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Procédés de fabrication par usinage

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Procédés de fabrication par usinage

Principes généraux,

tournage, fraisage, perçage, rectification

Dr. S. Soubielle

(2)

Usinage et enlèvement de matière (1/3)

Principe

– Formage par enlèvement de matière – Matière enlevée au moyen d’un outil

de coupe de forme tranchante, par

mouvement relatif entre la pièce et l’outil

→ Formation d’un copeau

– Usinage principalement applicable aux métaux et polymères

Conditions de formation du copeau

– Forte déformation plastique (écrouissage) dans la zone de la pointe d’outil

– Echauffement local élevé, pouvant atteindre jusqu’à 800 à 900 °C

→ Sollicitations mécaniques et

thermiques sévères sur l’outil de coupe

Outil

Pièce Copeau

Zone fortement

écrouie

(3)

Usinage et enlèvement de matière (2/3)

Matière de l’outil de coupe

Conditions extrêmes → matières très résistantes : – Carbures métalliques (les plus utilisés)

Plaquettes se fixant sur un porte-outil

« Aciers rapides supérieurs » (ARS)

• Aciers faiblement alliés ayant subi des traitement thermiques pour en améliorer la résistance

• Utilisés lorsque le recours aux pla- quettes carbures n’est pas possible

Usinage et lubrification

Sauf cas particulier, présence obligatoire d’un lubrifiant, qui est aspergé sur la zone de coupe → huile ou « émulsion »

→ Diminue les forces de frottements / évacue les calories

(4)

Usinage et enlèvement de matière (3/3)

Principaux types d’usinage : le tournage et le fraisage

– Tournage

→ pièces de révolution

– Fraisage

→ pièces prismatiques

Gamme d’usinage

= séquence chronologique des opérations d’usinage successives permettant de passer de la pièce brute à la pièce finie

(5)

Usinage par tournage (1/4)

© Tour à commande numérique Schaublin 180 CCN

Principe du tournage

– La barre brute tourne

– L’outil se déplace en translation

Machine de tournage

Tour à commande numérique

• Le plus courant de nos jours

• Mouvements automatisés et machine autonome

Tour conventionnel

• Commande entièrement manuelle

• Utilisation marginale

(6)

Opérations de tournage

Surfaces extérieures

chariotage (1), dressage (2),

chanfreinage (3), tronçonnage (4), saignée (5), filetage (6)

Surfaces intérieures

alésage (7), perçage1, chanfreinage, chambrage (8), taraudage (9)

Opération les plus courantes

Usinage par tournage (2/4)

chariotage dressage alésage

1 Le terme perçage est dédié aux opérations d’alésage utilisant un forêt ; il se caractérise par un fond de trou conique à 120°

(7)

Exercice 5.2 modifié (Ferrot, p. 69)

Identifier les opérations d’usinages qui ont été mises en œuvre pour chaque position, afin d’obtenir la forme et la dimension spécifiée.

Usinage par tournage (3/4)

© Construction Mécanique, J.-F. Ferrot, p. 69, modifié

(8)

Limitations géométriques en tournage

Rayon d’outil → arêtes vives

rentrantes impossibles à réaliser

Stries caractéristiques du tournage

– Surfaces cylindriques (chariotage)

→ stries parallèles

– Surfaces planes (dressage)

→ stries concentriques (très légères sur l’exemple ci-contre)

Usinage par tournage (4/4)

Image : www.decolletage-legendre.com

Rayon d’outil

(9)

Usinage par fraisage (1/3)

Principe du fraisage

– L’outil de coupe (la fraise) tourne

– La matière à usiner se déplace en translation

Machine de fraisage

– Fraiseuse à commande numérique (CN)

– Fraiseuse

conventionnelle

© Fraiseuse à commande numérique Schaublin 60CNC

© Fraiseuse conventionnelle Borui

(10)

Usinage par fraisage (2/3)

Opérations de fraisage

Fraisage de face / en bout

• Axe de la fraise ⊥ à la face à usiner

• Surface générée axialement

Fraisage de profil / en roulant

• Axe de la fraise // à la face à usiner

• Surface générée radialement

– Dans la pratique, fraisage combiné de face / de profil

Images Larousse ©

Fraisage

de face Fraisage de profil Fraisage

de profil

Fraisage de face

fraisage majoritairement de profil fraisage majoritairement de face

(11)

Usinage par fraisage (3/3)

Limitations géométriques

– Evidement → empreinte du rayon de fraise

– Cas typique : logement de clavette

Stries caractéristiques du fraisage

– Surfaces fraisées de profil / en roulant → (A)

– Faces usinées de face / en bout

→ (B)

Rugotest L.C.A. – C.E.A – modèle n°1

(12)

Retour sur le perçage

Procédé de perçage

– Outil = forêt

– Trou borgne ou débouchant / traversant – Si borgne → fond de trou conique à 120°

– Peut être obtenu sur un tour ou sur une fraiseuse

Limitations

Evacuation difficile du copeau (espace confiné)

Nécessité d’effectuer des « débourrages » = sorties périodiques et répétées du forêt pour évacuer le copeau

Eviter les perçages longs : très laborieux et risque de casse du forêt

Qualité médiocre des surfaces → IT10 (9) / Ra 6,4 (3,2)

Alésoir

Utilisé pour opération de finition → IT7 (6) / Ra 0,8 (0,4)

(13)

Paramètres de coupe

Vitesse de rotation → De la barre brute en tournage / de la fraise en fraisage

Vitesse d’avance → En tournage = vitesse linéaire de l’outil

→ En fraisage = vitesse linéaire de la pièce – Profondeur de passe = Incrément de profondeur à chaque

passage de l’outil

Influence sur l’état de surface

– Vitesse d’avance et/ou profondeur de passe faible = qualité de surface élevée

– Pour cette raison, une gamme d’usinage comprend généralement :

• Plusieurs passes d’ébauche « agressives » → enlever du volume

• Puis une ou plusieurs passes de finition → qualité de surface optimale

Qualité des surfaces et paramètres de coupe (1/2)

(14)

Exercice d’application

On considère une opération de chariotage réalisée avec un outil de coupe de forme carrée et de rayon de pointe r = 0,4 mm, tel que représenté ci-contre.

1. Lors des passes d’ébauche, le pas d’usinage f, c’est-à-dire l’avance par tour, vaut 0,4 mm.

Déterminer la hauteur maximale du profil Rz.

2. On souhaite obtenir un Rz = 10 µm comme qualité de surface finale. Déterminer la valeur du pas d’usinage pour la passe de finition.

Qualité des surfaces et paramètres de coupe (2/2)

Pièce à usiner Mors de serrage

(15)

Rectification (1/2)

Définition

– Usinage par abrasion au moyen d’une meule cylindrique

• d’une surface cylindrique → rectification cylindrique ou circulaire

• d’une surface plane rectification plane ou « planage »

– Opération de finition visant à d’atteindre d’excellentes tolérances dimensionnelles et qualités d’état de surface

• IT 5 / Ra 0,4 (valeurs standard) pour de la rectification cylindrique

• IT 6 / Ra 0,8 (valeurs standard) pour du planage

Principe de fonctionnement

– Rectification cylindrique : la pièce et la meule tournent (chacune autour de son axe de révolution)

– Rectification plane : la meule tourne autour d’un axe fixe et la pièce se déplace en translation (va-et-vient)

(16)

Rectification (2/2)

Principe de fonctionnement (suite)

Utilisation

– Si précision dimensionnelle ou géométrique requise inférieure au centième de mm

– Finition des surfaces frottantes : palier direct (frottement direct métal / métal), joint d’étanchéité, etc.

© MTA – Groupe Jogam

© Swiss Mechanic – Pièce en gris (Vw>> Vb) / Meule en jaune (Vs>> S)

Rectification cylindrique Rectification plane

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