlever trop de matériau de manière incontrôlée, ce qui aurait pour conséquence de rajouter une retouche de la pièce à usiner. C’est pourquoi il est en général recommandé d’effectuer le dégrossissage avec une vitesse de rotation adaptée, mais pas excessive, permettant un travail efficace mais contrôlé. Dans ce cas, la température de coupe transmise sur la pièce à usiner est relativement faible et les arêtes de coupe s’usent moins. Cependant, l’usinage des matériaux spéciaux exige une attention particulière. Plus précisément, si l’on veut usiner le titane, on doit veiller à éviter la formation typique d’étincelles (photo 7). Ce phénomène est un signe clair que la vitesse de rotation est trop élevée et mène à l’usure prématurée des arêtes de coupe. Par contre, pour la céramique en oxyde de zirconium il vaut mieux utiliser une vitesse plus élevée, qui nécessite bien entendu une turbine plus puissante. Un refroidissement de la fraise à l’eau est recommandé. 006 Pour résumer, la vitesse idéale dépend donc de plusieurs facteurs, à savoir :
  • de l’expérience et de l’habilité de l’utilisateur
  • du type de travail et du matériau à usiner
  • du type d’instrument et sa précision
  • de l’efficacité de l’instrument rotatif
En cas de doute il est recommandable d’utiliser une vitesse de rotation plutôt inférieure.

Finition

Les règles que nous venons d’évoquer s’appliquent également à la finition des surfaces mais leur objet est tout autre que l’ enlèvement d’une grande quantité de matériau à savoir :
  • le fignolage de la pièce à fabriquer
  • l’état de surface de la pièce avant la finition
  • l’état de surface définitif recherché.
Lors de l’usinage industriel, il est recommandé d’utiliser pour le polissage une vitesse de rotation plutôt élevée. Ce qui ne s’applique pas à l’usinage manuel pratiqué au laboratoire. Des enquêtes ont montré qu’on atteint les meilleures qualités de surface avec une vitesse de rotation plutôt inférieure entre 10.000 et 15.000 t/min ce qui est dû aux qualités réunies de l’outil utilisé, de la pièce-à-main et de la pièce à usiner. Cela devient encore plus évident en technique de fraisage. Ici, on obtient les meilleures qualités de surface sur métal précieux avec une vitesse de rotation entre 1.000 et 1.500 t/min. Bien sûr, cela dépend aussi de plusieurs facteurs. On doit veiller :
  • à ce que les instruments de finition soient suffisamment précis
  • à ce que les arêtes de coupe soient en parfait état et qu’elles permettent une utilisation ciblée avec vitesses de rotation basses
  • à ce qu’on travaille avec un lubrifiant ou réfrigérant, si possible

Précision et efficacité d’enlèvement de matériau :

Comme précisé plus haut, les instruments de gros diamètres se suffisent de vitesses inférieures à celles des instruments plus petits, mais il n’ est pas possible découvrir tous les cas de figure avec les instruments rotatifs dont on dispose ! Par contre, il est fort possible d’influencer les propriétés de coupe par un choix judicieux de la géométrie des arêtes de coupe. Pour cet te raison, au cours des dernières années on s’ est décidé à développer une construction spécifique pour chaque type d’instrument coupant. Cela permet l’utilisation de la totalité du spectre des régimes entre 5.000 et 25.000 t/min, peu importe quel ’ instrument utilisé soit de petit ou gros diamètre. Naturellement, il va de soi qu’ avec la même géométrie un instrument de grand diamètre réalisera une réduction de matériau plus efficace qu’un petit. Cela vaut non seulement pour les fraises coupantes, mais aussi pour les fraises de finition. Les instruments se distinguent par leurs angles de travail - à savoir l’angle de dégagement , l ’angle de dépouille (photos 8a) et l’angle d’inclinaison des arêtes de coupe (photos 8b)- adaptés à chaque type travail. 007 Il est toujours très courant de croire qu’un instrument usé réalise de meilleures surfaces, mais cet te opinion est définitivement fausse ! Un certain brillant réalisé avec un instrument usé est souvent pris par erreur pour une meilleure qualité de surface. Pour cet te raison, il est vrai de dire qu’un instrument avec des arêtes de coupe tranchantes réalise un enlèvement de matériau plus rapide pendant le dégrossissage mais aussi un polissage plus rapide pendant la finition .

Polissage et vitesse de rotation :

Les mêmes règles s’ appliquent au polissage des surfaces avec des polissoirs à liants souple. On obtient les meilleures qualités de surface si l’on utilise des vitesses de rotation inférieures (5.000 – 6.000t/min). Souvent, les polissoirs peuvent être utilisés comme instruments universels, capables d’enlever une grande quantité de matériau s’ils sont utilisés à une vitesse de rotation plus élevée, tandis qu’utilisés à des vitesses basses, ils lissent les surfaces. A suivre...

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