Procédés de fabrication par usinage
Principes généraux,
tournage, fraisage, perçage, rectification
Dr. S. Soubielle
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
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
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
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
• 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°
• 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
• 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
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
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
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
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)
• 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)
• 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
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)
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