Tournage mécanique

Le tournage est un procédé d'usinage par enlèvement de copeaux qui consiste à l'obtention de pièces de forme cylindrique ou/et conique avec outils coupants sur des machines nommées tour.

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Usinage

Le tournage est un procédé d'usinage par enlèvement de copeaux qui consiste à l'obtention de pièces de forme cylindrique ou/et conique avec outils coupants sur des machines nommées tour. La pièce à usiner est fixée dans une pince, dans un mandrin, ou entre pointes. Il est aussi envisageable de percer sur un tour, même si ce n'est pas sa fonction première.

Tour conventionnel

En tournage, le mouvement de coupe est obtenu par rotation de la pièce serrée entre les mors d'un mandrin ou dans une pince spécifique, alors que le mouvement d'avance est obtenu par le déplacement de l'outil coupant. La combinaison de ces deux mouvements permet l'enlèvement de matière sous forme de copeaux.

Un tour sert à fabriquer essentiellement des pièces de révolution même si certaines machines peuvent réaliser des formes particulièrement complexes (tours de décolletage).

Ces pièces peuvent être :

métalliques ou en plastique (tour mécanique) ;
en bois (tour à bois) ;
en terre (tour vertical de potier).

Les tours à bois et mécaniques conventionnels laissent actuellement de plus en plus la place à des tours à commande numérique, entièrement automatisés. Ces derniers peuvent facilement réaliser des opérations complexes de type fraisage, polygonage, perçages radiaux, etc. La programmation de commande numérique est effectuée par des instructions. Dans l'industrie les ouvriers tourneurs sont fréquemment aussi chargés du fraisage. On les nomme alors les tourneurs-fraiseurs.

Tour à commande numérique

Tournage à commande numérique

Produit d'exercice

Les différents types d'opérations

Tournage exterieur

Tournage longitudinal (chariotage), réalisation d'un diamètre
Tournage transversal (dressage), réalisation d'une face
Tournage par profilage ou contournage, réalisé par copiage ou utilisation d'une commande numérique
Tournage de gorges, dégagements
Filetage, réalisation d'un pas de vis
Tronçonnage

Tournage intérieur

Alésage
Dressage
Tournage intérieur par contournage
Tournage de dégagement, gorges
Taraudage, réalisation d'un pas de vis intérieur
chambrage

Matériaux utilisés pour les outils

L'acier rapide, qui est un acier fortement allié, est particulièrement utilisé pour la production d'outils de coupe. Les caractéristiques qui le rendent intéressant sont sa dureté d'environ 65 HRc et sa ténacité qui lui confère une bonne longévité.
les carbures métalliques. Rentrent dans cette catégorie les alliages composés de tungstène (60-90%), titane et tantale (1-35%) et de cobalt ou nickel (5-15%), mais aussi d'autre matières en plus faibles quantités comme le molybdène ou le vanadium. La fabrication du métal dur est réalisée par frittage, on en fait le plus souvent des plaquettes qu'on fixe sur le corps de l'outil par brasage ou avec une vis. Certains outils de petites dimensions sont fabriqués entièrement en métal dur.

Revêtements

Fréquemment, les outils en acier rapide ou en métal dur sont revêtus d'une ou plusieurs couches, ils possèdent une durée de vie plus longue et permettent une augmentation des vitesses d'usinage et un état de surface meilleur. Les différents types de revêtement sont :

Le nitrure de titane (TiN), matériau standard.
Le carbonitrure de titane (TiCN), grande dureté, bonne résistance à l'abrasion.
L'oxyde d'aluminium (Al₂O₃) et nitrure de silicium (Si₃N₄), appartiennent à la classe des céramiques, se sont deux matériaux de base auxquelles on peut additionner différentes matières suivant les caractéristiques recherchées : oxyde de zirconium (ZrO₂), carbure de titane (TiC) ou du carbure de silicium (SiC).
Le diamant utilisé pour l'usinage de métaux non-ferreux et de non-métaux abrasifs tels que : carbone ou céramique.
Le nitrure de bore utilisé pour l'usinage de métaux ferreux trempés.

Conditions de coupe

Vitesse de coupe

En tournage, la vitesse de coupe est la vitesse relative de l'outil comparé à la pièce. Il s'agit par conséquent de la vitesse tangentielle au point de la pièce coïncident avec la pointe de l'outil. Cette vitesse se calcule ainsi :

$V_c = \frac{\pi \times d \times N}{1000}$

avec :

$V c$ : vitesse de coupe en m/min
d : diamètre en mm au point d'usinage
N : correspond à la fréquence de rotation de la pièce en tours/min

En permutant les termes de la formule précédente, on obtient :

$N = \frac{1000 \times Vc}{\pi \times d}$

Cette formule sert à faire le réglage de la machine, c'est-à-dire le réglage de la vitesse de rotation de la pièce selon le travail à faire. Il faut par conséquent connaître $V c$ dont la valeur est le plus fréquemment issue de méthodes empiriques. Certains organismes, comme le CETIM pour l'industrie mécanique, ont établi des tableaux de référence.

La vitesse de coupe est déterminée selon différents facteurs :

de la matière à usiner : généralement plus elle est tendre et plus la vitesse est élevée
de la matière de l'outil de coupe
de la géométrie de l'outil de coupe
du type d'usinage : ébauche, finition, filetage, etc
du lubrifiant, qui permet une augmentation de la vitesse (qui ne s'utilise presque plus dans l'industrie moderne, remplacé par l'UGV)
de la qualité du tour : plus il est rigide, plus il supportera des vitesses élevées

Avance

En tournage, l'avance est la vitesse avec laquelle progresse l'outil suivant l'axe de rotation pendant une révolution de la pièce, cette vitesse est déterminée expérimentalement suivant les critères auparavant cités. Cela correspond, en première approximation à l'épaisseur du copeau.

À ne pas confondre avec la formule de calcul de l'avance en fraisage, qui est :

$Vf = fz \times Z \times N$

Vf = avance en mm/min
fz = avance par dent en mm/ (dent. tour)
Z = nombre de dents de la fraise
N = fréquence de rotation en tr/min

Formations

En France, il existe, un BEP MPMI (Métiers de la Production Mécanique Informatisée) , un Bac professionnel TU (Technicien d'Usinage) et un bac sciences et technologies industrielles (STI) Génie mécanique et enfin un B. T. S. I. P. M. (Brevet de technicien supérieur - Industrialisation des Produits Mécaniques). De nombreuses écoles d'ingénieurs proposent des formations qui intègrent les procédés d'usinage dans leurs cours. (ENI, ENS... )

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